大气电除尘器设计论文-本科论文

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1、电除尘器设计说明书中文摘要：本设计根据给定的烟气的含尘量、电场数和除尘效率设计出一个尺寸合理、性能稳定、经济实用的卧式电除尘器。本文主要包括电除尘器的利用现状、设计意义和工作原理，通过分析进行选型、详细计算出所需要的各部分尺寸并作图。Abstract：This design according to the given gas dust content, electric field number and the dust removal efficiency to design a reasonable size, stable performance, economic and pract

2、ical horizontal electric precipitator. This article mainly includes electrical precipitator utilization situation, design significance and working principle, through the analysis to calculate the type selection, detailed needed dimensions and mapping.关键词：电除尘器；设计；分析计算Keywords：Electrical precipitator；

3、Design；Analyze and Calculate1.前言1.1 选题背景1.1.1 课题的来源空气中的颗粒物是影响我国城乡空气质量的主要污染物之一。据统计每人每天吸入的空气量远远超过每天的饮水量和进食量，在这些吸入的空气中经常携带着大量的颗粒物，对人体健康产生重大的影响。研究发现，大气中的SO2、NOx和CO等污染物的含量与人类死亡率并没有紧密的联系，而可吸入颗粒物则成为导致人类死亡率上升的主要原因。 在我国各大城市的污染物检测中心发现，总悬浮颗粒物（TSP）70%以上的来源是燃烧过程，目前我国工业锅炉每年的烟尘排放量约68Mt，占全国烟尘总排放量的33%35%，可见减少锅炉燃烧烟尘排

4、放对改善大气质量有着举足轻重的作用。电除尘器经过100年的发展，为大气污染控制做出了很大的贡献。电除尘器由于效率高、能耗低、能处理大烟气量的高温烟气，是各种工业废气污染控制设备中最为优秀的一种。为了实现节能减排、提高设备利用率，火电厂和水泥厂的市场设备均向大型化发展，钢铁、有色、化工等行业也有一定数量的增长，电除尘器设备将保持大型化的发展方向。但是近年来由于受全球经济发展的影响，原材料（90%来自钢材）特别是钢材的价格大起大落，使电除尘器行业的健康发展也受到了严重影响。同时，由于市场监管不利，无序竞争激烈，出现了机电不能和谐配合、一些设备运行不够理想的情况，也影响了电除尘行业的健康发展。但应该

5、指出，随着技术进步，随着工业设备的大型化，在较长的时间内，电除尘器仍然是主要的污染控制装备之一，应用前景还会更好。本课题来源于某工业中产生的烟气，已知进口颗粒物浓度为42g/m3，电场数为4，除尘需达到的效率为98%。1.1.2 课题的目的本课题主要为了进一步理解电除尘器的除尘原理、主要构造以及其发展现状和前景，加深对所学的知识的理解和巩固，并通过查阅资料自主设计出一个较合理、实用的符合条件的电除尘器，锻炼自己的思维和独立思考能力。1.1.3 课题的意义通过设计整体掌握有关电除尘器的理论知识，在设计过程中发现问题然后解决问题，从而将所学知识应用到实践中，设计出一个较为理想的电除尘器，使其在工业

6、中得到更好的利用，从而减少烟气对环境造成的污染。1.1.4 应解决的主要问题要准确掌握电除尘器的工作原理和主要构造。在设计过程中怎样进行电除尘器的选型、怎样选择参数以及应注意的问题和细节。1.1.5 技术要求所设计的电除尘器首先性能要稳定，满足除尘效率的要求；第二，耗电少，经济实用；第三，机械性能高，噪声小；第四，外型美观等要求。1.2 国内外研究现状从 1955年以来,采用电除尘技术处理工业烟尘及空气净化的工程数量成倍增加,各国企业界、 学术界对电除尘理论与技术进行了大量研究工作。1980年 Masuda等, 1990年与川慎太郎等以及 2001年王海宁等1分别进行了用高电压窄脉冲供电方法,

7、对烟尘进行脉冲直流电场的同极性离子荷电凝聚,增大了烟尘荷电量及粒径, 提高了烟尘的荷电凝聚性能,改善了电除尘器的反（逆）电晕问题, 使捕集高比电阻烟尘的效率有所提高。白希尧等2进行了直流电场的同极性烟尘荷电凝聚技术的研究工作,提高了粉尘的荷电凝聚特性,烟尘驱进速度可提高26倍, 改善了电除尘器的收尘性能。阪本清等3采用间歇供电方法改善了高比电阻烟尘的荷电凝聚性能, 解决了烧结烟气的除尘疑难问题。Watababe 等4和 Hau tanen等5,许德玄6以及向晓东等7分别进行了离子荷电机理或荷电、 凝聚、收尘的三段式电除尘器的试验研究工作。在电除尘器前面设置了比电除尘器体积略小的荷电区（器）凝聚

8、区（器），对0.06 12um烟尘的除尘效率提高了 3 %左右。2001年刘功智等8以及 2002年王连泽等9分别进行了静电荷电凝聚除尘研究,除尘效率均提高了3%。2003年 Coghe等10、2004年 Zamankhan等11进行了离子荷电粉尘的流体动力学研究。从上述实验研究表明,在直流、 交变电场中的同极性、 异极性离子对烟尘具有荷电凝聚作用。目前应用于电除尘器的烟尘预荷电设置大多是电除尘器稍加改变而成,通常是靠增加几个变形电场来实现的,实质上是电除尘电场的延伸。日立公司与国内公司合作，已经进行实际应用12。中国在推广移动电极电除尘器，我国公司自主研发的该项技术也已进入工业性试验阶段，正

9、在进一步改进和完善。近几十年电除尘技术在工艺上有了改进 13, 14，在烟尘荷电凝聚机理及方法上也进行了不少探索性的研究。1.3电除尘器存在的问题（1）电离占空比、输运项低下（2）电除尘器体积大、 耗能高（3）气流状态不良（4）灰斗、外壳或烟道漏风或者烟道接头处烟尘堆积（5）后级电场中微细灰尘的除尘效率低（6）锅炉燃煤灰分的变化与设计值偏差较大，使得烟气含尘浓度增大，造成点晕封闭；有的燃用低硫煤，粉尘比电阻较高。（7）振打效果差，有的阴极线尖端钝化而导致放电性能不好；有的长期受到拉弧放电的冲击等，造成阳极板和阴极线严重积灰，导致电压和电流下降。（8）整流变压器的供电能力减弱。（9）电除尘器运行

10、未作调整，尤其是新建和改建机组较为普遍。1.4 本设计的指导思想（1）工艺设计的主要标准和依据：1.大气污染物综合排放标准 GB1629719962.环境空气质量标准 GB30951996（2）按照“高效、安全、可靠、方便、经济”的目标即除尘效率高、使用安全、运行可靠、操作方便、运行维护经济的原则进行优化设计。2 电除尘器设计方案论证2.1电除尘器除尘机理14电除尘器是在高压静电场的作用下，使两极(阴极和阳极)间的气体电离，产生大量的自由电子、正负离子，致使通过电场的烟气尘粒与所电离的粒子结合而荷电，随后荷电粒子在电场力的作用下分别向异极电极移动，从而使烟气中的尘粒与气体分离，净化了气体，而荷

11、电尘粒沉积于极板表面，当极板上的粉尘越积越厚会使极板间距变小，这时启动振打装置将极板表面上的灰尘振落到积灰仓。2.1.1工作过程从电除尘器的工作原理可以看出电除尘器的工作过程为：气体电离一尘粒荷电一荷电粒子在电场力的作用下向异极方向移动一荷电粒子沉积于极板极线一清除极板灰尘。（1）气体电离在原子核外的自由电子较容易受外力影响而脱离原子核成为带负电的自由电子，气体分子在失去自由电子后成为带正电荷的正离子，飞出的自由电子附着到其他中性气体分子上就成为负离子。这种气体分子被分离为正负离子和自由电子的过程称为气体电离。对于电除尘器这种特殊设备，在试验和实际运用中总结出其气体电离的过程，即U-I特性曲线

12、(见图1)。 OA段：电压由0上升到U，在此过程U上升时，向两极移动的离子增加，且速度也被加快，使相互间复合成中性分子的离子减少，因而I上升，电离离子的浓度增加了。AB段：电压由Ua增加到Ub，U增加，自由电子的速度增加，但此速度还未达到去撞击中性气体分子使其分离出自由电子，因此在电场中自由电子的数量未增加，所以电流I基本不变，称为饱和电流。BC段：Ub UUc，当U继续增加，自由电子速度增加，当速度超过临界速度后，就会发生雪崩现象，自由电子数量骤增，可见I明显增大。此阶段只能看到电晕极周围有光芒但无声响。CD段：UcUUc后，不仅自由电子、负离子的碰撞加剧，而且气体中原来活动性较小的正离子获

13、得足够能量后也去轰击中性分子，而形成中性分子被碰撞电离，因此使电流增加的更快。此阶段有浅蓝色光焰和丝丝声或噼啪声或爆炸声。所产生的自由电子、正负离子象雪崩似的按等比级数增加。I比U增加的更快。过D段：UUd，当U由Ud继续增加，电晕发光层的大小及声音越来越大，使两极间的整个空间被击穿，绝缘的气体层迅速变成电流通路，在两极问形成电弧，称为弧光放电。弧光放电使气体介质局部被击穿，电场阻抗突然减小，通过电场的电流急剧增加，而电场电压迅速下降，使气体电离过程中止。弧光放电还会烧坏设备、极线受损、可控硅击穿、电场内发生爆炸等。通过对气体电离过程的分析可知：(1)CD段界于临界电晕电压Uc与火花放电电压U

14、d之间，是电晕放电区，也是电除尘器的电压工作区。当CD段宽度越宽，允许电压活动范围也越大，此时电除尘器的工作也就越稳定。(2)此曲线是空载静态时的曲线，动态负载时曲线有所变化。(3)通过比较原始的U-I曲线和现在使用时的UI曲线，可以发现此电除尘器电场的劣化倾向，也可为检修提供依据。（2）尘粒荷电尘粒荷电有以下两种形式：电场荷电：离子在外加电场的作用下沿电力线的方向有序移动，与悬浮在气流中的尘粒碰撞，使粒子粘附在尘粒上而得电。当尘粒半径rp0.5 um时，主要是电场荷电。扩散荷电：离子的无规则运动与气体扩散的粒子碰撞而使尘粒荷电的过程。此过程尽管电场存在，但电场不是必须的，主要取决于热能、粒子

15、大小及停留时间。因此，当粒子半径rp0.2um时，以扩散荷电为主；当粒子半径0.2umrp0.5um时，以扩散荷电和电场荷电为主。（3）尘粒移动通常带电粒子在电场力作用下的运行轨迹如图2所示。经过统计和计算得出：当rp80m2h=8.22m9m电除尘器要设置双进风口。4.4.3 电除尘器通道数NN= F/(2S)h=37.538故取通道数为38。S-板间距，考虑到宽极距能有效减少高比电阻粉尘产生的反电晕，能减少由于安装的误差、运行中的热变形等对除尘器性能的影响，提高运行的稳定性，另外也可以减轻设备质量、降低造价、易于维护和保养。选取板间距2S=400mm。4.4.4 电场有效宽度BB=（2S）

16、N=0.4*38=15.216m4.4.5 过流断面面积FF=Bh=16*9=144m24.5 箱体沿气流方向的内壁有关尺寸4.5.1 电场长度L单电场长度l=2.74m3m给定电场数为n=4，故电场长度L=3*4=12m4.5.2 验证实际效率11=1-exp(-p)=1-exp(-*0.107)=98.19%98%因此符合设计标准。4.5.3 电晕极吊杆至进气箱大端面距离为Le1=500mm集尘极一侧距电晕极吊杆的距离为Le2=500mm两电极框架吊杆间距为C=380mm4.5.4 除尘器壳体内壁长度Lh=n(L+2 Le2+C)+2 Le1-C=4（3+20.5+0.38）+20.5-0

17、.38=18.14m19m4.5.5 检验实际除尘面积AA=hL(N/2+1)22=912(38/2+1)22=8640m27500m24.5.6 每个电场电晕线的有效长度L1=5130m4.6 进出气箱的形状及尺寸4.6.1 水平进气箱进气口尺寸：采用水平进气方式进气口小端面积F0= =7.69m28m2-进气口处得风速，一般取13-15m/s，本设计取13m/s。因此小端面积为8m2，取长4m，宽2m。进气口大端面积Fk=（h-0.35-0.6）B=(9-0.35-0.6)16/2=64.4m2因此，a1=10m，a2=4m，4.6.2 进气箱长度LzLz=0.35(a1-a2)+0.25

18、=0.35（10-4）+0.25=2.35m4.6.3 进气箱有灰斗时的上沿宽度LE=0.6Lz=0.62.35=1.41m前端灰口下口长LM，一般取400mm4.6.4 出气箱有关尺寸：出气箱采用水平出气方式，并设置槽型极板。出气箱的大端尺寸一般设计成比进气箱的大端小，以降低粉尘的二次飞扬。出气箱小端面积：F0=F0=8m2出气箱长度：Lw=0.8Lz=0.84.45=3.56m4.7 灰斗的尺寸计算4.7.1 灰斗的排灰量：采用四棱台状灰斗G0=27.2t/h灰斗的排灰量取28t/h，根据灰斗表格表，取灰斗的下口宽350350mm24.7.2 宽度方向（与气流垂直方向）取灰斗个数3个：灰斗

19、的长度为16/3=5.3m4.7.3 长度方向（气流方向）取灰斗个数4个：灰斗的宽度为19/4=4.75m4.7.4 灰斗的斜壁与水平夹角取60。4.7.5 灰斗的高为h2h2=4.32m4.4m4.8 气流分布板的相关尺寸计算4.8.1 气流分布板的层数=8.05，由于620时，n=24.8.2 开孔率f阻力系数=N0()-1=1.28.052/4-1=2.4根据 =0.707(1-f)1/2+1-f2*f-2 得出f0.84.8.3 相邻两层多孔板的距离： Dr=2*64.4/(2*(10+6.44)=3.9m l20.2Dr=0.78，本设计中取1m 。式中 断面上的水力直径，Dr=；

20、断面上的周长4.8.4 进气管出口到第一层多空板的距离Hp： Dr=2*8/(2*(4+2)=1.3进气管出口到第一层多孔板的距离：，本设计中取1.2m。4.8.5 进气箱灰斗对带前端灰斗的进气箱，进气箱顶板斜度一般大于70（与水平线夹角），前端灰斗下口长LM应大于400mm，其灰斗上沿宽为：LE=0.6Lz=0.62.35=1.41m式中 LE灰斗上灰口尺寸，mm 灰斗高：h1= （LE-LM）/2=(1.41-0.4)/2=1.4m式中 灰斗的安息角；（本设计选用）灰斗下灰口尺寸，mm（本设计选用的为400）4.9 槽型板的设计在除尘器的出气箱前平行安装两排槽型板，槽型板可用3mm厚的钢板

21、制成。4.10供电装置高压供电设备提供粒子荷电和捕集所需要的高电场强度和电晕电流。为满足现场需要，供电设备操作必须十分稳定，期望工作寿命在20年以上。通常高压供电设备的输出峰值电压为70-100kv，电流为100-2000mA。为使电除尘器能在高压下操作，避免过大的火花损失，高压电源不能太大，必须分组供电。大型电除尘器常常采用6个或更多的供电机组。增加供电机组的数目，减少每个机组供电的电晕线数，能改善电除尘器性能。但是增加电机组数和增加电场分组数，必然增加投资。因此电场分组数的确定必须考虑保证效率和减少投资两方面因素。供电设备选用高压硅整流器，使用寿命长，工作可靠，无噪音，调压性能良好，自动化

22、程度高，被广泛应用。5 图纸设计附图一：电除尘器正视及结构图附图二：电除尘器纵剖面图附图三：进气烟箱侧视图附图四：灰斗三视图附图五：电晕线与极板布置图附图六：挠臂锤形振打装置示意图6 结论与发展前景6.1 结论近年来随着工业的不断发展，废气排放造成的环境污染日趋严重，因此就需要控制污染物的排放。而除尘器就是一种较好的环保设备，它的发展也变得非常迅速。所以我们要了解电除尘器的工作原理和结构要求，正确使用与维护，可以确保其可靠、稳定地运行。并在此基础上进行创新，设计出效率更高、性能更稳定、更经济的电除尘器。鉴于电除尘器的诸多突出优点而在很多行业得到广泛应用。其优点主要在于：除尘效率高；处理流量大且

23、耐高温和腐蚀；气流压力损失小；可以处理较小粒径的粉尘；总体能耗较低；运行与维护费用较低。但随着经济发展和环保要求的日益严格，电除尘器的除尘效率问题也渐渐凸显出来。例如烟气湿度过大、烟气含尘浓度过高、粉尘比电阻过大或过小等导致电晕闭塞等影响，从而使除尘效率降低。电除尘器的设计是一个系统工程，其各部分的影响因素应综合考虑，不能顾此失彼。供电系统的高频化及自动化控制；与其他除尘方式结合使用；直流高压叠加脉冲电源的优化；高效电晕极材料的研究；气流分布优化等可在以后的研究发展方向中着重考虑，使电除尘器的质量和性能不断提高和完善。6.2电除尘器的发展前景随着人们对生态环境质量要求的不断提高， 电除尘器可广

24、泛使用于冶金、 化工、轻工、水泥和矿山等工业部门， 也成为很重要的环保设备。新型的电除尘器，应充分利用先进设计思想、先进加工方法和设备，结合当代高科技成果，制造过程和使用过程节能、减耗，对环境无污染或污染极少，运行性能稳定、高效，具有良好的维护性和使用特性，报废产品要便于再利用，便于绿色处理。基于绿色设计思想，从电除尘器产品的功能、结构、零部件以及全生命周期过程四个层次来规范电除尘器产品的设计过程，形成切实可行的电除尘器产品绿色设计过程的总体框架。在新模式下的产品开发过程，将绿色思想贯穿于电除尘器产品的决策、设计与制造、使用与维护以及再利用等产品的全生命周期。参考文献：1 王海宁,阮金良, 余

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