【正文】 ................................................. 35 參考文獻 ...................................................... 36 吉林電子信息職業(yè)技術(shù)學院 1 1 前言 自 18 世紀中期后 , 人類進入工業(yè)文明時代 , 煤炭就成了主要能源物質(zhì)。煤炭的燃燒不僅產(chǎn)生大量碳氮硫的氧化物 , 同 時 也向空氣中排放大量的粉塵。粉塵對環(huán)境及人類的健康有 相當大的 的危害。隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展 , 意味著人們將越來越多的礦物資源轉(zhuǎn)化為工業(yè)原材料 與 產(chǎn)品 , 以煤作燃料的工廠、電站 , 每天排出的煙氣 含有 大量的煤粉 , 不僅浪費燃料 , 同時將越來越多的廢棄物拋向大自然。從工廠的煙囪中冒出的滾滾濃煙中就含有大量顆粒狀粉塵 , 它們嚴重污染了環(huán)境 , 影響到作物的生長 與人類的健康。 因此 ,人們就如何減少空氣中粉塵含量進行了大量的研究。 1824 年 , 第一次演示了靜電除塵的實驗 。 1907 年在靜電收集硫酸霧上的成功 , 導致其在工業(yè)煙塵污染源中的除塵應用。當?shù)谝慌_靜電除塵器在 Detreit Edison 公司出現(xiàn)之后 , 標志著靜電除塵技術(shù)從實驗科學階段邁向了實際應用的成熟階段。采用除塵技術(shù)以后 , 從煙囪的排放物中 , 再也看不到濃黑的煙霧了。靜電除塵是被人們公認的、成熟的、高效可靠的除塵技術(shù) 。本設(shè)計旨在為 75t/h 循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計一臺電除塵器來解決由于鍋爐帶來的環(huán)境污染問題 2 燃煤鍋爐與環(huán)境 保護 的關(guān)系 鍋爐是一種熱能轉(zhuǎn)換設(shè)備 ,主要有兩個部分組成一個是“鍋”還有一個是“爐” 。燃料在爐中經(jīng)過燃燒把化學能轉(zhuǎn)為熱能 ,被鍋 內(nèi)耗能工質(zhì) ( 水 ) 吸收后 , 產(chǎn)生具有一定參數(shù)和數(shù)量的熱水或蒸汽 ,用于發(fā)電和供熱等用熱設(shè)備中為人民的生活和工作提供鍋 舒適的環(huán)境和動力。 鍋 爐使用的燃料分為三種 :固體燃料、液體 燃料和氣體燃料。目前我國有大小鍋爐 60多萬臺 ,絕大部份是固體燃料 , 而鍋爐的燃煤技術(shù)還很落后 ,其中耗煤炭產(chǎn)量三分之一的中小型火電廠鍋爐 ,工業(yè)鍋爐的年均熱效率只有 50%、 60%, 遠遠達不到設(shè)計能力 ,一次性 能源浪費和環(huán)境污染相當嚴重。而采暖鍋爐由于管理和吉林電子信息職業(yè)技術(shù)學院 2 操作上的種種原因 , 所造成的浪費和污染更突出 [1]。 燃煤鍋爐對環(huán)境的影響 對于 燃煤鍋爐而言對環(huán)境的污染主要有三類 ：廢氣、廢水、廢渣，俗稱 “三廢” 。給環(huán)境帶來一定影響。中國火電工業(yè)每年耗近 億噸煤，煙塵、二氧化硫排放量均占全國第一位，其中二氧化硫占“兩控區(qū)”排放量的 59%以上。燃煤電廠對環(huán)境造成的污染物主要包括：煙氣污染物 、硫氧化物和氮氧化物， CO等；廢水的排放；灰渣；噪聲等。例如， 2400MW 燃煤電廠，年耗煤約 750 萬 t，助燃油 3 萬 m179。，采用循環(huán)供水系統(tǒng)時，耗補給水量 5000 到 7000m179。若以煤含硫量 1%， 除塵器效率 %計，年排放二氧化硫 14萬 t，氮氧化物 7萬多 t，煙塵 萬 t，灰渣 150 萬 t，補給水 中有相當一部分被當做廢水排放，被循環(huán)水排放到大氣的熱量約為全廠熱耗的 55%。（相當年燒 400 萬噸煤的熱量）。 煙氣污染物通過高煙囪排入大氣。這些一次污染物通過在大氣的遷移、轉(zhuǎn)化生成二次污染物，會給環(huán)境造成更大的危害。 硫氧化物主要是 SO2和少量的 SO3,SO2在大氣中被氧化成 SO3，最后變?yōu)榱蛩猁}微粒。其可通過自然沉降或雨雪沖刷進入生態(tài)系統(tǒng)，引起危害。 氮氧化物主要是 NO 和少量的 NO2及 N2O,其主要的影響是它參與光化學煙霧和吸收電磁波，最后在大氣中形成硝酸鹽，降低天空的 亮度以及遠處物體的反差有害人的身心健康，特別是呼吸系統(tǒng)。酸雨一般認為是工業(yè)排放的 SO2和 NOX所造成的。 二氧化碳在大氣中的壽命為 50 到 200 年，被認為是造成全球氣溫升高的“溫室效應”氣體中的主要氣體。 一氧化碳是燃料在缺氧條件下的不完全燃燒的產(chǎn)物。正常燃燒條件下，排煙中一氧化碳濃度非常低，一般為 20mg/m3左右。一氧化碳是高毒性物質(zhì)，能與血紅蛋白結(jié)合，損害它的輸氧能力，嚴重時造成缺氧死亡 [2]。 環(huán)境保護 發(fā)電 廠的環(huán)境保 護設(shè)計應嚴格執(zhí)行國家及地方有關(guān)環(huán)境保護規(guī)定。這里我只對燃煤鍋爐所產(chǎn)生的廢氣對 大氣的污染進行論述。 大氣是人類賴以生存的基本環(huán)境要素，大多數(shù)生命過程（人類、一切植物動物和吉林電子信息職業(yè)技術(shù)學院 3 大都數(shù)微生物）都離不開大氣。大氣給人類適合 生活環(huán)境，而且能夠阻擋過量的紫外線照射到地球表面，有效地保護地球上的生物。隨著人類生生產(chǎn)活動和社會活動的增加，大氣環(huán)境質(zhì)量日趨惡化，自工業(yè)革命以來，由于大量的燃料的燃燒、工業(yè)廢氣和汽車尾氣排放等原因發(fā)生很多有關(guān)于大氣污染的公害事件，已經(jīng)引起各國的重視 [3]。 綜上所述，如不對大氣污染進行治理與控制，將會給人類帶來災難性的后果。 3 循環(huán)流化床鍋爐與除塵裝置 的確定 在燃料燃燒 或工業(yè)生產(chǎn)中會向空氣中排放大量的含塵氣體，這些氣體如果不經(jīng)過凈化處理直接排放入大氣，就會對大氣環(huán)境造成嚴重的污染。從廢氣中將顆粒物分離出來并進行捕集、回收的過程稱為除塵，實現(xiàn)除塵過程的設(shè)備叫做除塵裝置。 除塵器的種類很多、形式多樣，個具有不同的性能和優(yōu)缺點。正確的選擇除塵器并進行科學的運行管理，這是保證除塵設(shè)備正常運轉(zhuǎn)并完成除塵任務(wù)的必要條件。如果除塵器的選擇不得當，就會使除塵設(shè)備達到遠不能達到其應有的除塵效率，甚至無法正常運轉(zhuǎn)。如果選擇合適的除塵器但不進行科學的管理維護，同樣也會降低其除塵效率，并縮短除塵器 的使用壽命 [4]。 從 1992 年 8月 1日起，國家對鍋爐最高允許排放濃度，已有一類區(qū)、二類區(qū)、三類區(qū)的 200mg/N. m3 、 400mg/N .m3 、 600 mg/N .m3，分別提高到 200 mg/N .m300 mg/N .m 400 mg/N .m3。新立項安裝或更換的鍋爐：一類區(qū)、二類區(qū)、三類區(qū)的煙塵排放濃度最高值分別為 100 mg/N .m 250 mg/N .m 350 mg/N .m3。這樣控制的標準就更高了，勢必要產(chǎn)生一批目前符合目前環(huán)保標準的除塵器，以達到消煙除塵的目的。 鍋 爐安裝的除塵器可分為兩大類： ① 干式除塵器：包括重力沉降室、慣性除塵器、電除塵器、布袋除塵器、旋風除塵器。 ② 濕式除塵器：包括又噴淋塔、沖擊式除塵器、文丘里洗滌劑、泡沫除塵器和水膜除塵器等。 隨著工業(yè)除塵水平的迅速發(fā)展，由于重力沉降室與慣性除塵器的體積過大耗能過多效率低逐漸被淘汰， 目前常見的運用最多的是旋風分離器、 水膜除塵器、 靜電除塵器與布袋除塵器 [5]。 先對循環(huán)流化床鍋爐做簡要介紹： 吉林電子信息職業(yè)技術(shù)學院 4 循環(huán)流化床鍋爐 固體粒子經(jīng)與氣體或液體接觸而轉(zhuǎn)變?yōu)轭愃屏黧w狀態(tài)的過程，稱為流化過程。流化過程用于燃料燃燒，即為沸騰燃燒 ，其爐子稱為沸騰爐或流化床爐。 在我國，流化床鍋爐的研制工作始于 20 世紀 60 年代初。當時的主要目的是擴大煤種的應用范圍，使之能有效利用石煤、煤矸石等高灰分劣質(zhì)煤；如今，我國的能源安全和環(huán)境容量已面臨支撐的極點，保護環(huán)境無疑又稱為開發(fā)流化床爐的另一主要課題。 循環(huán)流化床鍋爐是在爐膛里把顆粒燃料控制在特殊的流化狀態(tài)下燃燒，細小的固體 顆粒以一定的速度攜帶出爐膛，再由氣固分離器分離后在距布風板一定高度送回爐膛，形成足夠的固體物料循環(huán)，并保持比較均勻的爐膛燃燒溫度的一種燃燒設(shè)備。由于其自身的特點克服了鼓泡流化床鍋爐 的脫硫效果一般、截面熱負荷較低、燃燒不充分等缺點使之成為保證高效的燃燒基礎(chǔ)上能夠有效降低污染物的極有生命力的新型燃燒設(shè)備。此外其具有較高的燃燒強度，同時它在稀相區(qū)的固體濃度高于鼓泡流化床鍋爐，大幅提高稀相區(qū)的受熱面的傳熱強度，縮小爐膛面積，也即提高燃燒室的利用率，十分有利于循環(huán)流化床鍋爐的大型化發(fā)展 [6]。 下 面是循環(huán)流化床鍋爐的實物圖和結(jié)構(gòu)簡圖： 吉林電子信息職業(yè)技術(shù)學院 5 圖 循環(huán)流化床鍋爐實物圖 圖 循環(huán)流化床鍋爐設(shè)計圖 旋風 除塵 器 工作原理：旋風除塵器的工作原理如下圖所 示，含塵氣體從入口導入除塵器的外殼和排氣管之間，形成旋轉(zhuǎn)向下的外旋流。懸浮于外旋流的粉塵在離心力的作用下移向器壁，并隨外旋流轉(zhuǎn)到除塵器下部，由排塵孔排出。凈化后的氣體形成上升的內(nèi)旋流并經(jīng)過排氣管排出。 應用范圍及特點：旋風除塵器適用于凈化大于 5— 10 微米的非粘性、非纖維的干燥粉塵。它是一種結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、耐高溫、設(shè)備費用和阻力較低（ 80— 160毫米水柱）的凈化設(shè)備，旋風除塵器在凈化設(shè)備中應用得最為廣泛。 圖 旋風除塵 器 原理圖 布袋除塵技術(shù) 工作原理： ⑴ 重力沉降作用 —— 含塵氣體 進入布袋除塵器時，顆粒大、比重大的粉塵，在重力作用下沉降下來，這和沉降室的作用完全相同。 ⑵ 篩濾作用 —— 當粉塵的顆粒直徑較濾料的纖維間的空隙或濾料上粉塵間的間隙大時，粉塵在氣流通過時即被阻留下來，此即稱為篩濾作用。當濾料上積存粉塵增吉林電子信息職業(yè)技術(shù)學院 6 多時，這種作用就比較顯著起來。 ⑶ 慣性力作用 —— 氣流通過濾料時，可繞纖維而過，而較大的粉塵顆粒 在 慣性力的作用下，仍按原方向運動，遂與濾料相撞而被捕獲。 ⑷ 熱運動作用 —— 質(zhì)輕體小的粉塵 (1 微米以下 )，隨氣流運動，非常接近于氣流流線，能繞過纖維。但它們在受到作熱運動 (即布 朗運動 )的氣體分子的碰撞之后，便改變原來的運動方向，這就增加了粉塵與纖維的接觸機會，使粉塵能夠被捕獲。當濾料纖維直徑越細，空隙率越小、其捕獲率就越高，所以越有利于除塵。 袋式除塵器很久以前就已廣泛應用于各個工業(yè)部門中，用以捕集非粘結(jié)非纖維性的工業(yè)粉塵和揮發(fā)物，捕獲粉塵微?？蛇_ 微米。但是，當用它處理含有水蒸汽的氣體時，應避免出現(xiàn)結(jié)露問題。袋式除塵器具有很高的凈化效率，就是捕集細微的粉塵效率也可達 99％以上，而且其效率比較穩(wěn)定。布袋除塵器簡圖如下： 圖 袋式除塵 器 下面以水膜除 塵器為例介紹一種濕式除塵器： 利用含塵氣體沖擊除塵器內(nèi)壁或其他特殊構(gòu)件上用某種方法造成的水膜，使粉塵被水膜捕獲，氣體得到凈化，這類凈化設(shè)備叫做水膜除塵器。包括沖擊水膜、惰性（百葉）水膜和離心水膜除塵器等多種 。 吉林電子信息職業(yè)技術(shù)學院 7 下面是一種 CLS 型水膜除塵器的簡圖： 圖 水膜除塵 含塵氣體由簡體下部順切向引入，旋轉(zhuǎn)上升，塵粒受離心力作用而被分離，拋向筒體內(nèi)壁，被簡體內(nèi)壁流動的水膜層所吸附，隨水流到底部錐體，經(jīng)排塵口卸出。水膜層的形成是由布置在筒體的上部幾個噴嘴、將水順切向噴至器壁。這樣，在簡體 內(nèi)壁始終覆蓋一層旋轉(zhuǎn)向下流動的很薄水膜，達到提高除塵效果的目的。這種濕式除塵器結(jié)構(gòu)簡單，金屬耗量小，耗水量小。其缺點是高度較大，布置困難，并且在實際運行中發(fā)現(xiàn)有帶水現(xiàn)象。 靜電除塵 靜電除塵器的工作原理：含有粉塵顆粒的氣體，在接有高壓直流電源的陰極線 (又稱電暈極 )和接地的陽極板之間所形成的高壓電場通過時，由于陰極發(fā)生電暈放電、氣體被電離，此時，帶負電的氣體離子，在電場力的作用下，向陽板運動，在運動中與粉塵顆粒相碰，則使塵粒荷以負電，荷電后的塵粒在電場力的作用下，亦向陽極運動，到達陽極后，放出所帶的 電子，塵粒則沉積于陽極板上，而得到凈化的氣體排出防塵器外。 吉林電子信息職業(yè)技術(shù)學院 8 圖 靜電除塵器的工作原理 根據(jù)目前國內(nèi)常見的電除塵器型式可概略地分為以下幾類：按氣流方向分為立式和臥式，按沉淀極極型式分為板式和管式，按沉淀極板上粉塵的清除方法分為干式濕式等。 簡圖如下： 圖 靜電除塵 器 吉林電子信息職業(yè)技術(shù)學院 9 1陽極； 2陰極； 3陰極上架 4陽極上部支架； 5絕緣支座； 6石英絕緣管； 7陰極懸吊管； 8陰極支撐架；9頂板； 10陰極振打裝置； 11陽極振打裝置； 12陰極下架； 13陽極吊錘 ； 14外殼 ； 15進口第一塊分布板 ；16進口第二塊分布板 ； 17出口分布板； 18排灰裝置 電除塵器的優(yōu)點 ： ⑴ 凈化效率高，能夠鋪集 微米以上的細粒粉塵。在設(shè)計中可以通過不同的操作參數(shù) ， 來滿足所要求的凈化效率。 ⑵ 阻力損失小，一般在 20毫米水柱以下，和旋風除塵器比較，即使考慮供電機組和振打機構(gòu)耗電，其總耗電量仍比較小。 ⑶ 允許操作溫度高，如 SHWB 型電路塵器最好允許操作溫度 250℃ ，其他類型還有達到 350— 400℃ 或者更高的。 ⑷ 處理氣體范圍量大。 ⑸ 可以完全實現(xiàn)操作自動控制。 電除塵器的缺點 : ⑴ 設(shè)備比較復雜，要求設(shè)備調(diào)運和安裝以及維護管理水平高。 ⑵ 對粉塵比電阻有一定要求，所以對粉塵有一定的選擇性，不能使所有粉塵都的獲得很高的凈化效率。 ⑶ 受氣體溫、溫度等的操作條件影響較大，同是一種粉塵如在不同溫度、濕度下操作，所得的效果不同，有的粉塵在某一個溫度、濕度下使