布袋除塵器結(jié)構(gòu)設(shè)計及強(qiáng)度計算

1、布袋除塵器結(jié)構(gòu)設(shè)計及強(qiáng)度計算2009-9-28 2:05:30.、八、 亠刖言低壓脈沖布袋除塵器廣泛應(yīng)用于電廠脫硫除塵及一 般鋼廠除塵中（應(yīng)用于鋼廠及電廠的主要區(qū)別是除塵器外表是否需 要保溫、煙氣對鋼板的腐蝕程度及濾料的選擇等），脫硫后的煙塵 經(jīng)過該除塵器后，其排放到大氣中的濃度基本控制在 2030mg/m3 低于國家環(huán)保部門規(guī)定的50mg/m3低壓脈沖布袋除塵器的工作原理：含塵氣體由導(dǎo)流 管進(jìn)入各單元，大顆粒粉塵經(jīng)分離后直接落入灰斗、其余粉塵隨氣 流進(jìn)入中箱體過濾區(qū)，過濾后的潔凈氣體透過濾袋經(jīng)上箱體、排風(fēng) 管排出。隨著過濾工況的進(jìn)行，當(dāng)濾袋表面積塵達(dá)到一定量時，由 清灰控制裝置（差壓或定時、

2、手動控制）按設(shè)定程序打開電磁脈沖閥 噴吹，抖落濾袋上的粉塵。落入灰斗中的粉塵借助輸灰系統(tǒng)排出。 低壓脈沖除塵器的主要結(jié)構(gòu)組成如下：底柱組件、滑塊組件、頂柱 組件、灰斗組件（含三通及風(fēng)量調(diào)節(jié)閥，如果有的話）、進(jìn)風(fēng)裝置、 中箱體、上箱體、噴吹系統(tǒng)、離線裝置、內(nèi)旁路裝置（外旁路，可 供選擇）、平臺扶梯、防雨棚、氣路配管及控制元件等組成。其結(jié) 構(gòu)簡圖如下：除塵器的設(shè)計過程中，應(yīng)當(dāng)對除塵器的載荷（包括 靜載、動載、風(fēng)載、雪載及地震載荷等，單位 KN、除塵器承受的 設(shè)計負(fù)壓（單位Pa）、板件材料的屈服極限及抗拉伸極限等（單位MPa，要有一定程度的了解。必要時，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員可以查閱相關(guān)的機(jī)械設(shè)計手冊，以加深

3、自己對這方面的理解。如下的設(shè)計過程僅供除塵設(shè)備制造廠家及相關(guān)設(shè)計 單位參考。i.除塵器載荷的確定：1.1靜載的確定：G靜載二刀Gi （i=15）式中，G1本體鋼結(jié)構(gòu)部分的重量，G2濾袋總重，G3袋籠總重，G4濾袋表面積灰5mm勺重量，G5灰斗允許積灰重量。 按本公司多年來的設(shè)計經(jīng)驗(yàn)，靜載荷在除塵器基礎(chǔ)上的分布，一般 是，最外面一圈基礎(chǔ)柱樁的載荷為總靜載分布在所有柱樁上的平均 值Gp的110%次外圈一圈柱樁的載荷為 Gp的120200%以此類 推，直到最內(nèi)圈載荷。內(nèi)圈載荷高于外圈載荷，但內(nèi)外圈載荷最大 差別不得超過300KN這樣設(shè)計載荷的目的是保證本體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的 地基穩(wěn)定性。關(guān)于載荷部分的詳細(xì)分

4、配及計算過程可以參考建筑 荷載設(shè)計規(guī)范手冊。1.2動載的確定按樓面及屋面活荷載取標(biāo)準(zhǔn)值 2.5KN/m2 （檢修平臺按4KN/m2來計算。除塵器總動載荷：F二KA0A牡KA1A2 KA1檢修平臺活荷載取標(biāo)準(zhǔn)值， A1除塵器平面投影面積，A2平臺扶梯平面投影面積。設(shè)計時，單個承載點(diǎn)荷載值是平均值的 100120%£右。具體分布 時，可以是平臺扶梯結(jié)構(gòu)多的部分取偏大值，結(jié)構(gòu)少的部分取較小 值。結(jié)構(gòu)設(shè)計人員應(yīng)合理安排，綜合考慮影響動載荷分布的各種因 素。1.3風(fēng)載的確定根據(jù)GB50009-2001查全國基本風(fēng)壓分布圖，可得 相關(guān)值。風(fēng)載的計算，也可以按經(jīng)驗(yàn)公式：Kn=u八2/1600（單位

5、KN/m2 來計算，式中，u為風(fēng)速，單位m/s。設(shè)計時，單個承載點(diǎn)荷載值是平均值的 120150%左右。具體分布 時，最外一圈的載荷點(diǎn)為平均載荷值的120%內(nèi)圈載荷點(diǎn)為平均載 荷值的150%附：風(fēng)載的設(shè)計，主要是考慮橫向風(fēng)的影響。一般 地說，除塵設(shè)備都安裝在平地上，不必考慮風(fēng)從高空俯吹的影響。 有些除塵設(shè)備廠家在計算風(fēng)載時，特別考慮俯吹的影響，其實(shí)，那 是不必要的。1.4震載的確定在一些地震多發(fā)地區(qū)，必須考慮地震對結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的影 響。設(shè)計單位在與用戶簽定除塵設(shè)備技術(shù)協(xié)議時，必須明確地震的 烈度。根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（GB50017-2003，地震載荷的計算可以 分為水平方向的剪力計算和豎直方向的拉

6、（壓）力計算。公式如下：剪力標(biāo)準(zhǔn)值：FEKp 1 Geq拉（壓）力標(biāo)準(zhǔn)值：FEKp 1 Geq各承載點(diǎn)的震載計算過程可以按照上面的計算步驟 來進(jìn)行。1.5雪載的確定根據(jù)GB50009-2001查全國基本雪壓分布圖，得雪 壓相關(guān)值?；诎踩紤]，實(shí)際設(shè)計時，單個承載點(diǎn)的設(shè)計值建 議是平均承載值的120200%除塵器載荷確定完畢后，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員就可以將載荷 圖提交給土建專業(yè)，由土建專業(yè)根據(jù)載荷的大小及相關(guān)特性確定土 建部分包括混凝土配筋的規(guī)格、數(shù)量及混凝土開挖的深度及混凝土 澆鑄的樣式。2.底柱組件的結(jié)構(gòu)計算對底柱的計算，主要是考慮底柱的柔度和撓度。2.1底柱的柔度計算因型鋼的規(guī)格未知，無法求出柔

7、度（長細(xì)比）入,無法判斷使用的公式。先采用歐拉公式計算，求出型鋼的規(guī)格后， 再檢查是否滿足歐拉公式使用條件。（具體過程可以參考機(jī)械設(shè) 計手冊第一卷1-178頁）慣性矩計算公式：Imin=Pc （卩L）八2/ （En八2）式中，Pc底柱的臨界載荷，E彈性模量，Ss穩(wěn) 定安全系數(shù)，卩長度系數(shù)，確定后應(yīng)檢查柔度入是否符合要求,2.2底柱的撓度計算撓度因風(fēng)載而產(chǎn)生。計算公式，f=PLA3/ (3EI)式中，P風(fēng)載作用于底柱頂端的最大推力，L底柱長度，E彈性模量，I慣性矩。其實(shí)，一般說，經(jīng)過計算后，撓度均難以達(dá)到 設(shè)計要求。需要增加斜撐。將風(fēng)載的力，轉(zhuǎn)為由斜撐來承擔(dān)。在受 拉的情況下，斜撐只要保證其受力

8、截面面積符合要求。3 .滑塊組件的結(jié)構(gòu)設(shè)計滑塊主要是消除鋼材在溫度變化時產(chǎn)生的線膨脹應(yīng)力?；瑝K固定于底柱頂端。中箱體帶動其上的所有與高溫?zé)煔饨佑|的部件可以在滑塊上自由膨脹(收縮)滑動。設(shè)計滑塊結(jié)構(gòu)時，應(yīng)考慮到滑塊的布置、滑塊的承載、滑動能力及 材料以及滑動范圍。3.1滑塊的承載滑塊承受除立柱外除塵器的所有垂直向下的重量載荷。重量載荷在滑塊組的分布一般是，靠近除塵器中心的四 個滑點(diǎn)為平均承重的300%其余均為250%這樣設(shè)計的目的是為了 保證滑塊材料有足夠的強(qiáng)度支撐。3.2滑塊的滑動能力及材料的選擇滑塊采用光滑不銹鋼板和滑板相結(jié)合的結(jié)構(gòu)。不銹鋼板焊接于頂柱底部平面上，能在固定的滑板上自由滑動。不

9、銹鋼板采用普通304材料制造，表面光潔度為6.3卩m厚度為2mm 滑板固定于底柱頂部平面上。切記：滑板的材料不能是鋼，否則可 能造成不銹鋼板與滑板的膠著粘合而失去滑動功能（見機(jī)械設(shè)計第四版）。3.3滑板材料的確定滑板一般采用聚四氟乙烯。3.4滑塊的滑動范圍滑塊的滑動范圍與碳鋼的線膨脹系數(shù) al有關(guān)（見機(jī)械設(shè)計手冊表1-1-14 ）。本處設(shè)計計算從略?；宓脑O(shè)置一定要考慮到熱膨脹的位移量。滑板的設(shè)計要有一定的 裕量，應(yīng)保證在鋼板發(fā)生熱膨脹后，除塵器的全部載荷必須全部作 用在滑板上。4 .頂柱組件的結(jié)構(gòu)設(shè)計計算過程同底柱類似，本處從略。5 .灰斗組件的結(jié)構(gòu)設(shè)計灰斗上部與中箱體、頂柱連續(xù)焊接，下部接

10、輸灰 裝置。本工程共設(shè)置6個單獨(dú)灰斗和兩個船形灰斗，分兩排布置。 灰斗外表面均盤有蒸汽加熱管。設(shè)計灰斗，除根據(jù)工藝要求確定灰斗的容積和下 灰口尺寸外，還要對其強(qiáng)度進(jìn)行計算?；叶方M件同其后介紹的進(jìn)風(fēng) 裝置、中箱體和上箱體一樣，是屬于負(fù)壓裝置。對其強(qiáng)度計算的目 的是保證其在規(guī)定的最大負(fù)壓（或規(guī)定正壓）下能滿足除塵器的正常運(yùn)行，不會發(fā)生被細(xì)癟（凹陷）的現(xiàn)象。灰斗壁板的厚度一般為5mm5.1單獨(dú)灰斗最大側(cè)板的結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算為安全起見，對單獨(dú)灰斗壁板的強(qiáng)度設(shè)計主要是 考慮其外表面均布的加強(qiáng)型鋼能承受的載荷，確定外表面加強(qiáng)型鋼 的規(guī)格。灰斗外表面的加強(qiáng)型鋼一般為角鋼。計算公式，lmi n= qL%/（ 3

11、84fE）式中，q單根型鋼承受的載荷，L型鋼長度，f 型鋼允許的變形撓度，E彈性模量。5.2灰斗導(dǎo)流板的設(shè)計導(dǎo)流板由若干組耐磨角鋼板（材料為 Q345A 組成，一般交錯布置在灰斗進(jìn)風(fēng)口。它的主要作用是均衡煙氣流， 同時使煙氣中大顆粒粉塵通過碰撞導(dǎo)流板減緩速度沉降于灰斗底 部，減輕濾袋過濾的負(fù)荷。導(dǎo)流板一般按經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行布置。其布置也可以通過專業(yè)軟件對煙氣流 的理論模擬而確定。6 .進(jìn)風(fēng)裝置的設(shè)計進(jìn)風(fēng)裝置由下風(fēng)管、風(fēng)量調(diào)節(jié)閥和矩形進(jìn)風(fēng)管 組成。對進(jìn)風(fēng)裝置進(jìn)行設(shè)計，主要是考慮風(fēng)管壁板的耐負(fù)壓程度。 風(fēng)量調(diào)節(jié)閥可以作為廠通件，其內(nèi)的閥板一般采用5mn厚度的16Mn鋼板制作。此外，進(jìn)風(fēng)裝置的合理布置也很重

12、要：應(yīng)保證煙塵在經(jīng) 過進(jìn)風(fēng)裝置時，煙氣流向合理，對管壁的沖刷降低到最低。為防止高濃度含塵煙氣對中箱體內(nèi)濾袋及壁板的沖刷，煙氣離開進(jìn) 風(fēng)裝置，通過矩形進(jìn)風(fēng)管的風(fēng)速一般控制在 4m/s以下。進(jìn)風(fēng)裝置耐負(fù)壓強(qiáng)度一般按風(fēng)機(jī)的全壓來計算。其計算過程同灰斗 部分類似。本處從略。7 .中箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計中箱體由若干件壁板連接后連續(xù)焊接而 成。中箱體壁板一般采用厚度為 5mm勺普通鋼板制造。 在靠近中箱體中間部位有斜隔板組件，負(fù)責(zé)將塵氣室和凈氣室隔離 開。中箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計，主要是考慮壁板的耐負(fù)壓程度和斜隔板的 耐負(fù)壓程度。中箱體耐負(fù)壓強(qiáng)度一般按風(fēng)機(jī)的全壓來計算。其計算過程同灰斗部 分類似。本處從略。8上箱體的結(jié)

13、構(gòu)設(shè)計上箱體在整個除塵器的設(shè)計中是屬于關(guān)鍵 部位的設(shè)計，它的設(shè)計好壞直接關(guān)系到除塵器能否正常運(yùn)行。設(shè)計 上箱體時，應(yīng)考慮到花板孔在上箱體內(nèi)的合理布置、上箱體橫截面高度、離線孔的大小及方位。在有內(nèi)旁通的情況下，還要考慮到離 線孔與內(nèi)旁通孔的位置關(guān)系。當(dāng)然，對上箱體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的驗(yàn)算也是 同等的重要。上箱體在設(shè)計時，應(yīng)考慮設(shè)計有一定的斜度，以利于 雨水的順利排放。8.1花板孔布置?；ò蹇自谏舷潴w內(nèi)應(yīng)該均勻布置。根據(jù)現(xiàn)場實(shí) 際情況及工廠制造經(jīng)驗(yàn)，在濾袋長度不超過8m的情況下，孔與孔之 間的間隙為濾袋直徑的1.5倍。舉例來說，如果采用160X6000的 濾袋，則孔與孔之間的距離為 240mm8.2上箱體橫

14、截面高度對上箱體橫截面高度進(jìn)行控制，主要是保證凈 化后的氣體在通過上箱體內(nèi)部空間時，氣流流向均衡，不會發(fā)生由 于上箱體截面太小而造成氣流阻力太大，甚至造成風(fēng)機(jī)吸力不夠、 無法正常工作的情況發(fā)生。根據(jù)多年來的設(shè)計經(jīng)驗(yàn)，通過上箱體橫截面的風(fēng) 速不應(yīng)當(dāng)超過3m/s。8.3離線孔大小及方位經(jīng)過上箱體每個倉室離線孔的風(fēng)速一般控制在612m/s左右。理論上來說，經(jīng)過離線孔的風(fēng)速越低越好，這樣可 以使除塵器結(jié)構(gòu)阻力降低到最低。但在實(shí)際工程中，這卻是不必要 的，因?yàn)轱L(fēng)速越低，勢必會使離線孔徑變大，同時導(dǎo)致整個上箱體 結(jié)構(gòu)向外側(cè)延伸變大，浪費(fèi)材料，很不經(jīng)濟(jì)。8.4離線孔與內(nèi)旁通孔的方位布置內(nèi)旁通孔徑的設(shè)計過程同

15、離線孔是相同的。 需要 注意的是：通過內(nèi)旁通孔徑的速度 一般可以允許達(dá)到16m/s，但最 大不允許超過18m/s。這樣設(shè)計的目的是保證煙氣在走旁通時，除 塵器進(jìn)出風(fēng)口差壓不超過1500Pq（阻力與風(fēng)速的平方成正比） 在某些除塵器上箱體個別倉室內(nèi)，會出現(xiàn)即有離線又有旁通的結(jié)構(gòu)。 此時，就需要考慮一下離線與旁通的合理布置了。一般來說，當(dāng)旁 通打開時，大量煙氣通過旁通口直接進(jìn)入上箱體凈氣室匯風(fēng)煙道內(nèi)， 此種情況下，需要將離線設(shè)置在煙氣流的 背側(cè)。同時，要求離線必 須有可靠的密封措施，防止大量煙塵灰透過縫隙進(jìn)入上箱體倉室內(nèi)。8.5花板框架強(qiáng)度計算花板框架上面覆蓋有花板。濾袋及袋籠安裝時，對花板平整度有

16、極其嚴(yán)格的要求， 其平面度允差一般為1: 1000。 在這種情況下，要求花板框架必須有足夠的安全強(qiáng)度，防止濾袋過 濾表面積灰和操作人員檢修維護(hù)時，對花板的平整度有不利的影響。 計算公式，lmi n= qL%/（ 384fE）式中，q單根型鋼承受的載荷，L型鋼長度，f型 鋼允許的變形撓度，E彈性模量。壁板強(qiáng)度計算也按此公式進(jìn)行。9.噴吹系統(tǒng)的設(shè)計噴吹系統(tǒng)由脈沖閥、噴吹氣包、噴吹管及管道連接 件組成。噴吹系統(tǒng)是布袋除塵器的核心部件，它的設(shè)計好壞可以決 定除塵器能否正常使用。設(shè)計噴吹系統(tǒng)時，應(yīng)該注意脈沖閥的選擇、 噴吹氣包容量的大小及噴吹管詳細(xì)結(jié)構(gòu)的設(shè)計。9.1脈沖閥的選取有的脈沖閥廠家還提供關(guān)于噴

17、吹氣量、工作壓力 與噴吹脈寬的曲線圖。在看這類曲線圖時，要注意噴吹氣量是標(biāo)準(zhǔn) 狀態(tài)下的氣量，不是工作壓力下的氣量。我們可以將標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的 氣量轉(zhuǎn)換成工作狀態(tài)下的氣量。 比如，在0.5Mpa的工作壓力下，該 脈沖閥噴吹氣量500L,那么實(shí)際上，該脈沖閥所消耗的工作狀態(tài)下的壓縮氣量為：500X0.1/0.5=100L （O.IMPa為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，0.5MPa 為工作氣壓）。9.2氣包容量的確定氣包的工作最小容量為單個脈沖閥噴吹一次后，氣包內(nèi)的工作壓力下降到原工作壓力的 70%在進(jìn)行氣包容量的設(shè) 計時，應(yīng)按最小容量進(jìn)行設(shè)計，確定氣包的最小體積，然后在此基 礎(chǔ)上，對氣包的體積進(jìn)行擴(kuò)容。氣包體積越大，氣

18、包內(nèi)的工作氣壓 就越穩(wěn)定。我們也可以先設(shè)計氣包的規(guī)格，然后用最小工作容量進(jìn) 行校正，設(shè)計容量要大于（最好遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于）最小工作容量，一般來 說，氣包工作容量為 最小容量的23倍為好。9.3氣包結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的設(shè)計參考鋼制壓力容器/GB150-1998進(jìn)行。9.4噴吹管結(jié)構(gòu)的設(shè)計噴吹管的設(shè)計，主要考慮噴吹管直徑、噴嘴孔徑及噴 嘴數(shù)量、噴吹短管的結(jié)構(gòu)形式及噴吹短管端面距離濾袋口的高度。9.4.1 噴吹管直徑按澳大利亞高原脈沖閥廠家的設(shè)計規(guī)范， 一般是，噴 吹管直徑與脈沖閥口徑相對應(yīng)。比如，采用3寸的脈沖閥，則噴吹管直徑也為3寸。國內(nèi)大多數(shù)廠家，例如，上海袋配、蘇州蘇苑、 浙江奧斯托等，也都遵照噴吹管直徑與脈

19、沖閥口徑相對應(yīng)的原則。 噴吹管的板厚，一般是，2.5寸以上采用4mm 2.5寸以下采用3mm 的焊接鋼管制作。從經(jīng)濟(jì)的角度考慮，不推薦使用無縫鋼管來制造噴吹管。942噴嘴直徑及數(shù)量噴嘴直徑及噴嘴數(shù)量是整個噴吹管設(shè)計的核心。在脈沖閥型號確定后的情況下，噴嘴數(shù)量不能無限制增多，它要受到 噴吹氣量、噴吹壓力及噴吹濾袋長度等各類因素的綜合影響。目前，3寸脈沖閥所帶領(lǐng)的噴嘴數(shù)量建議最多不要超過 20只（一般來說， 16只以下比較合適）。根據(jù)澳大利亞高原公司和國內(nèi)上海袋配等知 名廠家的多年試驗(yàn)，在中壓噴吹的狀態(tài)下，噴吹管上所有噴嘴口徑 的面積之和應(yīng)該為噴吹管內(nèi)徑的 60 80%即：（6080% A噴吹管二

20、nA噴嘴。應(yīng)當(dāng)注意，靠近脈沖閥側(cè)的噴嘴比遠(yuǎn)離脈沖閥側(cè) 的噴嘴口徑大0.5 1m（澳大利亞高原公司建議），這樣設(shè)計的目 的，是要保證噴吹管上所有噴嘴噴射出的壓縮氣流均衡（壓縮氣量 和壓力的差別控制在10%內(nèi)）。若采用低壓噴吹，噴嘴口徑還要進(jìn)一步加大23mm943噴吹短管的設(shè)計噴吹短管的作用是導(dǎo)向和引流（誘導(dǎo)噴嘴周 圍的數(shù)倍于噴吹氣流的上箱體內(nèi)凈氣流一同對濾袋進(jìn)行噴吹清灰）。根據(jù)澳大利亞高原控制有限公司的多年噴吹試驗(yàn)，高速脈沖噴吹氣 流通過噴嘴后，氣流沿噴吹軸線成20°角度（0.3Mpa的工作壓力下） 向軸線周圍超音速膨脹（擴(kuò)散錐形角為 40。）。還有些時候，由于 噴吹管上噴嘴的加工制造有缺陷，造成噴嘴略微歪