(完整版)大气污染控制工程毕业课程设计X

摘 要

本次课程设计题目是针对电厂锅炉烟气的含尘量以及其他气体性质设计出一个尺寸合理、性能稳定、经济的电除尘器。电除尘器是含尘气体在通过高压电场进行电离的过程中，使尘粒荷电，并在电场力的作用下使尘粒沉积在集尘极上，将尘粒从含尘气体中分离出来的一种除尘设备。由于作用在粒子上的静电力相对较大，所以即使对亚微米级的粒子也能有效的捕集。在对电除尘器的构造以及原理有了深入了解后，经过反复调整参数对各个结构进行了设计计算，并且对电晕线型式、集尘极板型式等构件进行了选型，最终根据计算结果制得电除尘器的外形图。

关键词：电除尘器；锅炉烟气；大气污染

Abstract

The topic of curriculum design for power plant boiler flue gas dust content and other properties to design a reasonable size, performance，stability，and economic ESP．ESP is a dusty gas through a the ionization process，so that charged dust particles，and the electric field strength under the action of the dust particles deposited on the pole on the dust particles separated from the dust and gas a dust removal equipment．As the role of the static electricity on the particle is relatively large，so even if the sub-micron particles can effectively capture．In the construction and principles of ESP calculations，and the corona wire type，type of dust collection plate for a selection of other components，according to final results obtained ESP outline．

Keywords：Electrical precipitator；Boiler flue gas；Atmospheric pollution

目 录

第一章 设计概述 .............................. 1

1.1 设计原则及相关标准............................................................................................. 1

1.1.1 设计原则 ...................................................................................................... 1 1.1.2 除尘设计的相关标准 ................................................................................. 1 1.2 设计内容及要求..................................................................................................... 1

1.2.1 设计内容 ...................................................................................................... 1 1.2.2 设计要求 ...................................................................................................... 1 1.3 设计原始数据......................................................................................................... 1

1.3.1 烟气气体性质.............................................................................................. 1 1.3.2 其他参数 ...................................................................................................... 2

第二章 锅炉燃烧相关量计算 ..................... 3

2.1锅炉燃烧产生的气体计算 ..................................................................................... 3

2.1.1理论空气量的计算....................................................................................... 3 2.1.2产生烟气量的计算....................................................................................... 3 2.1.3灰分浓度及二氧化硫浓度的计算 .............................................................. 4 2.1.4实际工况下烟气量的计算 .......................................................................... 4 2.2除尘效率η计算...................................................................................................... 4 2.3脱硫效率η计算...................................................................................................... 5

第三章 电除尘器 .............................. 6

2.1 电除尘器的优势..................................................................................................... 6 2.2 电除尘器的工作原理............................................................................................. 6 2.3 电除尘器的结构及类型 ........................................................................................ 6

2.3.1 电除尘器的结构.......................................................................................... 6 2.3.2 电除尘器的类型.......................................................................................... 6

第四章 主要设备说明 ........................... 8

3.1 电晕极系统 ............................................................................................................. 8

3.1.1 电晕线 .......................................................................................................... 8 3.1.2 电晕线的固定.............................................................................................. 8 3.1.3 电晕极的振打装置...................................................................................... 8 3.1.4 绝缘套管...................................................................................................... 8 3.1.5 保温箱 .......................................................................................................... 9 3.2 集尘极系统 ............................................................................................................. 9

3.2.1 集尘极板 ...................................................................................................... 9 3.2.2 集尘板的悬挂.............................................................................................. 9 3.2.3 集尘极板的清灰装置 ................................................................................. 9 3.3 气流分布板 ........................................................................................................... 10 3.4 高压供电设备....................................................................................................... 10 3.5 排灰装置 ............................................................................................................... 10

第五章 电除尘器主体结构设计计算 .............. 11

4.1 设计参数 ............................................................................................................... 11

4.1.1 除尘效率： ................................................................................................ 11 4.1.2 有效驱进速度：........................................................................................ 11 1.2 电除尘器箱体横断面各部分尺寸 ...................................................................... 12

第六章 脱硫系统设计计算...................... 16 第七章 烟囱的设计计算 ....................... 19 总 结 ....................................... 23

第一章 设计概述

1.1 设计原则及相关标准

1.1.1 设计原则

1．严格执行国家有关环境保护的各项规定，确保排出气体指标达到国家及地方有关污染物排放标准； 2．工艺成熟、简单明了，节省投资费用； 3．运行费用低，经济性好； 4．操作管理方便，自动化程度高； 5．避免二次污染，满足安全要求；

6．节约占地面积，流程组合和平面布置的设计，充分考虑节约用地。

1.1.2 除尘设计的相关标准

1. 环境空气质量标准(GB)； 2. 大气污染综合排放标准(GB)；

3. 锅炉大气污染物排放标准(GBWPB3-1999)； 4. 火电厂大气污染物排放标准(GB)。

1.2 设计内容及要求

1.2.1 设计内容

本次要求设计QXS65-39型锅炉高硫无烟煤烟气电除尘湿式脱硫系统

1.2.2 设计要求

（1）根据燃煤的原始数据计算锅炉燃烧产生的烟气量，烟尘和二氧化硫浓度。

（2）净化系统设计方案的分析，包括净化设备的工作原理及特点；运行参数的选择与设计；净化效率的影响因素等。

（3）除尘设备结构设计计算 （4）脱硫设备结构设计计算 （5）烟囱设计计算

（6）管道系统设计，阻力计算，风机电机的选择

（7）根据计算结果绘制除尘系统、脱硫设备平面、剖面布置图、系统流程图。

1.3.1 技术参数

锅炉型号：QXS65-39 即，强制循环室燃炉（煤粉炉），蒸发量

65t——电场数量，根据表4-5选取为2。

表4-5 电场数量n的选择

<3.6~4 — 2 3 3 2 >4~7 4 3 >7~9 5 4 L求出后，应按每块极板的名义宽度的倍数进行圆整。取L=4.5m。

第六章 脱硫系统设计计算

吸收塔选填料塔基本参数确定 根据表选择填料塔基本参数 阻力： 空塔速度： 液气比： 烟气流量：

根据烟气计算结果：烟气流量 脱硫效率 塔径计算

取整为 ，塔径确定后，由于为齿形栅条，塔径应 而实际 料塔高度计算

式中：HOG ——气象传质单元高度，可取1.5~1.8m； NOG——气象传质单元数，查表去2.4； Z——填料层高度，m。 则

考虑到适应操作条件波动留有调节控制余地，因此应修正为： 喷淋密度

式中：L ——气塔顶喷淋剂量； A——截面积。

设塔顶喷淋剂量为 则 填料层阻力（应用阻力系数法） 式中： P ——填料层压降，Pa；

——阻力系数，取10； Z ——填料层高度，m； ——空塔速度， ； ——气体密度，；

填料塔总高

首先由标准经验值规定吸收液质量浓度一般为10%~15%，设计中取15%，液气比通常为8~25，设计中取10，反应时间通常为3~5s，考虑到反应的稳定性取4s，填料塔内流速通常为1~5ms，设计中取3ms 有反应时间可知：

式中：HZ ——t填料塔总高，m； v’——塔内流速，取3ms； t——取4s。 即

盖顶考虑排气部分定为0.5m，出口液体部分定为0.5m，则实际填料塔高度为： 物料平衡

由液气比为10，则供应吸收液量为 式中：L——液气比。 根据标准经验值钙硫比为1.05

设新鲜吸收液量为a kg） （5.1） 式中，Q——通过烟囱的总烟气量，m3s；

W——烟囱出口烟气流速，ms。

表5.1 烟囱出口烟气流速（）

通风方式

运 行 情 况

全 负 荷 时 最小负荷

机 械 通 风 自 然 通 风

10—20 6—10

4—5 2.5—3

选定w=15则可得

，取1.7m。

由设计任务书上可得所有锅炉的总的蒸发量为65t)

锅炉总额定出力(th)

烟囱最低高度 20

25

30

35

40

45

<1

1～2

2～6

6～10

10～20

26～35

根据锅炉大气污染排放标准中的规定则可确定烟囱的高度必须大于60m 。 （3）烟气热释放率：

（5.3）

式中，——烟气的热释放率，； —大气压力， s； Hs——烟囱有效高度，m；

——系数，可按表6.3查得。查得城市近郊区：当

表6.3 系数的值

KW ≥21000

地表状况

农村或城市远郊区 城市或近郊区

1.427 1.303 0.332 0.292

13 13 35 35

23 23 25 25

＜21000 且ΔT≥35K

农村或城市远郊区 城市或近郊区

带入数据可得：

H0.2923928.78604-153.84 m

（5）烟囱有效高度H：

（5.6）

式中，H——烟囱有效高度 ，m；

ΔH——烟气抬升高度，m； Hs——烟囱几何高度，m；

带入数据可得： （6）烟囱高度较核

式中，——污染物在y,z方向上的标准差，，取0.8； ——烟气出口处的平均风速，，取4；

——SO排放量，，为； ——地面最大浓度，； H——烟囱有效高度，m； 带入数据可得：

3525

max234.264330.85.12510gm0.5125 mgm 23.144113.842.7183根据《环境空气质量标准》各项污染物浓度限值，故不符合标准。 重新假设烟囱几何高度：

H0.2923928.78704-157.27 m

3525max234.264330.84.110gm0.41 mgm 23.144127.272.7183根据《环境空气质量标准》各项污染物浓度限值，故符合标准。所以烟囱几何高度为70 m。 （7）烟囱底部直径：

（5.7）

式中，H——烟囱高度，m.

i——烟囱椎角，烟囱椎角i通常取i= 0.02—0.03，取i=0.02；

带入数据可得：

d21.720.02704.5 m,取4.6m。

（8）烟囱阻力计算：

假设标况下烟气的密度为：1.34 Kgm3,则可得在实际温度下的密度为

n平均烟囱直径：

2732731.340.84Kgm3；

273160443 （5-8）

式中，d1—烟囱出口内径；

d—烟囱底部直径。

带入数据可得： 烟囱阻力为

式中， L—烟囱长度m； d—烟囱直径，m； —烟气密度，Kgm3；

v—烟囱中气流平均流速,ms；此处设计取v=12；—摩擦阻力系数。 带入数据可得：

127.270.84122PL0.023.1249.66Pa

5.9）（

第八章 管道阻力计算

1.选取管道内的烟气流速，确定管道尺寸。对于含尘管道的烟气流速可按表8-1选取

表8-1 除尘风道的最小速度

从表8-1可知煤尘在垂直风道的最小风速为11ms，在水平风道的最小风速为13ms，故本次设计中选取。 管道内径的计算：

（8-1）

式中，Q——通过烟囱的总烟气量，m3s； ——煤尘在风道中的平均风速，ms。 带入数据可得： 管道压力损失计算 管道沿程损失计算：

（8-2）

式中，——在实际工况下的烟气密度，取

——管道长度，m ——管道内径，m

——管道沿程损失系数，一般金属管道取=0.02。

带入数据可得：

0.032500.84142P1348.81Pa

21.77管道局部损失计算：

（8-3）

式中，——局部损失系数， 带入数据可得：

0.84142Pm0.7561.74pa

2管道总压力损失：

PgPL50P.743435.81pa m348.815061PfPoPd0amf

0.9972000.373kg2

m600.99157pa 60m3134106Pf7.21070.37310110.255106

第九章 风机和电机的选择

（1）、除尘器的内部压力损失

式中： —除尘器结构压力损失，在正常过滤风速下，一般取300—500 。 （2）、过滤阻力:

pfpopd(0am)vf

式中： —清洁滤料的压力损失系数或阻力系数（) — 含尘气体的粘度(）

— 过滤速度（）

— 粉尘的平均比阻力，一般为 — 堆积粉尘负荷（单位面积的含尘量）（)

普通运行的堆积粉尘符合范围为 粉尘负荷：

式中：—入口气体含尘浓度（）

—过滤时间()

过滤时间取2小时，即7200s，则：

2m31431060.996072000.373kg/m

取 ，则： 取

6、系统阻力的计算

pf(7.21070.3731011)0.2551060.9960157pa

锅炉出口前阻力＋管道阻力＋烟囱阻力＋除尘器阻力

1. 引风机压力

式中：——系统总阻力；

——风压附加安全系数，一般送、排风系统，除尘系统，气体

输送系统，本设计中取。

即：

2. 引风机风量

式中：Q ——每小时烟气量；

——风压附加安全系数，一般送、排风系统，除尘系统，气体

输送系统，本设计中取。

即：

因为经计算，风压 风量

所以选择锅炉风机的型号为G、Y4—73（查表除尘手册397页） 3. 电动机功率的计算

式中：——风机风量，；

——风机风压，Pa；

——风机在全压头时的效率，取0.6;

——机械传送效率，此采用风机直接与电机传动，取1； B——电动机备用系数。 则带入公式：

总 结

在本次课程设计的过程中，针对锅炉烟气的气体性质，选用电除尘器对其进行除尘处理。电除尘器的除尘原理是是使含尘气体在通过高压电场进行电离的过程中，使尘粒荷电，并在电场力的作用下使尘粒沉积在集尘极上，将尘粒从含尘气体中分离出来。基于这种除尘原理，决定了电除尘器的除尘效率会非常高，只要设计合理，可以达到非常高的除尘效率。在对电除尘器的构造以及原理有了深入了解后，经过反复调整参数对各个结构进行了设计计算，并且对电晕线型式、集尘极板型式等构件进行了选型，最终根据计算结果制得电除尘器的外形图。本次设计的电除尘器的除尘效率达到了99.2%。

电除尘器有除尘效率高，设备阻力小、总的能耗低，适用范围广，可处理大风量烟气等优点；但是它也有缺点，电除尘器和其它除尘设备相比，结构复杂，耗用钢材较多，每个电场需配用一套高压电源及控制装置，因此价格较贵。但是用于处理大流量的烟气（60000m3h以上）时，就能发挥其经济性了。所以是否选用电除尘器也要将各方面因素综合考虑后再做决定。

大气污染控制这门专业课，使得我们对本专业所从事的工作及研究方向有了更具体的认识，在学期末设置的这次课程设计不但让我巩固了大气污染控制工程的知识，而且在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取，经历了无数次的讨论、修改后终于确定了最终工艺并且进行了设计计算，在这过程中，非常好的锻炼了我的独立思考能力和自学能力，增强了团队合作精神，收获颇丰。