布袋除尘器结构设计及强度计算.pdf
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1、布袋除尘器结构设计及强度计算2009-9-28 2:05:30前言低压脉冲布袋除尘器广泛应用于电厂脱硫除尘及一般钢厂除尘中(应用于钢厂及电厂的主要区别是除尘器外表是否需要保温、烟气对钢板的腐蚀程度及滤料的选择等),脱硫后的烟尘经过该除尘器后,其排放到大气中的浓度基本控制在2030mg/m3,低于国家环保部门规定的50mg/m3。低压脉冲布袋除尘器的工作原理:含尘气体由导流管进入各单元,大颗粒粉尘经分离后直接落入灰斗、其余粉尘随气流进入中箱体过滤区,过滤后的洁净气体透过滤袋经上箱体、排风管排出。随着过滤工况的进行,当滤袋表面积尘达到一定量时,由清灰控制装置(差压或定时、手动控制)按设定程序打开电
2、磁脉冲阀喷吹,抖落滤袋上的粉尘。落入灰斗中的粉尘借助输灰系统排出。低压脉冲除尘器的主要结构组成如下:底柱组件、滑块组件、顶柱组件、灰斗组件(含三通及风量调节阀,如果有的话)、进风装置、中箱体、上箱体、喷吹系统、离线装置、内旁路装置(外旁路,可供选择)、平台扶梯、防雨棚、气路配管及控制元件等组成。其结构简图如下:除尘器的设计过程中,应当对除尘器的载荷(包括静载、动载、风载、雪载及地震载荷等,单位KN)、除尘器承受的设计负压(单位 Pa)、板件材料的屈服极限及抗拉伸极限等(单位MPa),要有一定程度的了解。必要时,结构设计人员可以查阅相关的机械设计手册,以加深自己对这方面的理解。如下的设计过程仅供
3、除尘设备制造厂家及相关设计单位参考。1 除尘器载荷的确定:1.1静载的确定:G静载=Gi(i=1 5)式中,G1本体钢结构部分的重量,G2滤袋总重,G3袋笼总重,G4滤袋表面积灰 5mm 的重量,G5灰斗允许积灰重量。按本公司多年来的设计经验,静载荷在除尘器基础上的分布,一般是,最外面一圈基础柱桩的载荷为总静载分布在所有柱桩上的平均值 Gp的 110%。次外圈一圈柱桩的载荷为Gp的 120200%,以此类推,直到最内圈载荷。内圈载荷高于外圈载荷,但内外圈载荷最大差别不得超过 300KN。这样设计载荷的目的是保证本体结构系统的地基稳定性。关于载荷部分的详细分配及计算过程可以参考建筑荷载设计规范手
4、册。1.2动载的确定按楼面及屋面活荷载取标准值2.5KN/m2(检修平台按4KN/m2)来计算。除尘器总动载荷:F=KA0A1 KA1A2,KA1检修平台活荷载取标准值,A1除尘器平面投影面积,A2平台扶梯平面投影面积。设计时,单个承载点荷载值是平均值的100120%左右。具体分布时,可以是平台扶梯结构多的部分取偏大值,结构少的部分取较小值。结构设计人员应合理安排,综合考虑影响动载荷分布的各种因素。1.3风载的确定根据 GB50009-2001,查全国基本风压分布图,可得相关值。风载的计算,也可以按经验公式:Kn=2/1600(单位 KN/m2)来计算,式中,为风速,单位 m/s。设计时,单个
5、承载点荷载值是平均值的120150%左右。具体分布时,最外一圈的载荷点为平均载荷值的120%,内圈载荷点为平均载荷值的 150%。附:风载的设计,主要是考虑横向风的影响。一般地说,除尘设备都安装在平地上,不必考虑风从高空俯吹的影响。有些除尘设备厂家在计算风载时,特别考虑俯吹的影响,其实,那是不必要的。1.4震载的确定在一些地震多发地区,必须考虑地震对结构强度的影响。设计单位在与用户签定除尘设备技术协议时,必须明确地震的烈度。根据钢结构设计规范(GB50017-2003),地震载荷的计算可以分为水平方向的剪力计算和竖直方向的拉(压)力计算。公式如下:剪力标准值:FEK=1 Geq 拉(压)力标准
6、值:FEK=1 Geq 各承载点的震载计算过程可以按照上面的计算步骤来进行。1.5雪载的确定根据 GB50009-2001,查全国基本雪压分布图,得雪压相关值。基于安全考虑,实际设计时,单个承载点的设计值建议是平均承载值的 120200%。除尘器载荷确定完毕后,结构设计人员就可以将载荷图提交给土建专业,由土建专业根据载荷的大小及相关特性确定土建部分包括混凝土配筋的规格、数量及混凝土开挖的深度及混凝土浇铸的样式。2底柱组件的结构计算对底柱的计算,主要是考虑底柱的柔度和挠度。2.1底柱的柔度计算因型钢的规格未知,无法求出柔度(长细比),无法判断使用的公式。先采用欧拉公式计算,求出型钢的规格后,再检
7、查是否满足欧拉公式使用条件。(具体过程可以参考机械设计手册第一卷 1-178 页)惯性矩计算公式:Imin=Pc(L)2/(E2)式中,Pc 底柱的临界载荷,E弹性模量,Ss稳定安全系数,长度系数,确定后应检查柔度 是否符合要求,2.2底柱的挠度计算挠度因风载而产生。计算公式,f=PL3/(3EI)式中,P风载作用于底柱顶端的最大推力,L 底柱长度,E弹性模量,I 惯性矩。其实,一般说,经过计算后,挠度均难以达到设计要求。需要增加斜撑。将风载的力,转为由斜撑来承担。在受拉的情况下,斜撑只要保证其受力截面面积符合要求。3滑块组件的结构设计滑块主要是消除钢材在温度变化时产生的线膨胀应力。滑块固定于
8、底柱顶端。中箱体带动其上的所有与高温烟气接触的部件可以在滑块上自由膨胀(收缩)滑动。设计滑块结构时,应考虑到滑块的布置、滑块的承载、滑动能力及材料以及滑动范围。3.1 滑块的承载滑块承受除立柱外除尘器的所有垂直向下的重量载荷。重量载荷在滑块组的分布一般是,靠近除尘器中心的四个滑点为平均承重的 300%,其余均为 250%。这样设计的目的是为了保证滑块材料有足够的强度支撑。3.2 滑块的滑动能力及材料的选择滑块采用光滑不锈钢板和滑板相结合的结构。不锈钢板焊接于顶柱底部平面上,能在固定的滑板上自由滑动。不锈钢板采用普通 304 材料制造,表面光洁度为6.3 m,厚度为 2mm。滑板固定于底柱顶部平
9、面上。切记:滑板的材料不能是钢,否则可能造成不锈钢板与滑板的胶着粘合而失去滑动功能(见机械设计第四版)。3.3滑板材料的确定滑板一般采用聚四氟乙烯。3.4 滑块的滑动范围滑块的滑动范围与碳钢的线膨胀系数l 有关(见机械设计手册表 1-1-14)。本处设计计算从略。滑板的设置一定要考虑到热膨胀的位移量。滑板的设计要有一定的裕量,应保证在钢板发生热膨胀后,除尘器的全部载荷必须全部作用在滑板上。4 顶柱组件的结构设计计算过程同底柱类似,本处从略。5灰斗组件的结构设计灰斗上部与中箱体、顶柱连续焊接,下部接输灰装置。本工程共设置 6 个单独灰斗和两个船形灰斗,分两排布置。灰斗外表面均盘有蒸汽加热管。设计
10、灰斗,除根据工艺要求确定灰斗的容积和下灰口尺寸外,还要对其强度进行计算。灰斗组件同其后介绍的进风装置、中箱体和上箱体一样,是属于负压装置。对其强度计算的目的是保证其在规定的最大负压(或规定正压)下能满足除尘器的正常运行,不会发生被细瘪(凹陷)的现象。灰斗壁板的厚度一般为5mm。5.1单独灰斗最大侧板的结构设计及计算为安全起见,对单独灰斗壁板的强度设计主要是考虑其外表面均布的加强型钢能承受的载荷,确定外表面加强型钢的规格。灰斗外表面的加强型钢一般为角钢。计算公式,Imin=qL4/(384fE)式中,q 单根型钢承受的载荷,L 型钢长度,f 型钢允许的变形挠度,E弹性模量。5.2 灰斗导流板的设
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- 布袋除尘器 结构设计 强度 计算
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