《某市燃煤电厂湿式静电除尘器工艺设计》8400字

某市燃煤电厂湿式静电除尘器工艺设计摘要本次毕业设计的题目为《山东某市燃煤电厂湿式静电除尘器工艺设计》。为对山东某市燃煤电厂的经脱硫后烟气进行进一步深度处理，本设计依据锅炉型号规格、煤种等工艺条件及排放标准的要求，对湿式静电除尘器进行选型和设计计算。该燃煤热电厂2×140MW燃煤机组，配套上海锅炉厂生产的SG-435/13.7-M766超高压自然循环炉。燃煤组分占比为：C（53.05%）、H（3.15%）、O（6.07%）、N（0.96%）、S（2.0%）、灰分（24.6%）。湿式电除尘器烟气入口温度T=50ºC，粉尘浓度≤20mg/m3；设计标准执行重点地区特别排放所要求限值，颗粒物浓度≤4mg/m3。关键词：燃煤电厂锅炉烟气除尘湿式电除尘目录TOC\o"1-2"\h\u第一章绪论 31.1研究背景 31.2主流除尘技术的分析 41.2.1颗粒物控制技术 41.2.2燃煤火电厂除尘技术 41.3工业湿式静电除尘器的应用现状 51.3.1湿式静电除尘器的演变与发展 51.4研究内容 8第二章项目背景 92.1项目名称 92.2电厂主要概况 92.3电厂的交通运输条件 92.4锅炉参数 92.5煤的成分 92.6烟气性质 102.7设计要求 112.8总体设计准则 112.9主要设计规范： 122.10设计内容 122.11总体方案设置 122.12工艺流程 13第三章主要构筑物计算说明书 143.1湿式电除尘器 14第四章其他计算 194.1烟囱的设计及计算 194.2阻力损失的计算和风机的选择 19第五章经济概算 235.1技术经济分析的标准 235.2工程概算 23参考文献 25第一章绪论1.1研究背景目前，空气污染正在增加，复杂污染物、各种污染物、其他污染物和其他污染物正在显着扩大。特别是颗粒物（PM2.5）造成的大雾天气频繁发生，也影响着气候变化。国家的可持续发展对保护子孙后代的生存空间十分重要[1]。燃煤电厂和各种锅炉是造成空气污染的主要原因。环保部制定了燃煤电厂的新标准。此后，国家发改委制定了新的计划。2017-2019年燃煤节能减排、达标改造升级改造行动计划[2-6]。1.2主流除尘技术的分析1.2.1颗粒物控制技术机械除尘、湿式除尘、干式静电除尘和过滤除尘是几种比较常见的除尘技术。大部分燃煤电厂的烟尘粒径一般在0.1~300μm。机械除尘只能收集1~50μm的粉尘，除尘效率不高[10],本次设计不考虑。湿式除尘需要用到大量的水来除尘，会产生大量污水，运行成本较高，应用较少。大部分燃煤电厂采用的是干式静电除尘或者布袋除尘。干式的处理量大、能耗小、阻力低，特别是对大于10μm的粉尘有很高的除尘效率。除此之外，常规静电除尘器清灰机构都是利用振打敲击的方式收尘，若“遇到低比电阻的粉尘往往会出现二次扬尘，高比电阻粉尘则容易产生反电晕现象，会严重影响除尘效率”[12]。布袋除尘虽然比干式静电除尘效率高，但袋更换周期短，废弃的滤袋会造成二次污染，过滤时阻力较大，并且国内的自主研发性不高，高级滤料还要依赖进口，因此，国内的大型燃煤电厂很少选用布袋除尘[13]1.2.2燃煤火电厂除尘技术下面将简单的介绍上述各种主流除尘技术[14]。1.干式静电除尘技术干式静电除尘器通过外壳、阴极和阳极产生电场空间，将阴极系统连接到高压直流电源。在电场的驱动下，负离子向阳极移动并与尘埃粒子碰撞，使更多的粒子带负电，附着在阳极上，接地的阳极传导电子。颗粒粉尘集中在阳极上并由灰斗收集。包装实现烟气中尘粒与气体的分离[8]。2.袋式除尘技术含有颗粒粉尘的烟道气，烟道气由风扇驱动，通过颗粒粉尘收集过滤层，并完成分离。袋式过滤器的主要结构是壳，灰料斗，碰撞机构，灰分系统等。袋式过滤器的除尘效率主要受过滤袋的材料的影响。脉冲阀隔膜被送到脉冲阀隔膜，预防方法是高压压缩空气。实际上，除尘效率受烟气温度的影响，烟道气的组成，灰尘的特性，过滤速率等[9]。3.电袋复合除尘技术电袋复合除尘器是一种新型的除尘设备。它是静电除尘和布袋除尘有机结合，兼具两者的优点。它分为前级电场预收尘、荷电作用和过滤除尘两个工作区。烟尘进入除尘器首先要通过电除尘区荷电预收尘，脱除大部分容易被收集的颗粒，剩余烟气缓慢进入后级布袋除尘区，由于颗粒已经带上电离荷电，粉尘的过滤特性得到了提高，滤袋的清灰和透气性能得到改善。4.湿式静电除尘技术它被放置在烟囱前面。工作原理和干式静电除尘器相同，区别在于收尘方式。干式静电除尘器是通过振打的方式收集阳极板上的粉尘，而湿式静电除尘器则是依靠水冲洗收集粉尘。1.3工业湿式静电除尘器的应用现状1.3.1湿式静电除尘器的演变与发展为了去除烟尘中的硫酸雾，1970年世界上第一台湿式静电除尘器被发明了出来。湿式电除尘器和干式电除尘器的工作原理没有区别，只是在收集灰尘的方式上有不同，湿式电除尘器利用水冲洗来收尘的，干式电除尘器利用振动来收尘的。用于处理高浓度粉尘的湿式静电除尘器最终放置在烟囱前，作为最终处理装置，能够收集脱硫塔后烟气中仍存在的PM2.5。在欧美、日本等国家，作为一种先进的烟气处理技术的卧式湿式电除尘技术得到广泛应用。据文献统计，美国较多。卧式湿法电除尘器在运行，运行效果好[12]。2013年国家环保部在施行的《环境空气细颗粒物污染防治技术政策》中，明确提出采用其他环保新技术环境专家也同意实施的好处。虽然在日本得到普遍认可，但日本电厂的开始使用相对滞后，在困难的情况下，国内现有的燃煤电厂面临着翻新改造的需要。由于以前的空间仅限于现役后的烟囱，如果现有的改造空间小，场地小，不仅要满足排放要求，还要能够合理安排。这将通过目前国内的垂直技术开发流程来解决[13]。1.3.2关于湿式静电除尘器的研究湿式静电除尘技术的理论研究主要包括以下从两个方面：（1）污染物脱除规律;（2）设备的清灰特性。国内对于湿电除尘技术的应用研究相比较与其他国家起步较晚。我国首台柔性电极湿电除尘器是在2011年，山东神华山大能源环境有限公司首次试应用于玉门油田水电厂220dh炉上。在此之前，还没有过对湿式静电除尘器在燃煤电厂的应用报道。近年来，已经有越来越多的企业开始大力开展湿式静电除尘技术的研究和推广[14]。1.湿式静电除尘器清灰特性研究现状湿电除尘器利用水冲洗的方法来实现对阴阳极手机的粉尘的气固分离，同时，除尘器运行的稳定性和除尘效率受到清灰特性的影响。二清灰的关键是水膜的均匀性，同时还影响着除尘器阴阳极的防腐，因此，如何使水膜均匀分布是非常重要的。“水膜均匀分布性研究要从产生水膜的方法和水膜在极板能否保持均匀分布着手”[15]。工业应用中湿式静电除尘器一般采用喷淋方式产生水膜，喷头形状对生成的水膜均匀性影响较大。不同结构的喷嘴产生的水膜均匀度不同。通过多次实验，研究人员发现，如果喷雾流量较低，使用针孔喷嘴进行喷雾是不合适的。这是因为此时板尾没有水膜。虽然显示为扁平喷嘴，但在相同流量下，电极板上会出现窜流现象，可以将电极板完全覆盖。通过适度控制水流，针孔喷嘴比扁平喷嘴更容易获得分布均匀的水流。这些实验的可以作为喷嘴选择的依据2.湿式静电除尘器污染物脱除机理研究现状湿式电除尘器具有很高的去除细颗粒物的能力，近年来，日本和海外的许多研究小组进行了许多实验来研究去除机理。“一个重要的思路是优化电极配置，改进除尘结构以及颗粒去除效率”[16]。一个名为UniversityofCincinnati的研究团队，设计出了一种管式壳体的湿式静电除尘器[11]，使用碳钢材料制作了阳极板，阴极则用不锈钢材料制作，针对1μm以下细颗粒物的脱除效率进行了多次试验，实验过程中，烟气的停留时间被设定在0.1-0.4秒之间，可以进行灵活调节，结果表明，停留时间越长，电场强度越大，脱除效率越高，这一结果也解释了为何在工业应用中工作电压常常选择于临界击穿值。1.4研究内容本文拟通过研究湿式静电除尘器中烟尘的捕集特性，分析烟气在湿式静电除尘器中最佳的流通速度，以及烟尘在湿式静电除尘器中被捕集所需的停留时间，确定湿式静电除尘器电场方向上所需的长度范围，从而制定双层结构湿式静电除尘器的总体结构，从而制定出最佳的湿式静电除尘器结构。第二章项目背景2.1项目名称山东某市燃煤电厂湿式静电除尘器工艺设计。2.2电厂主要概况电厂所在市地处华北鲁西平原区，位黄河下游冲积平原，地势平坦，由西南向东北自然坡降为1/5500。厂址地面高程在30.50～33.50m之间，该热电厂西北约1.2km为西新河，东侧约2.5km为周公河，厂址区域属于周公河流域。累年年平均降水量578.0mm；累年平均气温为13.3℃；累年平均最高气温为19.1℃；累年平均最低气温为8.4℃。2.3电厂的交通运输条件电厂公路运输方面：电厂距城市中心约6.5km，紧靠国道和高速公路，交通极为便利。2.4锅炉参数2×140MW机组主要设备参数：表2-1锅炉主要设计参数设备名称参数名称单位设计参数备注类型超高压中间再热自然循环汽包炉型号SG—435/13.7—M766锅炉最大连续蒸发量t/h435锅炉燃煤量t/h70(BMCR工况)空预器出口烟气量（干标）Nm³/h560000空预器出口烟气温度℃129烟囱配置2台炉公用一座烟囱烟囱高度/出口内径m210/6材质钢筋混凝土2.5煤的成分燃煤成分对于排放出的烟气有很大的影响，以下为本次燃煤煤种的成分占比：表2-2煤种成分占比检测项目符号单位煤样全水分Mt%10.37收到基灰分Aad%24.6干燥无灰基挥发分Vdaf%31收到基碳Car%53.05收到基氢Har%3.15收到基氮Nar%0.96收到基氧Oar%6.07全硫St，ar%2.0收到基低位发热量Qnet，v，arMJ/kg21.89由表可以看出设计煤质中的灰分的含量较高，可以估算最后排放的烟气的灰分浓度会比较大，需要进行除尘的处理工作。2.6烟气性质该燃煤热电厂2×140MW燃煤机组，配套厂生产的SG-435/13.7-M766循环炉。锅炉呈Π型布置，单炉膛，四角切圆燃烧，平衡通风，一炉一塔配置。《火电厂排放标准》(GB13223-2011)颁布实施后，该燃煤热电厂将执行5mg/Nm3的粉尘排放限值。湿式电除尘器入口烟气条件按下表设计（单台机组）。表2-3湿式电除尘器烟气边界参数序号项目单位参数1设计烟气量m3/h810190.42（工况50℃，同脱硫二级塔出口参数）2设计烟气温度℃≤503布置形式立式，2个电场5电场风速m/s<2.710放电极形式/材质钛合金（TA1）11内部清洗水量（间断）m3＜8m3/天13湿式除尘器入口粉尘浓度mg/m3≤2014烟尘排放浓度mg/m3＜415PM2.5收集率%＞8016SO3收集率%＞60二、毕业设计（论文）的要求与数据2.7设计要求本设计依据锅炉、煤种等及排放的要求，对山东某市燃煤电厂的经脱硫后烟气进行进一步深度处理，对湿式静电除尘器进行选型和设计计算。通过选择合理的工艺流程，提高该厂尾部烟气净化率，使之达到要求2020年前烟尘最终排放按照小于5mg/m3的限值要求。湿式电除尘入口在20mg/Nm3时，湿式出口烟尘浓度<4mg/Nm3；入口高于20mg/Nm3时，效率应高于80%。湿式电除尘系统阻力<250Pa。粉尘去除率（含石膏）：77.5%PM2.5去除率：77.55%雾滴去除率：75%SO3去除率：75%2.8总体设计准则（1）严守法规和标准。（2）采用、合理、、可靠的处理工艺。（3）能够进行灵活地调节，确保排放的烟气达到标准。（4）方便操作管理和维修，减少能耗的运行成本。2.9主要设计规范：《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223－2011)《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014—2020年）》《关于加快推进燃煤机组（锅炉）超低排放的指导意见》“鲁环发【2015】98号”《火力发电厂烟气脱硫设计技术规程》（DL/T5196-2004）《火力发电厂设计技术规程》（DL5000-2000）《火力发电厂初步设计文件内容深度规定》（DLGJ-92）《污水综合排放标准》（GB8978-1996）其他国家和行业有关的规程、规范、法规及标准2.10设计内容首先对设计电厂的气象地理条件以及排放烟气的性质进行分析，确定和合理的工艺流程。然后对工艺中所选用的设备进行设计并且进行详尽的设计计算。最后画出设计图纸，包括反映整体布局的平面布置图，反映气体位置的高程图，能够反映各具体处理构筑物外形及内部结构的图等共完成6张。2.11总体方案设置目前，常用的火电厂除尘方案有布袋除尘、静电除尘，对这几种常用工艺进行对比。表2-4工艺对比对比项目静电除尘布袋除尘出尘浓度100mg/m³左右30mg/m³左右PM2.5去除率85%-92%大于99.5%能耗较大小维护极板极线维护布袋更换两种工艺的特点分别是：静电除尘：在尘埃的形成过程中，它往往会带电，变成负性尘粒及其结合，沉积在表面。易于化学和回收。使用电荷产生和吸附的方法。它被强电场电离成正电子，在粉尘回收过程中遇到。布袋除尘：除尘气体颗粒的去除使用了材料过滤元件织物的颗粒受效果影响。布袋除尘在运营维护成本上要优于静电除尘，但是除尘效率远低于湿式电除尘器，而且考虑到厂区位置空气湿度较高，会使布袋除尘效率下降，导致无法达到排放标准，本设计采用湿式静电除尘工艺。2.12工艺流程本设计依据型号规格、等工艺条件及排放标准的要求，对山东某市燃煤电厂的经脱硫后烟气进行进一步深度处理。煤炭在锅炉燃烧后产生烟气排出，首先进行湿法烟气脱硫，再经过一次湿式电除尘之后由烟囱排出烟气。工艺流程图见图2-1：图2.1工艺流程图第三章主要构筑物计算说明书3.1湿式电除尘器湿式电除尘器的设计构造形式多样，主要可以分为两种，分别是立式和卧式。同时，由于不同的收尘极材质，人们又常常将其分为柔性纤维织物阳极湿式电除尘器、导电玻璃钢阳极湿式电除尘器，以及不锈钢板式阳极湿式电除尘器。3.1.1设计参数表3-1湿式电除尘器烟气边界参数序号项目单位参数1设计烟气量m3/h810190.42（工况50℃，同脱硫二级塔出口参数）2设计烟气温度℃≤503布置形式立式，2个电场5电场风速m/s<2.710放电极形式/材质钛合金（TA1）11内部清洗水量（间断）m3＜8m3/天13湿式除尘器入口粉尘浓度mg/m3≤2014烟尘排放浓度mg/m3＜415PM2.5收集率%＞8016SO3收集率%＞603.1.2设备选型3.1.2.1烟气量换算等压条件下气体体积的温度修饰公式：V1/V2=T1/T2式中：V1—温度为T1时的体积；V2—温度为T2时的体积；T—单位为K；锅炉烟气量转换为实际状况下体积V2为：V2=V1×T2/T1=810190.42×318.15/323.15=797655m3/h=221.6m3/sT2——设计温度，45℃；T1——入口温度，50℃；3.1.2.2电除尘器的有效截面积关于阳极部分，竖直管式的湿电除尘器，采用正六边形蜂窝状的阳极管设计，材料选用导电玻璃钢。整体性好、强度高、同心度和平行度高。这种型式能够使整个电离区封闭，避免了出现旁路窜气的情况。与此同时，气流的流经方式分为两种，下进上出和上进下出，这是一种比较灵活的布置。此外，还可以使该蜂窝状玻璃钢阳极管模块化布置该蜂窝状玻璃钢阳极管，安装过程更为简便。同时，降低了对场地的需求，更适合项目的升级改造。阳极管采用四个设计安装，管的内切圆的直径为D=360mm，有效长度=，管壁厚。蜂窝状阳极管的设计值：S式中：SA——集尘总面积，m2；Q——折本正常运行时设计处理量，797655m3/h=221.6m3/s；——粉尘的驱进速度，取0.09m/s。则有：S根据《工业除尘设备设计手册》，设计蜂窝状阳极管的直径为360mm，进而计算出蜂窝状阳极管边长a为207.85mm。可以每个蜂窝状管的截面积：则理论需要蜂窝管数量为：n=F/S1=111/0.112=992个单个蜂窝状管的集尘面积:理论上需要蜂窝管的长度:SA/(6×a×n)=3963/(6×0.21×992)=3.17m电场数（n）的确定在电除尘器中，一般可将电极沿气流方向分为几段，即通称几个电场。为适应粉尘的特性，达到较好的供电效果和电极的清灰性能，单电场长度不宜过大，一般取~，对要求净化效率高的电除尘器，一般选择3~4个电场。本次设计由于除尘效率较高，故选4个电场。根据电尘器大小，从上端到基础面离：H2=1200mm。3.1.3.3长度采用氧枪式分布技术，氧化为50－60％。在浆池中利用率ηo2=25－30％，理论氧气量为：S:O2=2:1O2=mol/s=4mol/s所需空气流量QreqG3=Qreq=O2×22.4/(0.21×0.3)=4×22.4/(0.21×0.3)L/s=1422L/s=1.422m3/s喷嘴对烟气冷却、净化设备性能影响很大，本设计采用螺旋形喷嘴的碗形喷嘴，以下为计算过程：L=0.8L/m³，耗液量=L×烟气量=0.8×810190.42/1000m³/h=648.2m³/h由喷角为75°，出水口轴向V流速v为20m/s，得出水口面积为：，出水口直径为DN=95mm②入口蜗室速4m/s，则蜗室切向入口为③水口内径DC的截面积A2，K取0.785，则DC=633mm④VR=0.9m/s,计算得该处圆环面积为⑤喷嘴外壳的内半径R1为，R1=255mm如下图：喷口口径18mm的，主要参数如下表：湿式电除尘的供水为工业水（压力0.2MPa），水质脏，压力低，采取必要的增加保证系统供水的设施。增加MBR膜过滤装置对除尘水进行预处理，MBR膜过滤采用帘式超滤膜组件。MBR系统单套设计产水量≥10m3/h，运行时间10小时/天，加装气水反冲洗系统，排污系统、在线化学清洗系统保证膜的清洗效果，保证膜通量正常。系统的整体运行实现自动化控制和操作，由PCL对系统进行实时监控。第四章其他计算4.1烟囱的设计及计算4.1.1烟囱的选择4.1.1.1烟囱的内衬废气的温度小于400C时，使用100号的红砖，26号的混凝土砂浆去砌。4.1.1.2内衬的高度废气的温度＜250°C时，占总高三分之一。4.1.1.3内衬的厚度烟囱的底部小于7m厚度是不会小于半砖的，空气隔热层的厚度大约在50mm左右。在烟囱的底部保留有比水平方向烟道的底部低的范围在0.5-1m左右的积灰坑。4.1.2烟囱尺寸计算式中：P——二类功能区污染源排放系数15~25，取25；Q——污染物SO2允许排放量。8.10×105（m3/h）×0.8（g/m3）=648152（g/h）=0.6（t/h）H=1/u（1.5×6×3+9.6×10-3×18773）=41.44所以烟囱高139m出口直径6m。4.2计算阻力损失和选择风机4.2.1沿程阻力损失烟道金属管（λ=0.02）沿程阻力4.2.1.1锅炉到风机L=10mV=693/（7.6×6.6）=13.8m/s4.2.1.2风机到脱硫塔L=10mV=693/（5.15×4.25）=31.7m/s4.2.1.3脱硫塔到湿式电除尘器L=10mV=693/（5.15×4.25）=31.7m/s4.2.1.4湿式电除尘器到风机d=3m=D/4L=10mV=4×693/（π×12×12）=6.13m/s4.2.1.5风机到烟囱d=4m=D/4L=10mV=4×693/（π×16×16）=3.45m/s4.2.2局部阻力损失阻力系数法：4.2.2.1锅炉到风机4.2.2.2湿式电除尘器到风机4.2.2.3弯头4.2.3风机选型管道总压损:(0.2429+2.2099+0.1917+0.1917+0.0455)+(385.416+557.563+22.095)≈970Pa设备压损：SCR：800PaESP：200PaWFGD：1000PaWESP:200Pa总压损ΔP=800+200+1000+200+970=3170Pa风机风量：2492800m3/h＞1400000m3/h选用轴流式风机选用W4-75型风机电机，型号Y3155-4风机三台投入使用，一台备用。布置在脱硫塔路口、湿电除尘器和烟囱之间。第五章经济概算5.1技术经济分析的标准（1）技术标准随着技术的不断发展，设备不断提高，我们正在努力提高技术，可靠性和一致性，这是水平评估的先决条件。。（2）经济指标资少，建设快，使用，良好的测量条件。（3）政策标准就工艺而言，所谓遵守我国现行的技术方针和政策，以及治理政策。。5.2工程概算表5-1工程概算表设备单价数量费用（万元）脱硫塔15万/台115湿式电除尘器20万/台120Y5-50-12NO.5C型引风机0.5万/套1套0.5Y132S2-2B3电机0.65万/套1套0.65钢材0.8万/吨12吨9.6管道1200元/米506合计：51.75表5-2运行费用表员工工资50万设备折旧费（按成本的20%）10.4万维修费（按成本的10%