课程设计--火电厂电除尘系统设计

课程设计--火电厂电除尘系统设计
前言
地球环境构成人类繁衍发展的物质基础，承载着人类繁衍发展产生的种种后果。

人类在生产和生活活动中，成年累月地向大气中排出各种污染物质，使大气遭到严重污染。

与此同时，随着人类社会的不断进步、经济的持续发展、生活水平的日益提高以及对自身健康的重视，人们对生存环境条件越来越关注，对大气环境质量的要求越来越严格。

除尘工程是防治大气污染的重要内容，是环境工程的重要组成部分。

除尘工程设计是实施防治大气污染的具体步骤。

【1】
随着我国国民经济的快速增长，电力工业得到了超常规发展，由于电力生产过程污染物排放量的剧增，电力环境问题也日益严重，从某种程度上来说，环境问题已成为电力工业可持续发展的制约因素之一。

燃煤电厂废气治理的对策
对燃煤电厂的治理，应大力推行洁净技术并尽快进行技术改造和加强企业管理，以降低煤耗，这是电厂减少废气排放的重要途径之一。

此外，应积极开发和应用高效的废气治理技术和综合资源利用技术，如锅炉烟气除尘效率高的电除尘器、开发高效的电厂脱硫脱硝新工艺、采用热电联产等措施。

燃煤电厂废气治理的技术政策：为促进燃煤电厂废气治理，电力部门要进一步贯彻“预防为主，防治结合，综合治理”的方针，坚持治理污染与节约能源、综合利用资源相结合，严格控制新污染，加速老污染源的治理，强化管理，依靠科技进步，挖掘潜力，提高环保设施投资的综合效益，努力做到经济效益、社会效益和环境效益的统一。

根据近年来的治理经验，今后应当继续贯彻以下技术政策：
（1）大力推行节约能源及有利于环境保护的能源政策；节约能源不仅是减少能源消耗、提高经济效益的需要，也是谋求经济建设与环境保护长期协调发展的重要措施。

与发达国家相比，我国节能潜力很大。

因此，要继续采取措施，大力节约能源。

（2）严格把好“三同时”关，控制新污染；
（3）依靠科技进步，有效地控制污染物排放，实现污染防治与综合利用资源相结合；
（4）挖掘潜力，提高现有环保设施运转率，发挥其投资效益；
（5）积极筹措基金，治理老厂污染。

电力工业废气处理
1、燃煤电厂锅炉烟尘治理燃煤电厂对锅炉烟尘的治理，主要采用各种类型的除尘器：电除尘器、袋式除尘器、湿式除尘器及旋风除尘器等。

其中，
电除尘器除尘效率高、运行费用低，所以燃煤电厂除尘以电除尘器为主；文丘里、斜棒栅湿式除尘器的除尘效率也比较高，且造价较低，在水资源较丰富的地方仍有应用；水膜除尘器一般为85%-90%，处理后的废气达不到排放标准，故正在减少使用；而多管、旋风除尘器正在被电除尘所代替。

所以本次设计的除尘工艺就采用电除尘法。

目录
第一章设计任务书 0
第一节设计任务书 0
1.1 课程设计题目 0
1.2 设计原始材料 0
第二章废气处理工艺流程的原理及说明 (1)
第一节湿式除尘的原理 (1)
1.1 湿式除尘器的除尘机理 (1)
1.2 工作示意图 (1)
第二节袋式除尘的原理 (3)
2.1 袋式除尘器的除尘机理 (3)
2.2 工作示意图 (3)
第三节机械除尘的原理 (4)
3.1 机械除尘器的除尘机理 (4)
3.2 工作示意图 (4)
第四节电除尘的原理 (5)
4.1 电除尘器的除尘机理 (5)
4.2 工作示意图 (5)
第三章各废气处理设施的选型和设计计算 (6)
第一节除尘器的选型 (6)
1.1 除尘器的确定 (6)
1.1.1 机械除尘器 (6)
1.1.2 湿式除尘器 (6)
1.1.3 袋式除尘器 (7)
1.1.4 电除尘器 (7)
2.1 烟气量的相关计算 (9)
2.2 除尘器的计算 (10)
2.2.1 电除尘的有效驱进速度及沉淀
板极总面积 (10)
2.2.2 电除尘的电场风速及有效断面10
2.2.3 通道宽度及电场长度 (11)
2.2.4 有效宽度 (12)
2.2.5 校核 (12)
第四章总结 (15)
参考文献 (16)
第一章设计任务书
第一节设计任务书
1.1 课程设计题目
火电厂电除尘系统设计
1.2 设计原始材料
设计参数如下：
锅炉台数 3
蒸发量130t/h
锅炉设计烟气量240000m3/h
锅炉排烟温度160℃
燃煤含硫量1%
锅炉燃煤量18.5t/h
锅炉排烟含尘浓度30g/m3 该火电厂要求除尘效率达99.0%以上。

第二章废气处理工艺流程的原理及说明
第一节湿式除尘的原理
1.1 湿式除尘器的除尘机理
湿式除尘器捕集粉尘的主要原理是惯性碰撞与拦截作用。

当含尘气体流碰到水滴时，气流绕过水滴而继续前进，密度较大的粉尘由于惯性作用撞到水滴上而随水滴被清除；另一方面，对于气流中密度较小的粉尘，由于其惯性作用力较小，能随气流一起绕过水滴，当其流线至水滴表面的距离小于粉尘的半径时，粉尘由于接触水滴而被拦截。

除此以外，粉尘还受到扩散、凝聚和静电的作用。

任何一种原理的作用都与粉尘的颗粒与水滴的大小（雾化程度），以及气流与水滴流的相对速度有关。

【2】
在湿式除尘器中，气体中的粉尘粒子是在气液两相接触过程中被捕集的，因此湿式除尘器中气液两相接触表面的形式及大小，对除尘效率有着重要影响。

表1-1列出了常见的湿式除尘器的主要接触表面及捕尘体的型式。

表1-1 常见的湿式除尘器的主要接触表面及捕尘体的型式【3】
1.2 工作示意图
图1-1 常见湿式除尘器示意图
2.1 袋式除尘器的除尘机理
通常认为袋式除尘器对尘粒的捕集分离包括以下两个过程。

1.过滤材料对尘粒的捕集当含尘气体通过过滤材料时，滤料层对尘粒
的捕集是多种效应综合作用的结果。

这些效应主要包括惯性碰撞、截留、扩散、静电和筛滤等效应。

2.粉尘层对尘粒的捕集过滤操作一定时间后，由于粘附等作用，尘粒
在滤料网孔间产生架桥现象，使气流通过滤料的孔径变得很小，从而使滤料网孔及其表面迅速截留粉尘形成粉尘层。

在清灰后依然残留一定厚度的粉尘，称为粉尘初层。

由于粉尘初层中粉尘粒径通常都比纤维小，因此筛滤、惯性、截留和扩散等作用都有所增加，使除尘效率显著提高。

【4】
2.2 工作示意图
1-尘粒；2-流体流线；3-纤维；4-惯性碰撞效应的尘粒；
5-扩散效应的尘粒；6-截留效应的尘粒；7-重力沉降效应的尘粒
图2-1 袋式除尘器示意图
3.1 机械除尘器的除尘机理
1.重力沉降室当含尘气体进入空室后，利用尘粒自身的重力作用使之自
然沉降，并与气流分离。

2.惯性除尘器含尘气体以一定的进口速度V i冲击到挡板1上，具有较大
惯性力的大颗粒D1撞击到挡板1上而被分离捕集。

小颗粒D2则随着气流以D2的半径绕过挡板1，由于挡板2的作用，使气流方向发生转变，小颗粒D2借助离心力被分离捕集。

如气流的旋转半径为R2，圆周切向速度为V t，这时小颗粒D2受到的离心力与D22·V t2/R2成正比。

因此，粉尘粒径越大，气流速度越大，挡板板数越多和距离越小，除尘效率就越高，但压力损失也越大。

【5】
3.2 工作示意图
1-沉降室；2-灰斗
图3-1 沉降室示意图
图3-2 惯性除尘示意图
第四节电除尘的原理
4.1 电除尘器的除尘机理
电除尘器的除尘工作原理主要包括电晕放电、粉尘荷电、荷电粉尘粒子的捕集以及清灰四个复杂而又互相有关的物理过程。

1.电晕放电电晕极接电源负极，集尘极接电源正极，两极之间则形成电场。

电极间的空气离子在电场作用下，向电极移动，形成电流。

2.粉尘荷电当含尘气体通过存在大量离子及电子的空间时，离子及电子会
附着在粉尘上，附着负离子和电子的粉尘荷负电，附着正离子的粉尘荷正电。

3.捕集在电场力的作用下，荷电粉尘向其极性相反的电极运动，在负电晕
电场中，大量荷负电粉尘移向接地的集尘极——正极。

4.清灰粉尘按其荷电极性分别附着在集尘极（大量的）和电晕极（少量的），
之后通过清灰使其落入灰斗，排出除尘器。

净化后的气体排入大气。

【6】
4.2 工作示意图
1-电晕极；2-集尘极；3-粉尘层；4-荷电的粉尘颗粒；5-末荷电的粉尘颗粒；6-电晕区
图4-1 电除尘器示意图【7】
第三章各废气处理设施的选型和设计计算
第一节除尘器的选型
1.1 除尘器的确定
1.1.1 机械除尘器
机械除尘器通常是指利用质量（重力、惯性力和离心力等）的作用使颗粒物与气流分离的装置，包括重力沉降室、惯性除尘器和旋风除尘器等。

重力沉降室的优点是结构简单，投资少，压力损失小，维修管理容易。

但是它的体积大，效率低[8]。

重力沉降室的效率达不到本次的除尘要求，所以不选择这种除尘器。

惯性除尘器常用于净化密度和粒径较大的金属或矿物性粉尘。

但是它的净化效率不高，故一般用于多级除尘中的第一级除尘。

由于本次设计采用的是一级除尘，不是多级除尘，所以不采用惯性除尘器。

旋风除尘器具有结构简单、应用广泛、种类繁多等特点，但是它的缺点是结构不良,选用操作参数不恰当及操作管理不完。

所以本次设计不采用旋风除尘器。

1.1.2 湿式除尘器
使含尘气体与雨水或其他液体相接触，利用水滴和尘粒的惯性碰撞及其他作用而使尘粒从气流中分离出来的设备称为湿式除尘器。

湿式除尘器除尘效率比较高，可以有效地将直径为0.1～20μm的液态或固态粒子从气流中除去；结构简单、占地面积小；一次投资低，能处理高温、高湿或黏性大的含尘体[9]。

但是湿式除尘器在使用过程中将产生的废水、污泥，废水和污泥需要进行处理，这样增加了设备投资和维护成本，如果污水处理不达标，易造成二次污染。

本次设计是针对中小型电厂，不宜采用这种费用高的除尘器。

1.1.3 袋式除尘器
用编制或毡织的滤布作为过滤材料来达到分离气体中粉尘的装置称为袋式除尘器。

袋式除尘器适用于捕集非黏性、非纤维性的粉尘，可处理质量浓度0.000 1g/m3～1000g/m3，粒径为0.1μm～200μm的粉尘。

浓度太高或粒径太大的粉尘需先经旋风除尘器除尘。

袋式除尘器除尘效率高，可达99%以上，且较稳定，但不适用于黏性的、含水的物料【10】。

目前，被广泛应用的袋式除尘器为脉冲袋式除尘器。

它的操作和清灰连续，滤袋压力损失稳定，处理气量大，内部无运动部件，滤布寿命长、结构简单。

袋式除尘器还可以根据处理的烟气量可选择多个除尘室，由多个除尘室组成除尘器整体，板式结构的侧扳，制造简单、运输简便，可分别制造运往现场，在现场组装成除尘室【11】。

但是袋式除尘器的应用主要受滤料耐温、耐腐蚀等性能的限制，特别是在耐高温方面，常用滤料应工作在100℃～150℃以下，而玻璃纤维滤料可长期工作在260℃左右。

当含尘气体温度过高时，需对气体采取降温措施，或采用特殊滤料；在捕集吸湿性较大及吸湿性较强的粉尘时，容易阻塞滤袋，应采取相应措施；滤袋容易损坏，换袋困难，劳动条件比较差。

总之袋式除尘器除尘效果良好，但运行初期也存在运行不稳定，布袋易破损，除尘器运行周期长短在很大程度上和布袋材质有关，布袋价格昂贵，设备结构复杂，检修强度大，控制阀门多，易造成空气泄露等问题。

本次设计是针对中小型电厂，不适合采用袋式除尘器。

1.1.4 电除尘器
利用静电力实现粒子（固体或液体粒子）与气流分离的除尘装置就称为电除尘器。

电除尘器按气体流向可分为立式电除尘器和卧式电除尘器；按清灰方式可分为干式电除尘器、湿式电除尘器、电除雾器；按沉尘电极的结构形式可分为管式电除尘器和板式电除尘器；按电极在除尘器中的配置位置可分为单区式电除尘器和双区式电除尘器。

它与其他除尘器的根本区别在于除尘过程的分离力直接作用在尘粒上，而不是作用在整个气流上，因而电除尘器具有能耗低、气流阻力小的特点，是一种捕集微细粉尘的高效除尘器。

电除尘器有以下特点：(1)除尘效率高。

普遍使用的三个电场的除尘器，当烟气中的粉尘装态处于一般状态时，其捕集效率可达99%以上。

(2)设备阻力小，总的能耗低。

电除尘器的能耗主要由设备阻力损失，供电装置、电加热保温和振打电动机等能耗组成。

其他电烟气除尘器的烟气阻力损失为主要能耗，
在总能耗中占有较大份额。

电除尘器的阻力一般仅为200至300Pa，约为袋式除尘器的1/5。

由于总的能耗较低，又很少更换易损件，所以运行费用比袋式除尘器等要低很多。

适用范围较大。

(3)能适用于高温（400℃）烟气，并能除去微细粉尘（可捕集粒径小于0.1μm的微粒）。

(4)维护费用低【12】。

从经济性，适用性等方面综合考虑，所以本次设计采用电除尘器作为除尘设备。

第二节设计与计算
2.1 烟气量的相关计算
（1）烟气中含尘量的计算Q。

等压条件下气体体积的温度修正公式为：
V1/V2=T1/T2
T单位为K，T=t+273.15，t为摄氏度单位
T1=160+273.15=433.15K T2=273.15K V1=240000m3/h 所以烟气量在标准状况下体积V2为：
V2=V1×T2/T1
=240000×273.15/433.15
=151347.108m3/h
锅炉排烟含尘浓度为30g/m3。

所以锅炉烟气中含尘量为：
Q=30×151347.108
=4540413.24g/h÷240000m3/h
=18918mg/m3
（2）烟气中含硫量，即SO
2的排放量Q
s
的计算。

Q s=2BFS
式中：Q s-二氧化硫排放量，kg/h；
B-燃煤量，kg/h；
F-煤中硫转化成二氧化硫的转化率（火力发电厂锅炉取0.90；工业锅炉、炉窑取0.85；营业性炉灶取0.8）[13]；
S-煤中的全硫份含量，%。

根据设计参数可知：燃煤含硫量为1%，锅炉燃煤量为18.5t/h,即S为1%，B为18500kg/h，F为0.9。

Q s=2BFS
=333kg/h
2.2 除尘器的计算
2.2.1 电除尘的有效驱进速度及沉淀板极总面积
比集尘面积f 及沉淀极板总面积A 的公式为： f=ωη)1ln(--
A=Q 1 f
式中：Q 1—电除尘器实际处理烟气量，m 3/s ；
f —比表尘面积，m 2/（m 3/s ）；
A —沉淀极板总面积，m 2；
η—电除尘器的除尘效率，%；达到效率为90%。

ω—有效驱进速度，m/s 。

取0.1m/s f=ωη)1ln(--
= 23.026m 2/（m 3/s ）
A=Q 1f
=（240000/3600）×23.026
=1535.067m 2
考虑到电除尘器设计、制造、安装和操作维护等环节以及尘源工况条件的
变化，应将A 的理论值乘以适当的备用系数K 。

系数K 取1～1.5为宜，则
A=（1～1.5）×1535.067
=1535.067 m 2～2302.6005 m 2
取A 为2000 m 2。

则实际的比集尘面积为：
f=A/Q 1
=2000/(240000/3600)
=29.999m 2/（m 3/s ）
2.2.2 电除尘的电场风速及有效断面
电场风速u 为1.2～2.4m/s 。

本次设计取电场风速u 为1.5m/s 。

所以有效断面积：
F=Q 1/u
式中：F —电场的有效断面积，m 2；
u —电场风速，m/s 。

F=（240000/3600）/1.5
=44.444m 2
取电除尘器的高H 为7.15m ，宽B 为6.5m （H/B 大致为1.1）。

2.2.3 通道宽度及电场长度
（1）通道数N ： H )b (R F N -= 式中：R —收尘板阻流宽度，m ，取阻流宽度R 为45mm 。

b —极板间距，m ，取极板间距为400mm 。

代入数值计算得：
15.7)045.04.0(444.44⨯-=N = 17.51
取整数，所以通道数N 为18
（2）电场长度L ：
NH
A L 2= = 7.77 m
（3）电场数：
)1ln(η--v =-1.5×ln(1-0.90)
=3.45
表3.1电场数n 的选择
【14】 驱进速度ω/m ·s －1 -υ ＜3.6～4 4～7 7～9
≤5
5～9
9～13 3 2 4 3 2 5 4 3
ω值为0.1m/s 。

根据表3.1中的规定，所以可取电场数为3。

2.2.4 有效宽度
有效宽度：
()Be N b R =- =6.39m 2.2.5 校核
（1）实际有效断面积
F h Be =⋅ =45.6885 m 2/（m 3/s ）m 2 （2）除尘效率η
=1exp(f )ηω-- =95.0% （3）实际电场内气速u
u= Q 1/ (NbH) =240000/（18×0.4×7.15×3600） =1.29 m/s （4）实际有效驱进速度
ln(1)Q A ωη=-- =0.09985 m/s ≈0.1 m/s
（5）电场数量 u ln(1)η--=-1.29×ln （1—95%）
=3.86
因此可取电场数量为3。

（6）气体在电除尘器内的停留时间
L
t
v
=6.02 s
（7）总除尘效率
核算时取旋流板塔的除尘效率为90%
η总=1-（1-η电）（1-η旋）
=1-（1-95%）（1-90%）
=99.5%
经过旋流塔后烟气中的含尘量为：
Q放=Q×(1-η总)
=94.59 mg/ m3
火电厂大气污染物排放标准GB13223—2003中规定锅炉烟尘最高允许排放浓度为200mg/m3，所以已达到了排放标准。

表3.2 电除尘器的参数性能
因此，本设计的电除尘器的外形尺寸（长×宽×高）为18360mm×18750 mm×18222mm。

第四章总结
本设计是电除尘法对火电厂进行除尘系统设计。

其中设计的要求是除尘效率达99.0%以上。

文中介绍了设计的参数以及分析说明了电除尘法的优点，并重点介绍了电除尘系统的设计结构。

文中还涉及到了除尘系统的设计计算。

对除尘系统的主要部件进行工艺计算设计及选型。

本次设计的主要设备为除尘器，设计选择了板式电除尘器，通过计算得出了电除尘器的沉淀极板总面积为2000 m2，电场数为3，除尘效率可达95.0%。

通过校核，最后算出总的除尘效率为99.5%，达到了设计要求。

参考文献
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[5]熊振湖，费学宁，池勇志.大气污染防治技术及工程应用.北京：机械工业出版社，2003.7，66,72.
[6]熊振湖，费学宁，池勇志.大气污染防治技术及工程应用.北京：机械工业出版社，2003.7，160-162.
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