大氣污染控制工程課程設(shè)計(jì)-電除塵器的設(shè)計(jì)

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內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 一、緒論 1.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容、要求 1.1.1設(shè)計(jì)內(nèi)容 1．題目 電除塵器的設(shè)計(jì) 2.目的與意義 使學(xué)生在學(xué)習(xí)專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)和《大氣污染控制工程》專業(yè)課程的基礎(chǔ)上，學(xué)習(xí)和掌握環(huán)境工程領(lǐng)域內(nèi)的主要設(shè)備——電除塵器設(shè)計(jì)的基本知識(shí)和方法，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的環(huán)境工程領(lǐng)域的基礎(chǔ)理論、基本技能和專業(yè)知識(shí)分析問(wèn)題和解決工程設(shè)計(jì)問(wèn)題的能力，培養(yǎng)學(xué)生調(diào)查研究，查閱技術(shù)文獻(xiàn)、資料、手冊(cè)，進(jìn)行工程設(shè)計(jì)計(jì)算、圖紙繪制及編寫(xiě)說(shuō)明書(shū)的基本能力。 1.1.2設(shè)計(jì)要求 1、基本資料 本設(shè)計(jì)處理一發(fā)電量為600MW機(jī)組發(fā)電廠的鍋爐煙氣。 （1）煙氣氣體性質(zhì) 鍋爐排出的煙氣量：； 煙氣溫度、壓強(qiáng)：135℃、-2000Pa；（ 當(dāng)?shù)卮髿鈮海?.76104Pa） 煙氣含塵濃度：； 粉塵的比電阻：。 （2）其原煤含硫量為0.76％，煤灰中Na2O為0.52％；煙氣的粒度分布如下表所示： 粒徑（） <2 4~6 6~10 10~20 20~30 30~35 百分比組成 8 25 19.2 19.8 19.5 8.5 2.設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)電除塵器，其除塵效率不低于99%。 3.工作量要求 （1）設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份。 （2）設(shè)計(jì)圖紙：除塵器外形圖、進(jìn)出氣箱幾何尺寸圖各一張，共兩張。 1.2電除塵器工作原理及特點(diǎn) 電除塵器是含塵氣體在通過(guò)高壓電場(chǎng)進(jìn)行電離的過(guò)程中，使塵粒荷電，并在電場(chǎng)力的作用下式塵粒沉積在集塵板上，將塵粒從含塵氣體中分離出來(lái)的一種除塵設(shè)備。具有分離粒子耗能少、氣流阻力也小的特點(diǎn)，同時(shí)由于作用在粒子上的靜電力相對(duì)較大，所以即使對(duì)亞微米級(jí)也能有效地捕集。 1.2.1電除塵器的工作原理 圖1-1電除塵器工作原理圖 三個(gè)基本過(guò)程: 1.懸浮粒子荷電－高壓直流電暈 高壓直流電暈是使粒子荷電的最有效辦法，廣泛用于靜電除塵過(guò)程。電暈過(guò)程發(fā)生于活化的高壓電極和接地極之間，電極之間的空間內(nèi)形成高濃度的氣體粒子，含塵氣流通過(guò)這個(gè)空間時(shí)，塵粒在百分之幾秒的時(shí)間內(nèi)因碰撞俘獲氣體粒子而導(dǎo)致荷電。 圖1-2 電暈放電原理圖 2.帶電粒子在電場(chǎng)內(nèi)遷移和捕集 延續(xù)的電暈電場(chǎng)（單區(qū)電除塵器）或光滑的不放電的電極之間的純靜電場(chǎng)（雙區(qū)電除塵器）來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 3.捕集物從集塵表面上清除 通過(guò)振打除去接地電極上的顆粒層并使其落入灰斗，當(dāng)粒子為液態(tài)時(shí)，被捕集粒子會(huì)發(fā)生凝集并滴入下部容器內(nèi)。 1.2.2電除塵器的特點(diǎn) 含塵氣體在靜電除塵器內(nèi)沿水平方向運(yùn)動(dòng)，與其他靜電除塵器相比有以下特點(diǎn)： （1）壓力損失小，一般為200～500Pa； （2）處理煙氣量大，可達(dá)105～106m3/h； （3）能耗低，大約0.2～0.4kWh/（1000m3）； （4）對(duì)細(xì)粉塵有很高的捕集效率，可高于99％； （5）可在高溫或強(qiáng)腐蝕性氣體下操作； （6）一次性投資高； （7）安裝精度要求高； （8）對(duì)粉塵比電阻有一定要求； 二、 主要設(shè)備及說(shuō)明 電除塵器一般由除塵器本體和供電裝置兩大部分組成。除塵器本體包括電暈電極，集塵極，高壓供電設(shè)備，氣流分布裝置，外殼及灰斗。 2.1電暈電極 常用的有直徑3mm左右的圓形線、星形線及鋸齒線、芒刺線等 。電暈極系統(tǒng)是產(chǎn)生電暈、建立電場(chǎng)的最主要構(gòu)件，它決定了放電的強(qiáng)弱，影響煙氣中粉塵荷電的性能，直接關(guān)系著除塵效率。另外，它的強(qiáng)度和可靠性也直接關(guān)系著整個(gè)電除塵器的安全運(yùn)行，所以電暈極系統(tǒng)是電除塵器設(shè)計(jì)、制造和安裝的關(guān)鍵部件。必須選配良好的線型、合理的結(jié)構(gòu)和適宜的振打。安裝時(shí)要保證嚴(yán)格的極間距，保證整個(gè)電暈極系統(tǒng)與電除塵器其它部件良好的絕緣性能和足夠的放電距離。電暈線的一般要求：起暈電壓低、電暈電流大、機(jī)械強(qiáng)度高、能維持準(zhǔn)確的極距、易清灰等。電暈線固定方式有重錘懸吊式和管框繃線式。 a.圓形線 b.星形線 c.鋸齒線 d.芒刺線 圖1-3電暈級(jí)形狀 圖1-4重錘懸吊式電暈級(jí)示意圖 圖1-5管框繃線式電暈級(jí)示意圖 2.2集塵極 集塵極結(jié)構(gòu)對(duì)粉塵的二次揚(yáng)起，及除塵器金屬消耗量 （約占總耗量的40－50%）有很大影響。集塵極系統(tǒng)是由若干排極板與電暈極相間排列，與電暈極共同組成電場(chǎng)，它是粉塵沉積的重要部件，直接影響著電除塵器的效率。集塵極一般由鋼材軋制。性能良好的集塵極應(yīng)滿足下述基本要求：振打時(shí)粉塵的二次揚(yáng)起少、單位集塵面積消耗金屬量低、極板高度較大時(shí)，應(yīng)有一定的剛性，不易變形、振打時(shí)易于清灰，造價(jià)低。 圖1-6常用板式電除塵器集塵級(jí) 2.3儲(chǔ)灰系統(tǒng) 儲(chǔ)灰系統(tǒng)儲(chǔ)灰系統(tǒng)的功能是把從電極上落下來(lái)的粉塵進(jìn)行集中，并經(jīng)排灰系統(tǒng)送到其它裝置中去。一般集灰斗為四棱臺(tái)狀或棱柱狀，四棱臺(tái)狀灰斗多采用星形排灰閥順序定時(shí)排灰，棱柱狀灰斗多采用鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)連續(xù)排灰。電除塵器的儲(chǔ)灰系統(tǒng)事故較多，特別是定時(shí)排灰的灰斗，往往由于灰斗積灰過(guò)滿造成電暈極接地；連續(xù)排灰的灰斗積灰太少或斗壁密封不嚴(yán)會(huì)使空氣泄入引起二次飛揚(yáng)，此外，如果下部排灰裝置能力不夠也容易引起運(yùn)行故障?；叶穬A角過(guò)小或斗壁加熱保溫不良，會(huì)造成落灰不暢，甚至結(jié)塊堵塞。所以儲(chǔ)灰系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造和安裝都應(yīng)引予以足夠重視，為了防止氣流半旁路，在灰斗中要設(shè)置若干塊阻流板。 2.4供電設(shè)備 高壓供電設(shè)備提供粒子荷電和捕集所需要的高場(chǎng)強(qiáng)和電暈電流，供電設(shè)備必須十分穩(wěn)定，希望工作壽命在二十年之上，通常高壓供電設(shè)備的輸出峰值電壓為70一l000kV，電流為100－2000mA 。增加供電機(jī)組的數(shù)目，減少每個(gè)機(jī)組供電的電暈線數(shù)，能改善電除塵器性能，但投資增加，必須考慮效率和投資兩方面因素。 2.5氣流分布板 電除塵器內(nèi)氣流分布對(duì)除塵效率具有較大影響，為保證氣流分布均勻，在進(jìn)出口處應(yīng)設(shè)變徑管道，進(jìn)口變徑管內(nèi)應(yīng)設(shè)氣流分布板。 最常見(jiàn)的氣流分布板有百葉窗式、多孔板分布格子、槽形鋼式和欄桿型分布板。 對(duì)氣流分布的具體要求是： 任何一點(diǎn)的流速不得超過(guò)該斷面平均流速的土40% 在任何一個(gè)測(cè)定斷面上，85%以上測(cè)點(diǎn)的流速與平均流速不得相差土25%。 三、電除塵器的總體設(shè)計(jì) 3.1電除塵器外形尺寸設(shè)計(jì)計(jì)算 3.1.1.確定驅(qū)進(jìn)速度（ ） 當(dāng)煤的含硫量大于，小于，粉塵中含量大于，電暈線采用芒刺型電極，極間距取為400mm時(shí)，可按下式計(jì)算： (3-1-1) 式中，——煤的含硫量（%）； ——平均粒度影響系數(shù)，其值按表3-2選定。 (3-1-2) 式中，，——粒度為，組成的百分比，本設(shè)計(jì)中粒度百分比詳見(jiàn)表3-1。 ，——粒度平均粒徑。 表3 -1煙氣粒度分布表 粒徑（） <2 4~6 6~10 10~20 20~30 30~35 百分比組成 8 25 19.2 19.8 19.5 8.5 則 表3-2 平均粒度影響系數(shù) () 10 15 20 25 30 35 0.9 0.95 1 1.05 1.1 1.15 15 按表2-2根據(jù)內(nèi)插法 得 10 帶入公式2-1得 0.9 13.4735 0.95 3.1.2計(jì)算所需集塵極面積（ A ） (3-1-3) 式中，A——所需收塵極面積； Q——被處理煙氣量（）； ——除塵器要求的除塵效率； ——粉塵驅(qū)進(jìn)速度（）； K——儲(chǔ)備系數(shù)。 配用兩臺(tái)電除塵器，取K=1。 則為,取除塵效率為99.5% 則 為了保留一定的緩沖余地，實(shí)際面積要大一些 (3-1-4)則 3.1.3初選電場(chǎng)斷面（ ) (3-1-5) 式中，——電場(chǎng)風(fēng)速，取值范圍為0.8～1.5m/s,取為1.2m/s， 則 3.1.4極板高度 ( ) 對(duì)于在以上的電除塵器采用雙進(jìn)風(fēng)口。 當(dāng)時(shí)，極板高度 (3-1-6) 則 對(duì)極板高度進(jìn)行圓整，因?yàn)楦叨却笥?m,所以1m為一級(jí),則取h=18m 3.1.5求通道數(shù)( Z ) (3-1-7) 式中，——相鄰兩極板中心距，取2S=0.4m； ——集塵極板的阻流寬度，取0.0015 則 ，采用雙進(jìn)風(fēng)口則Z為偶數(shù)，取Z為74個(gè) 3.1.6電除塵器的電場(chǎng)實(shí)際斷面( F ) 電除塵器的有效寬度為： (3-1-8)則 (3-1-9) 3.1.7除塵器內(nèi)壁寬( B ) 采用雙進(jìn)風(fēng)，中間設(shè)立柱 (3-1-10) 式中，△——最外層的一排極板中心線與內(nèi)壁的距離，此值可根據(jù)電除塵器大小在50～100之間取值，取100 ——中間立柱的寬度，取300mm 則 3.1.8柱間距（ ） (3-1-11) 式中，—除塵器殼體鋼板的厚度，一般取5 mm —柱的寬度。在殼體強(qiáng)度計(jì)算前，先參考下表3-3選取。 表3-3 采用工字鋼做點(diǎn)收塵器支柱的尺寸 斷面規(guī)格（） 5 10 15 20 30 40 50 60 70～120 120～180 250 250 320 320 320 320 450 450 500 600 查表知=600mm。 則 3.1.9除塵器內(nèi)高（ ） (3-1-12) 式中，—收塵極板有效高度（m），； —當(dāng)極板上端懸吊于頂梁的X型梁上時(shí)，； —收塵極下端至撞擊桿的中心距離，按結(jié)構(gòu)型式不同取mm 本設(shè)計(jì)中取=43.5 mm； —撞擊桿的中心至灰斗上端的距離，一般取 mm,本設(shè)計(jì)中取=240mm。 則 3.1.10電暈極框架高度（ ） (3-1-13) 式中，——電暈極框架上端與梁底面的豎直距離； ——電暈極框架下端與收塵極撞擊桿中心線的距離（在投影高度上）。 按下表3-4知=240mm, =220mm. 表3-4 極板配置尺寸 極間距 300 400 極板懸吊形式 Ⅰ Ⅱ Ⅰ Ⅱ (mm) ﹥220 180 ﹥330 240 （mm） 160 220 則 3.1.11每個(gè)電場(chǎng)的電場(chǎng)長(zhǎng)度（ ） (3-1-14) 式中，——電場(chǎng)數(shù)量，按下表2-5查得n=3。 表3-5電場(chǎng)數(shù)量的選擇 -vln(1-η w <3.6～4 >4～7 >7～9 5 3 4 5 <5～9 2 3 4 9～13 - 2 3 則 ，取5.6m 3.1.12除塵器殼體內(nèi)壁長(zhǎng)( ) (3-1-15) 式中， mm , 取430 mm mm , 取460 mm mm , 取400 mm 則 3.1.13求沿氣流方向的柱距( ) 電除塵器的柱距根據(jù)結(jié)構(gòu)型式不同而不同，當(dāng)收塵極的懸掛采用懸吊式，柱一般采用工字鋼組合式斷面，此時(shí)中間柱距： （3-1-16） 則 外側(cè)柱距： （3-1-17） 則 外側(cè)柱距與除塵器內(nèi)壁距離1： X1 （3-1-18） 則 X1=430mm 3.2進(jìn)出氣箱尺寸設(shè)計(jì) 3.2.1進(jìn)氣箱 當(dāng)采用水平引入式的進(jìn)氣箱時(shí)，進(jìn)氣箱的進(jìn)氣口尺寸為： （3-2-1） 式中 ——進(jìn)氣口面積（m2）； ——進(jìn)氣口處的風(fēng)速（m/s），取12m/s； 則 進(jìn)氣箱大端面積： （3-2-2） 則 考慮到進(jìn)口盡可能與電場(chǎng)面相似，且 則取 進(jìn)氣箱長(zhǎng)度，按下式計(jì)算： （3-2-3） 式中，； 且H1-350-600 = 17334mm ； 5631mm。 則 = 0.56（17334－5631）+250=6804mm。 取進(jìn)氣箱的底數(shù)與水平面夾角為50，進(jìn)氣口中心高H3： 設(shè)側(cè)部底梁高為850 mm，則 （3-2-4） 則 3.2.2出氣箱 設(shè)計(jì)時(shí)采用水平出氣,出氣箱大端的頂端取在頂梁底面下350 mm處。 出氣箱小端面積： （3-2-5） 則 出氣箱長(zhǎng)度： （3-2-6） 則 出氣箱大端高度： (3-2-7) 則 出氣箱中心高： （3-2-8） 則 3.3灰斗的設(shè)計(jì)計(jì)算 設(shè)計(jì)為四棱臺(tái)灰斗，其排灰量 = （3-3-1） 式中，q入——煙氣含塵濃度，為28g/m3； η=0.85～0.9，取η=0.87 則 = 表3-6四棱臺(tái)狀灰斗排灰量 排灰口小口寬B（mm） 300 350 400 500 排灰量 (t/h) 20 35 50 100 查表3-6；取為mm。 采用角錐形灰斗，沿氣流方向設(shè)四個(gè)灰斗，與氣流垂直方向上設(shè)八個(gè)灰斗，灰斗的下口取 mm，斗壁斜度為60。 因?yàn)? 灰斗高度為： (3-3-2) 則 3.4氣流分布板設(shè)計(jì)計(jì)算 3.4.1分布板的層數(shù)（ np ） np ≥ (3-4-1) 式中，N0——?dú)饬髟谌肟谔幇礆饬鲃?dòng)量計(jì)算的速度場(chǎng)系數(shù)，對(duì)于直管或帶有導(dǎo)向 管的彎頭N0=1.2；對(duì)于不帶導(dǎo)向板的緩慢彎頭，當(dāng)彎管后面沒(méi)有平直段 時(shí)，N0 =1.8 ～ 2.0，本設(shè)計(jì)取1.2 則 np ≥ 根據(jù)實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，多孔板層數(shù)可按取 ≤6時(shí)，取1層；6＜≤20時(shí)，取2層；20＜≤50時(shí)，取3層。 因?yàn)?10.2，所以取2層 3.4.2分布板的阻力系數(shù)( ξ ） ξ= (3-4-2) 式中：ξ——阻力系數(shù)； 則 3.4.3 開(kāi)孔率的確定（ f ） 由開(kāi)孔率與阻力系數(shù)關(guān)系圖知，當(dāng)ξ=11.24時(shí)，f=0.35 圖3-1 開(kāi)孔率與阻力系數(shù)關(guān)系圖 總結(jié) 歷時(shí)兩周的課程設(shè)計(jì)結(jié)束了,雖然很忙碌，但收獲了許多。最基本學(xué)習(xí)到了電除塵器的設(shè)計(jì)計(jì)算,真正了解到了電除塵器的優(yōu)缺點(diǎn)，使自己也更深地明白了電除塵器的特點(diǎn)及運(yùn)行原理，同時(shí)在這次課程設(shè)計(jì)中不但提高了動(dòng)手能力而且進(jìn)一步理解和掌握了所學(xué)知識(shí)。 在設(shè)計(jì)的過(guò)程中遇到過(guò)各種各樣的問(wèn)題，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足，對(duì)以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，比如各個(gè)設(shè)備尺寸的計(jì)算，CAD圖的繪制……通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)之后，使得我又將以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)重新溫故了。我認(rèn)為，在這次課程設(shè)計(jì)中，在收獲知識(shí)的同時(shí)，還收獲了閱歷，收獲了成熟，在此過(guò)程中，我們通過(guò)查找大量資料，請(qǐng)教老師，以及不懈的努力，不僅培養(yǎng)了獨(dú)立思考、動(dòng)手操作的能力，在各種其它能力上也都有了提高。更重要的是，我學(xué)會(huì)了很多學(xué)習(xí)的方法。 不管怎樣，這些都是一種鍛煉，一種知識(shí)的積累，能力的提高。完全可以把這個(gè)當(dāng)作基礎(chǔ)東西，只有掌握了這些最基礎(chǔ)的，才可以更進(jìn)一步，取得更好的成績(jī)。很少有人會(huì)一步登天的，永不言棄才是最重要的。 同時(shí)經(jīng)過(guò)幾天緊張的課程設(shè)計(jì)，從中學(xué)到了許多在課本上所學(xué)不到的東西，而且鍛煉了自己畫(huà)圖的水平，提高了自己的能力，為以后走上工作崗位奠定了一定的基礎(chǔ)。 在此我要感謝我的指導(dǎo)老師給我悉心的幫助和對(duì)我耐心而細(xì)致的指導(dǎo)，同時(shí)感謝我周?chē)耐瑢W(xué)，他們給了我許多幫助和鼓勵(lì)，如果沒(méi)有他們的幫助，此次課設(shè)的完成將變得更困難,感謝他們?cè)谖以O(shè)計(jì)中給了我許多寶貴的意見(jiàn)和建議。 最后，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，同時(shí)設(shè)計(jì)時(shí)間有限，有許多不足之處，以及考慮不周全的地方，在此衷心希望老師能夠批評(píng)指導(dǎo)。  參考文獻(xiàn) 【1】高林香主編.《除塵技術(shù)》.華北電力大學(xué).2001.3 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