燃煤电厂锅炉烟气电除尘系统工艺设计

1、吉林师范大学环境科学与工程学院2013级环境工程学课程设计吉林师范大学环境科学与工程学院课程设计报告课程名称： 环 境 工 程 学 设计题目：燃煤电厂锅炉烟气电除尘系统工艺设计姓 名： 专 业： 环 境 科 学 班 级： 2013 级 学 号： 指导教师： 汤茜、米小娟、王艺璇 2015 年 12月 25 日 设计题目燃煤电厂锅炉烟气电除尘系统工艺设计学生姓名康伟萍专 业环境科学专业学 号201348020116班 级2013级指导教师汤茜成 绩对设计过程及设计报告的自我评价：自我感觉这次的课程设计是我进入大学以来觉得学的最有用的一次，虽然刚开始感觉很难无从下手，但是慢慢的看看一些例子和计算便

2、慢慢的有点懂了，让我相对来说能更加认识到电除尘器的构造和基本原理，还有在画结构图的时候又让我重拾了CAD的绘图技巧，做完这次的课程设计感觉自己对这方面还是挺感兴趣的，这周感觉过的很充实，所以希望以后能有更多的类似这种的课程。指导教师评语： 指导教师签字： 年 月 日摘 要：我国燃煤火力发电机组容量占电力总装机容量的75%左右，年耗煤量近5亿吨，火力燃煤烟尘排放量占全国工业烟尘排放总量的37%以上，列第1位。实现电力工业的可持续发展，在推广净煤燃烧和调整火力结构同时，提高火电厂烟尘浓度排放标准已势在必行，即将颁布的火电厂污染物排放标准将燃煤锅炉的粉尘（标准状态）排放要求提高到100mg/m3。发

3、电燃煤锅炉烟尘控制设备以电除尘为主，至1999年火电厂用电除尘器的锅炉容量接近80%。因此，电力行业的迅速发展需要能达到新排放标准要求性能更高的电除尘器。关键词：火力发电 燃煤锅炉 电除尘器 选型设计 目录1 设计任务书11.1 课程设计任务及要求11.1.1 设计题目11.1.2 设计内容11.1.3 设计要求11.2 课程设计原始资料11.2.1 设计条件11.2.2 设计依据标准12 选题背景32.1 大气污染现状分析32.2 燃煤电厂粉尘污染治理32.3 电除尘器的工作原理及特点53 电除尘器的设计计算63.1电除尘器的选型63.2电除尘器总体尺寸的确定73.3零部件计算84 管道系统

4、的布置及烟囱设计9参考文献11附 件1212 1 设计任务书1.1 课程设计任务及要求1.1.1 设计题目燃煤电厂锅炉烟气电除尘系统工艺设计1.1.2 设计内容燃煤电厂锅炉烟气电除尘系统工艺设计包括以下几部分内容：（1）电除尘系统布置并确定其主要运行参数。（2）管网布置及计算：确定各装置的位置及管道布置。并计算各管段的管径、长度、烟囱高度和出口内径以及系统总阻力。（3）风机及电机的选择：根据净化系统所处理烟气量、烟气温度、系统总阻力等计算选择风机种类、型号及电动机的种类、型号和功率。1.1.3 设计要求（1）编写设计说明书：设计说明书按设计程序编写，包括方案的确定，设计计算，设备选型和有关设计

5、简图等内容；课程设计说明书应有封面、目录、设计任务书、各构筑物设计计算、小结及参考文献等部分，文字应简明、通顺、内容正确完整，书写工整、装订成册。（2）图纸要求。用AutoCAD软件绘制A1图纸2张，包括： 锅炉烟气除尘系统平面布置图和剖面图。图纸应按比例绘制、标出设备、管件编号，并附明细表。 电除尘器装置结构图（主视、俯视和左视）。局部构件可采取适当剖视。1.2 课程设计原始资料1.2.1 设计条件燃煤电厂锅炉烟气电除尘系统工艺设计原始参数如表1.1所示。1.2.2 设计依据标准燃煤电厂锅炉烟气电除尘系统工艺设计依据以下标准：（1）环境空气质量标准（GB 3095-2012）；（2）火电厂大

6、气污染物排放标准（GB 13223-2011）；（3）锅炉大气污染物排放标准（GB 13271-2014）；（4）电除尘工程通用技术规范（HJ 2028-2013）；（5）袋式除尘工程通用技术规范（HJ 2020-2012）。表1.1 设计原始参数项目类别参数值项目类别参数值锅炉台数x台除尘器漏风系数1%烟气流量8000 mN3/(h·台)除尘器阻力1200Pa烟气含尘浓度2.4×103 mg/m3烟尘排放浓度20 mg/m3排烟温度160除尘器入口温度120锅炉台数待定（将大气组的同学分成3组，第一组锅炉台数为1，第二组锅炉台数为2，第三组锅炉台数为3）2 选题背景2.1

7、 大气污染现状分析当前我国大气污染状况依然十分严重，主要表现为煤烟型污染。城市大气环境中总悬浮颗粒物浓度普遍超标；二氧化硫污染一直在较高水平；机动车尾气污染物排放总量迅速增加；氮氧化物污染呈加重趋势。 大气污染物排放总量现状如下：1.二氧化硫。煤炭消耗量不断增加，随之带来二氧化硫排放总量急剧上升。在各类排放源中，电厂和工业锅炉排放量占到70%。由二氧化硫排放引起得酸雨污染范围不断扩大，现已扩展到长江以南、青藏高原以东的大部分地区，遍及广东、广西、四川、贵州、云南、湖南、江西、福建、浙江、上海、安徽、山东等十多个省、市、自治区。华中酸雨区比较严重的中心区域为长沙、衡阳和赣州，西南为宜宾、南充和重

8、庆，华东为厦门、宁波和南京。目前年均降水pH值低于5.6酸雨临界值的地区已占全国面积的30%左右。2.烟尘、粉尘。烟尘的主要排放源也是火电厂和工业锅炉，由于地方电厂使用的大多为低效除尘器，所以烟尘排放量一般是国家大型电厂的5-10倍。曾经在上海参观过的铜加工厂的大型袋式除尘器除尘效率也达到了99%以上，它虽然是一种传统的除尘方式，但由于效率高，性能稳定可靠，操作简单，还是获得了很广泛的应用。还有象电除尘器、湿式除尘器也是应该深入研究和针对各种场合大力推广的新型除尘设备。 3.机动车排气污染。受经济增长的推动，我国机动车近年来数量增长迅速，尤其是一些大城市如北京、上海、广州等机动车数量增长速率更

9、是远远高于全国平均水平。汽车排放的氮氧化物、一氧化碳和碳氢化合物排放总量逐年上升。由于城市人口密集，交通运输量相对大，机动车排气污染在城市大气污染中所占比例也不断上升。2.2 燃煤电厂粉尘污染治理 为了改善劳动环境，必须采取措施，消灭粉尘源，控制工人与含二氧化硅的粉尘接触，减少粉尘危害，以保护工人身心健康。 1. 执行国家有关法令、标准和规定 ： 根据火力发电厂劳动安全和工业卫生设计规程和工业企业设计卫生标准，劳动安全和工业卫生设施必须与主体工程同时设计、同时审批、同时竣工、同时验收和投产使用。发电厂设计中应有防止粉尘飞扬的设施，要采用适当的工艺避免粉尘的产生，采取各种除尘的工程技术措施使作业

10、场所粉尘质量浓度符合国家标准。 2.加强对防尘设备的维护管理： 提高除灰系统和制粉系统的检修质量，防止漏灰、漏粉。定期检测粉尘质量浓度，发现超标，要采取措施。投入资金，进行技术改造，提高防尘设备的投入率和防尘效率。对现有防尘设备做好维护管理，保证设备的正常投入，发挥防尘作用。 3. 搞好粉煤灰出干灰系统的技术改造: 静电除尘器取干灰系统若有泄漏，均是硅尘，对人体危害很大。要采取措施，将简易取灰逐步改造为机械化自动化操作。新厂在设计时就应考虑粉煤灰综合利用项目，在投资、设备购置、场地使用等方面为供灰、用灰创造必要的条件，如粗细分装，配备密封性能好的输送贮运系统、运输车辆，筑好灰外运的道路等。 4

11、. 做好煤场、灰场的管理工作 搞好干灰堆放场所的喷淋和碾压，已满灰场要及时复土绿化，搞好厂区(包括煤场周围)的绿化，文明生产，减少扬尘。提高作业自动化水平，对粉尘危害大的场所，采用机械手或自动控制，实现无人值班或少人值班，减少工人与粉尘的接触时间。增强自我保护意识，加强工人防尘知识的安全教育和培训，提高工人对粉尘危害和防治知识的认识，增强职工的自我保护意识。电厂要为工人购置合格、高效、实用、方便的防尘个人用品。工人在有粉尘危害的作业场所工作时，要按规定正确佩带防尘个人用品，要象带安全帽一样养成良好的习惯。加强脱硫系统的防尘工作，随着脱硫工程的上马，应考虑脱硫工程的制粉系统、石膏或废渣处理系统的

12、防尘问题。石灰石粉仓要有除尘器，输送管道阀门要严密无泄漏。如采用湿法球磨磨制石灰石浆液的工艺，可将小于200 mm的大块石灰石料直接经过湿磨磨制成石灰石浆液，降低粉尘污染2.3 电除尘器的工作原理及特点原理：烟气中灰尘尘粒通过高压静电场时，与电极间的正负离子和电子发生碰撞而荷电（或在离子扩散运动中荷电），带上电子和离子的尘粒在电场力的作用下向异性电极运动并积附在异性电极上，通过振打等方式使电极上的灰尘落入收集灰斗中，使通过电除尘器的烟气得到净化，达到保护大气，保护环境的目的。特点：1.与工频电源相比，高频电源可增大电晕功率，从而增加了电场粉尘的荷电效果。高频电源在纯直流供电方式时有着，更小的电

13、压波动1（工频电压波动>30），更高的电晕电压（可达到工频电源二次电压的130），更大的电晕电流（峰值电流是工频电源二次电流的200）。2.高频电源的火花控制特性好，仅需很短时间（<25us，而工频电源需10000us）即可检测到火花发生并立刻关闭供电脉冲，因而火花能量很小，电场恢复快（仅需工频电源恢复时间的20），从而进一步提高了电场的平均电压，提高除尘效率。3.先进的控制策略、多种控制模式、适应各种工况。高频电源的供电电流由一系列窄脉冲构成，其脉冲幅度、宽度及频率均可以调整，可以给电除尘器提供各种电压波形，控制方式灵活，因而可以根据电除尘器的工况提供最合适的电压波形。间歇供电时

14、，可有效抑制反电晕现象，特别适用于高比电阻粉尘工况。 4.大幅提高除尘效率。和工频电源相比，在同等条件下可提高除尘效率达4070。 5.高效节能。节能幅度最高达90以上! 高频电源效率>92%，功率因数>0.92（工频电源的效率<80%，功率因数<0.8），仅电能利用效率上就比工频电源节能20%以上。高频电源提供独特的节能控制模式，在保证除尘效率不变的情况下，与工频电源相比节能幅度高达90以上 ! 设备运行23年所节省的电费就可收回全部投资。 6.一体化设计、体积小、重量轻。高频电源的配电系统、控制系统、高频整流变压器及振打、加热控制系统集成在一个箱体内，总重量只有工频

15、电源的1/4。 7.安装方便、无需控制室、减少电缆用量，减少土建施工。高频电源直接安装在电除尘器顶部，节省配电室空间，节省大部分信号电缆和控制电缆，减少安装费用。3 电除尘器的设计计算根据PV=nRT，计算工况温度下的烟气流量，得出下式V标T标=V况T况V况=8000×（273+120）273=11516.48m3/h=3.2m3/s以下V况为Q.3.1电除尘器的选型1、电除尘器的选型 选用卧式、板式、无辅助电极的宽间距（400mm）除尘器2、除尘器的台数 1台3、电场风速的确定 一般在0.41.5m/s,取0.90m/s4、电除尘的截面积（F）（初定）F'=Qv=11516

16、.483600×0.9=3.55m2（v 取0.9m/s）5、除尘效率（）=Co-CeCo=2.4×103-202.4×103=99.17%C0烟气含尘浓度Ce烟尘排放浓度6、有效驱进速度的确定：=6.5cm/s=0.065m/s7、收尘极面积（A）由得意希公式有A=Qln11-=115163600×0.065ln（11-0.9917）=235.9m2A'=A（1+5%）=247.6088、比集尘面积（f）f=AQ=1728000/3600=77.4m29、电场数n的确定 n=310、电厂高度（h）h=F'=3.55=1.88m 取h=2

17、m11、同极距（2s）：一般电除尘器的间距为250300mm,此次采用400mm耳朵同极距。12、通道数 由Z=F'h（2s-k'）计算，k为除尘器的阻流宽度设计选用Z形板，Z形板宽度为40mm，k为0.02m。Z=F'h（2s-k'）=3.552×（0.4-0.02）=4.67513、电场断面（F）F=Z·h2s-k'=5×2×0.4-0.02=3.8m2，则实测风速v=QF=115163600×3.8=0.84m/s14、每电场有效长度（l）l=A2hZn=247.62×2×5&#

18、215;3=4.13m阳极板宽480mm，故所需阳极板数n1=l480=4130480=8.6（个）9（个）则电场有效长度为l=480mm×9=4320mm=4.32m3.2电除尘器总体尺寸的确定（1）宽度方向的尺寸a、电场有效宽度 B有效=Z（2s-k'）=5×（0.4-0.02）=1.9mb、电除尘器内壁宽 B=2sZ+4+e'=0.4×5+4×0.1+0.3=2.7m式中最外层的一排极板中心线与内壁间的距离，取100mm e'中间柱子宽度，柱宽取300mmc、柱间距 Lk=B+21+e'=2700+2×5+

19、300=3010mm=3.01m式中1收尘器壳体钢板的厚度，一般取5mm e'柱的宽度，取300mm（2）高度方向的尺寸a、从收尘器顶梁底面到灰斗上端面的距离H1=h+h1+h2+h3=2m+200mm+40mm+200mm=2440mm（h1, h2,h3固定取值）H电场高度h1收尘器顶梁底面到阳极板上端的距离，取200mmh2收尘极下端至撞击杆中心的距离，取40mmh3撞击杆中心到灰斗上端的距离，取200mmb、灰斗上端到支柱基础面距离（H2）根据电除尘器的大小，可取H2=1200mm（3）长度方向的计算a、电除尘器壳体内壁长取le1=400mm,le2=470mm,C=380mm

20、LH=2le1+2nle2+n-1C+nl=2×400+2×3×470+3-1×480+3×4320=17340mm=17.34mb、沿气流方向的柱距Ld=l+2le2+c2=4.32+2×0.47+0.382=5450mm首尾的边柱与壁的距离X=le1+le2+l2-Ld2=0.4+0.47+4.322-5.452=305mm3.3零部件计算（1）进气箱 采用水平引入式进气箱，并取v0=8m/s ，则进气箱进气口的面积为（一个进气口）a、进气口面积（F0）F0=Q3600×v0=115163600×8=0.4m2

21、考虑到进气口面积与电场断面相似,可取F0=600mm×650mmb、进气箱长度（LZ）LZ=0.550.56a2-a1+250=0.55×2440-600-350-650+250=712mma1,a2F0和FK处最大边长FK进气箱大端的面积c、进气中心高度（H4）H4=LZ-100tan50°+600+850+0.5×650=712-100tan50°+600+850+0.5×650=2504mm（2）出气箱a、出气箱最小端面积（F0）F0=F0=600×650（mm2）b、出气箱长度（LW）LW=0.8LZ=0.8×712=569.6mmc、出气箱大端高度（h5）h5=0.8a2+0.2a1+170=0.8×2440-600-350+0.2×650+170=1492mm（3）灰斗采用角锥型灰斗，沿气流方向设3个，灰斗下口取300mm×300mm,则灰斗高（h7）h7=1.732LH4-B12=1.732173404-3002=3494mm4 管道系统的布置及烟囱