某火力发电厂燃煤锅炉房烟气除尘系统设计.doc

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1、 某火力发电厂燃煤锅炉房烟气除尘系统设计课题设计任务4：第九组系统方案：（3）先预处理（重力沉降室），再收尘设计除尘系统，使用脉冲电除尘器。 学 院 ： 建筑与测绘工程学院 专业班级： 建环 班 学号姓名： 指导教师： 2015 年 1 月 4 日word文档 可自由复制编辑目录1 概述41.1设计目的41.2设计任务41.3设计依据及原则41.4锅炉房基本概况41.5通风除尘系统的主要设计程序51.6设计要求61.7课题背景62 烟气量烟尘和二氧化硫浓度的计算92.1标准状态下理论空气量92.2标准状态下理论烟气量92.3标准状态下实际烟气量92.4标准状态下烟气含尘浓度102.5标准状态下

2、烟气中二氧化硫浓度的计算103 除尘器的选择113.1单台除尘器应该达到的除尘效率113.2火力发电厂常用除尘器113.3工况下烟气流量和含尘浓度：113.4重力除尘器的设计123.5电除尘器设计143.6供电装置脉冲供电除尘器介绍213.7电除尘系统脉冲供电装置选择243.8 DBP系列电除尘器的介绍253.9 选择电除尘器303.10重力-电除尘器设计结果及其选型一览313.11排灰系统设计核算324 确定除尘器、风机和烟囱的位置及管道的布置344.1各装置及管道布置的原则344.2初始管径的确定344.3实际烟气除尘管径的确定354.4最终除尘系统的管径374.5烟道的设计计算385烟囱

3、的设计395.1烟囱高度的确定395.2烟囱直径的计算395.3烟囱的抽力406 系统阻力计算416.1摩擦压力损失416.2局部压力损失427 系统中烟气温度的变化437.1烟气在管道中的温度降437.2烟气在烟囱中的温度降448 风机和电动机的选择及计算458.1标准状态下风机风量计算458.2风机风压计算458.3电动机功率计算468.4风机，电机型号的选择468.5绘制风机和管网的特性曲线489投资估算499.1总设计说明499.2 编制内容和依据509.3总投资估算5110设计小结5411参考文献5512致 谢561 概述1.1设计目的通过设计进一步消化和巩固本能课程所学内容，并使所

4、学的知识系统化，培养运用所学理论知识进行净化系统设计的初步能力。通过设计，了解工程设计的内容、方法及步骤，培养确定工业通风与除尘系统的设计方案、进行设计计算、绘制工程图、使用技术资料、编写设计说明书的能力。1.2设计任务运用所学知识设计某火力发电厂燃煤锅炉房烟气除尘系统。原设计有两台20t/h的燃煤锅炉。在标准状况下每台产生的烟气量为Q=85000m3/h,含尘浓度为10g/m3,要求每台排放的烟尘浓度150mg/m3，除尘系统的除尘效率要达到98.5%。居民区位于工厂的东南面，工厂设在最小频率风向的向上侧。1.3设计依据及原则严格按照锅炉大气污染物排放标准（GB13271-2001）中二类区

5、标准、烟尘浓度排放标准、二氧化碳排放标准进行设计计算。1.4锅炉房基本概况 表1锅炉蒸发量为20t/h的燃煤锅炉共2台,型号为.II炉排有效面积.（m2)，设排烟口为.（）安装后尺寸为13.15*8.4*12.2当地平均气流风速v=4m/s设计耗煤量：3500kg/h（台）排烟温度：160C烟气密度（标准状态下）：1.34kg/m3空气过剩系数：a=1.4烟气在锅炉出口前阻力：50 Pa当地大气压：97.86 K Pa冬季室外空气温度：-1C空气含水（标准状态下）按0.01293kg/m3设空气含湿量=12.93g/m3烟气其他性质按空气计算煤的工业分析值：CY=80% HY=10% SY=1

6、% OY=5% NY=1% WY=10% AY=15% VY=13%按锅炉大气污染物排放标准（GB13271-2001）中二类区标准执行。烟尘浓度排放标准（标准状态下）：150mg/m3二氧化碳排放标准（标准状态下）：900mg/m31.5通风除尘系统的主要设计程序1. 燃煤锅炉排烟量及烟尘和二氧化碳浓度的计算。2. 净化系统设计方案的分析确定。3. 除尘器的比较和选择：确定除尘器类型、型号及规格，并确定其主要运行参数。4. 管网布置及计算：确定各装置的位置及管道布置。并计算各管道的管径、长度、烟囱高度和出口内径以及系统总阻力。5. 风机及电机的选择设计：根据净化系统所处理烟气量、烟气温度、系

7、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。6. 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、设备选择和有关设计的简图等类容。课程设计说明书应有封面、目录、前言、正文、小结及参考文献等部分、文字应简明、通顺，内容正确完整，装订成册。7. 图纸要求（1）除尘系统图一张。（2）除尘系统平面图、剖面布置图2-3张。图中设备管件应标注编号，编号应与系统图对应。1.6设计要求要求选择适当工艺，除尘器收集的粉尘沉积在集灰斗中，定期开动螺旋排灰机将灰送到集灰罐，最后用汽车送到烧结配料仓综合利用。1.7课题背景 火力发电厂燃煤产生的烟尘排放，是我国大气污染物的主要构成部

8、分。而我国能源资源的特点和经济发展水平，决定了以煤为主的能源结构将会长期存在。我国火电厂站的建设发展建立在较为落后的工程技术基础上。虽然近年来已经逐步淘汰技术落后的300MW以下的小型火电，但较多的中型及部分中型以上的火电厂烟尘净化技术和设备，仍难以符合国家相关排放标准的要求。况且对于电力日益上升的需求，势必还会导致火力发电规模的稳步提升。由此导致的烟尘排放量还会持续加大。随着国家火电厂污染物排放标准GB13223-2003等相应法规不断的修订，节能减排的环保措施日益严格，相应的除尘工艺配置技术也会受到更大的关注。 1.7.1大气烟尘、灰尘排放与污染简述 目前，我国以燃煤烟尘排放造成的大气污染

9、已相当程度的危害了人们的身体健康，同时也造成了巨大的经济损失。严重的大气污染状况成为人们对社会不满的因素之一，也在国际上造成了不良的影响，调查表明，我国大气污染的特点主要是由能源结构决定的，属于煤烟型污染。我国能源结构中有75%是由煤为原料组成的。全国城市主要污染物为可吸入颗粒物，全国近2/3的城市可吸入颗粒物年均浓度超过国家二级标准，并且近三成的城市超过国家三级，主要分布在华北北部和西北地区。这与当地高能耗的产业结构和荒漠化的环境条件有关。据环保部今年最新公布的信息表明，我国东部的一些城市和地区，由大气中飘尘（200MW）宜优先采用湿式石灰石/石膏法工艺，脱硫率和投运率要分别高于90%和95

10、%；燃煤含硫量小于2%或者中小容量机组（200MW），以及老机组改造，在满足排放标准前提下，可以采用干法、半干法、以及其他费用较低的脱硫技术，脱硫效率要高于75%，投运率要高于95%；对于中小型工业锅炉（产热量30m的较大颗粒，主要用于高效除尘装置的前级预除尘。采用预除尘能使后续装置的规模负荷降低，节约总投资。重力除尘器虽属传统型的除尘装置，但其结构简单，运行可靠，压力损失小，运行与维护费用少，仍然具有一定的优势。重力除尘器的配置台数要配合后续电除尘器的需求而设定。 设计捕集粒径为40m，密度为2150kg/m3的粒子，捕集效率为d=90%。 重力对总烟尘的除尘效率在30%-50%，取40%。

11、表3 已知粉尘粒径分布情况表4经重力除尘器后粒径分布情况表5 粉尘比电阻值表63.4.1重力沉降室设计过程（1）沉降速度Vs=gc dc2/18 （m/s)式中pc尘粒密度；dc尘粒直径；g重力加速度；气体的动力粘性系数。 Vs=9.80*2150*(40*10-6)2/18*(2.43244*10-5) =0.077(m/s) 重力沉降室的控制速度在0.4-1m/s之间 设计中取0.5m/s(2) 重力除尘器长L宽W，高H 取4 LH v/Vs =4*0.5/0.077=26mW=Q/H v =37.5/4*0.5 =18.75 考虑安装施工W取19m。所以重力沉降室取长度L=26m时，宽度

12、为W=19m；高度选为H=4m(3)底部支架设计重力沉降室设为两个灰斗，底部支架采用工字钢作为支架，沿气流方向设三根支柱，支柱间距为13m。支柱高度为1.5m,（4）设计中重力沉降室压降取120Pa.（5)设计中用两台重力沉降室分别对两台锅炉烟气预处理。图2 重力沉降室示意图3.5电除尘器设计 3.51主要参数计算过程(1)电除尘器的台数：处理一台锅炉烟气量为37.5m/s ，两台锅炉选用两台电除尘器单独工作。(2)电场风速的确定（v）烟气在电除尘器内流速大小一般在0.5-1.5m/s范围内，过高的电场风速不仅使电场长度增加，占地面积加大，而且会引起粉尘的二次飞扬，降低除尘效率；反之，在一定的

13、处理烟气条件下，过低的电场风速必然需要大的电场断面，这样导致设备庞大，不经济，所以电场风速的选择应适当。对于煤粉式锅炉，由于燃后的烟尘粒径主体部分在311微米之间，故不应取过高的电场风速，以免引起二次扬尘，故本设计取1.0m/s。(3) 电除尘器的截面积 F=Q/v =37.5/1=37.5 (m2)（4） 电除尘器的效率：该除尘系统为二级除尘器系统。经重力除尘后，再经静电除尘器进一步净化除尘，所以电除尘器效率可以小于98.5%，根据=1-（1-1）*（1-2）重力除尘器1=0.4，所以电除尘效率为2=97.5%(5)确定有效驱进速度影响驱进速度的因素很多，比较难确定。影响驱进速度的因素有煤的

14、含硫量、水分、灰分、碱性氧化物的含量等。这些值越大，驱进速度越大；同极距越大，驱进速度越大；比电阻越大，驱进速度越小。对于电厂锅炉，虽然影响驱进速度的因素很多，但实际上煤的含硫量和粉尘的粒径分布是影响驱进速度的主要因素。根据经验，当燃煤含硫量大于0.5%，小于2%时，氧化钠含量大于0.3%，电晕线为芒刺，同极距为300mm时，其有效驱进速度可由下式计算表7 查上表k=0.90，煤含硫为1%，w=7.4*1.3*10.625*0.90=8.658(cm/s)满足课本工业通风P102页，锅炉烟灰有效驱进速度范围。（6）收尘面积确定 所以根据公式A=1598 (m2)选择电除尘器的实际极板面积时，要

15、考虑各种参数的准确性和电除尘器的结构等方面的影响，应将极板面积，适当增加一些余量，一般按5%左右考虑。 A=1598*（1+5%)=1680(m2)(7) 比集尘极面积（f） f= A/Q=1680/37.5=44.8(s/m） 所以=97.93% 大于97.5%， 所以系统可以达到要求的除尘效果。(8)电场数（n）的确定在卧式电除尘器中，一般可将电极沿气流方向分为几段，通称几个电场。为适应粉尘的特性，达到较好的效果和电极的清灰性能，对要求净化效率高的电除尘器，一般选择34个电场，本次设计采用3个电场. F=37.5（m2) h=4.33(m)因电除尘器宽度不宜过宽，可相应增加电场高度来降低宽

16、度本次设计取h=6.5m.(10)同极距（2S）的确定：目前工业电除尘器的极间距为200450mm，研究表明，如果极间距加宽，增大了绝缘距离，提高了火花放电电压；加宽极间距可以提高两级工作电压，粉尘的驱进速度也相应提高，电除尘器内电极的安装和维修都较方便；同时，由于粉尘驱进速度的增大，在处理相同烟气量和达到相同的收尘效率条件下，所需的收尘面积也减少了。但极间距增加，极间电压也会增加，耗电量也会增加，增大了运行成本。综合考虑本次设计采用300mm的同极距。 所以Z=20.6 取整Z=21(12)电场断面（F）实际断面积F=Z*h*(2s-K）=21*6.5*(0.3-0.02)=38.22 (m

17、2)则实际风速v=Q/F=37.5/38.22=0.98 (m/s) A=1598*（1+5%)=1680(m2),h=6.5m,Z=21, 所以L=6.15m, 选用三个电场,则每个电场长度:L=2.05m.（14）选用的阳极板板宽为480mm，每个电场长度方向需要的阳极板数： N=L/480=2050/480=4.27故需要的板块数为5块，电场有效长度 L=0.48*5=2.4(m) 3.5.2主体核算A.宽度方向尺寸计算(1)电场有效宽度:B有效=Z（2s-k）=21*(0.3-0.02)=5880(mm)则B=300*21+4*100+300=7000（mm）单室宽B1=2Sz+2=3

18、00*10.5+2*100=3350（mm） L k=7000+2*5=7010 (mm) H=6500+200+40+200=6940(mm) 取H=7000（mm)（2）灰斗上端面到支柱基础面的距离H2:电除尘器内部垂直方向最长构件,在去掉灰斗后可从下部顺利取出,故取:H2=7000（mm) 则LH=2*450+2*3*470+2*380+3*2400=11680（mm) 所以Ld=2400+2*470+190=3530(mm) X=450+470+2400/2+3530/2=3885(mm)3.5.3电除尘器零部件的设计和计算 h 7=1.732(11680/3 -300)/2=3112

19、(mm)（2）进气箱,采用水平引入式进气箱,取进口处风速v=8m/s。进气箱进气口的面积为(一个进气口). F0=Q/8=37.5/8=4.6875（m2) 可取F0=2500*1875（mm) L z=0.55*(7000-350-600-2500)=1950(mm)进气中心高度Hz为 Hz=(1950-100)*tan500 +600+850+0.5*2500=4905(mm)（3）出气箱尺寸:出气箱小端面积F1=F0=4.6875(m2)出气箱长度Lw=0.8Lz=0.8*1950=1560(mm)出气中心高度H出气中心高度应大于进气中心高度，以防止烟尘接水平流出，本次设计取出气中心高度

20、H=5500(mm)(4)气流分布板进气箱气流分布板结构形式采用多孔板式，出气箱气流分布板结构形式采用槽型板式。（5）电除尘器压力损失，50-130Pa,设计中取80Pa. 图3 电除尘器一个进气口，三个灰斗示意图图4 除尘过程示意图1-电晕极，2-电子，3-离子，4-粒子，5-集尘极，6-供电装置，7-电晕区3.6供电装置脉冲供电除尘器介绍 3.6.1脉冲供电电除尘器 White和Hall于1947-1952年的研究工作是对脉冲供电方式最早的研究。对脉冲供电方式的研究过程可分为三个主要阶段：(1)初期研究与早期开发(1947-1970)；(2)中期开发与现场论证(1970-1980)；(3)

21、商品化阶段(1980-至今)。虽然早期开发研究工作证实了脉冲供电的几个主要优点，但进一步的工作却因缺乏可靠的大功率开关器件而被推迟。到了1970年，由于各国制定了更为严格的控制环境污染法规、低硫煤的广泛应用以及可靠的大功率固体SCR开关器件的不断开发，脉冲供电引起了全世界电除尘界的重新关注，并在80年代中得到了广泛的应用。（1）脉冲宽度主要分为三种：M a s u d a的微秒级以下的脉冲，IonPhysics的1-2微秒的脉冲和大量50-500微秒的脉冲，其中最常见的是50-200微秒的脉冲。（2）开关元件的不同：有晶闸管，火花间隙和电力闸流管。而只有通过火花间隙才可以获得上升时间快的窄脉冲

22、。（3）波形的不同：有单脉冲、脉冲数目可达8个的衰减的脉冲组和震荡的窄脉冲。（4）与电除尘器的连接方式不同：可以直接将高压脉冲连接至电除尘器或者通过脉冲变压器将低压脉冲调高后再连接至电除尘器。实际应用中大多是将高压脉冲叠加到可调的直流基值电压上。对于高比电阻灰尘，基值电压应调到等于或者略小于起晕电压。而对于比电阻在11101010cm的灰尘，基值电压在略高于起晕电压时可以极大的改善电除尘器的整体运行性能。M u s a d a的被称为“E l d y n ePulser”的脉冲是一种上升时间很短（50-100ns），脉冲宽度很窄（0.1-1s）峰值为50-150千伏的脉冲。用此脉冲系统对烟气温

23、度为350的焚化炉电除尘系统供电的实验取得了很好的结果。由于产生的高强度的电晕和等离子体发生的化学反应，该系统可以有效的脱除烟气中的x N O，x S O和汞蒸气。3.6.2实际应用中的脉冲供电系统简介（1）F.L.S m i d t h对实际应用的电除尘器的微秒级脉冲供电技术和应用做了大量的研究工作。实际应用的100多台脉冲供电系统的可靠性和性能都很好。这些脉冲供电系统主要应用在水泥厂（65%）、飞灰处理（22%），其他的用在石灰窑、壁炉冷却等场合。所有的系统都包括对基值电压，脉冲电压，脉冲重复频率，火花率和快速灭弧的自动控制装置。对这个脉冲供电系统的研究取得了不断的进展。世界范围内很多个国

24、家都使用了如图 5所示的贮能式脉冲供电系统。它采用贮能式原理，有显著的节能优点。其典型参数是脉冲宽度50-200s，脉冲重复频率25-400pps，基础直流电压40kV，脉冲幅值60kV。图5 F.L.S m i d t h贮能式脉冲发生器原理图（2）GEESI设计了脉冲宽度约为700微秒的宽脉冲系统。显而易见，脉冲宽度在500-1000微秒的脉冲电源供电效率不高，而且达不到最佳脉冲供电的要求。因此，GEESI放弃了宽脉冲的实验，并于1983年重新设计了如图 6所示的脉冲供电系统。这个系统与早期S m i d t h的系统相似。在南非和美国对此系统进行了一系列实验测试，直到1987年，此系统才

25、得到实际应用。 图6 通用电气脉冲供电原理图（3）F l a k t的脉冲供电系统如图 7所示。晶闸管开关通过电感连接到电除尘上。直流基值电压与产生脉冲的电压取自同一高压电源。这种设计可以自动产生与起晕电压相等的基值电压。此脉冲供电系统在应用中取得了很大的成功，尤其在处理高比电阻灰尘时，除尘性能得到了很大的提高。 图7 F l a k t 多脉冲电源系统（4）IonPhysics早期对脉冲电源的研究不是很成功，他们所设计的脉冲电源用如前所述的GEESI宽脉冲系统进行了一些实验，这些实验从构思到执行到成果都是不成功的。之后，IonPhysics重新设计简化并改造了原脉冲供电系统，得到了新的脉冲供

26、电系统。这个脉冲供电系统用GEESI的宽脉冲系统成功的进行了实验，并且实现了2年无故障运行（1984-1986）。（5）L u c i d y n e脉冲供电系统最早用在500MW旋风燃煤锅炉电除尘器上，到1984年，有16个25KW等级的此脉冲供电系统对集尘面积为50002m，宽300mm的电除尘器供电。这些电除尘器不能满足性能的要求，添加此脉冲供电系统是为了显著的改善除尘效率，达到除尘效率增加30%的要求。然而这些设备有严重的可靠性和维护方面的问题。不过后来的脉冲供电系统已经消除了这些问题，随后的L u c i d y n e的15KW脉冲供电系统取得了成功。（6）M a s u d a研

27、究的脉冲供电系统具有结构简单、成本低等特点，适合用在通过添加微秒级以下的脉冲电源对原有电除尘系统的性能改造上。 3.7电除尘系统脉冲供电装置选择 3.7.1 选择S m i d t h的脉冲供电系统对电除尘器供电 图 8 F.L.S m i d t h贮能式脉冲发生器原理图 F.L.S m i d t h的脉冲供电系统介绍 如图 8所示为脉冲供电系统原理图。在实际应用中，直流基值电压由一单相高压整流变压器提供。高压整流变压器通过一个消除电压纹波的平滑滤波电感向电除尘器供电。该滤波电感对脉冲电压和整流变压器起到了隔离作用。 有两种获得脉冲电压的方式，一种是直接获得高压脉冲，向电除尘器供电，另一种

28、是先获得低压脉冲，通过脉冲变压器调压后再向电除尘器供电。本文介绍的是第二种。该脉冲电路主要包括以下元件：（1）最大直流输出为3000V的三相整流变压器；（2）由大量晶闸管串联在一起组成的开关元件，每个晶闸管并联一个反向二极管。工作时，电流先从导通的晶闸管流过，等晶闸管关断后，电流会从反向二极管流回去。由于晶闸管的关断时间大约为20微秒，因此电压脉冲的宽度必须大于50微秒；（3）用来调节脉冲宽度和限制除尘器发生火花时电流上升率的电感；（4）脉冲变压器；（5）连接电容Cc，将脉冲能量传递给电除尘器。除此之外，该电容将脉冲电源与直流基值电源隔离。当用光信号或者磁信号来触发晶闸管导通时，能量就会通过开

29、关元件、电感、脉冲变压器和连接电容传递到电除尘器。此电路与电除尘器电容一起构成了震荡电路。相应的，传递到电除尘器而在电晕放电期间没有用完的能量将会通过开关元件的反向二极管返回到储能电容。 3.7.2 S m i d t h的脉冲供电系统的应用价值 一般来讲，向相同集尘面积的电除尘器供电，脉冲电源的价格是普通直流电源的4倍，而安装价格是直流电源的2倍。 由于脉冲电源供电时，电除尘器的能耗和维护成本都会降低，所以脉冲电源供电时的运行成本会减少。 在安装新的电除尘器时，我们会对使用普通直流电源供电的大型电除尘器和使用脉冲电源供电的小型电除尘器做一个全面的成本比较。这包括所需的空间和灰尘处理设备的比较

30、。由于实际运行时脉冲电源对运行性能的改善和其他一些诸如场地限制等因素，比较的结果是脉冲电源供电比较经济。在对现有电除尘系统进行改造时，考虑到电气运行状况，脉冲电源供电是较优的选择。如果仅仅通过机械改造和添加脉冲电源就可以实现所需的改造效果，那么在达到相同的效率的情况下，通过添加脉冲电源的方法比增加集尘面积要经济的多。3.8 DBP系列电除尘器的介绍DBP系列电除尘器是一种干法板式电除尘器。广泛用于燃煤电厂、金属冶炼、水泥、化工、造纸等行业的烟尘净化、回收。（1）工作原理 在电除尘器的正负极上通一高压直流电源,在两极间维持一个足以使气体分离的静电场,含尘气体在通过高压电场进行电离的过程中使尘粒带

31、电,并在电场力的作用下使带电尘粒向极性相反的电极移动,沉积在电极上,从而将尘粒从含尘气体中分离出来,然后通过振打电极的方法使尘粒降落在除尘器的集灰斗内,净化的空气经出气烟箱排出。（2）工作条件 1、环境温度：-10-+50（低于-20请订货注明）。 2、环境湿度：85%。 3、含尘气体的温度：400，但须高于露点以上20。 4、含尘气体温度：以电场内不结露为宜。 5、粉尘比电阻：1041012cm。（3） 性能特点 1、 除尘效率高，其捕集效率可达99.9%以上。 2、 设备阻力小，一般为200300Pa,总能耗低，运行费用低。 3、 适用范围广，可捕集粒径小于0.1m的粒子，300-400的

32、高温烟气。 4、 处理烟气量大，单台除尘器烟气处理量已达200万Nm3 /h。 5、 可处理各种复杂工况粉尘。（4）技术参数DBP型电除尘器性能参数（同距间距300mm）项目 型号有效断面积(m)处理风量万(m/h)电场风速(m/s)除尘器承受负压(Pa)气体温度()效率(%)压损(Pa)漏风率(%)电场数输出电流(A)输出电压(KV)外形尺寸（长宽高）(M)DBP-10/310.23.24-4.320. 8-1.2600030099300330.16017.85.710.0DBP-12.5/312.84.05-5.40.8-1.2600030099300330.16017.85.711.7DBP-15/315.14.86-6.480.8-1.2600030099300330.16018.46.412DBP-20/320.26.48-8.640.