袋式除塵器結(jié)構(gòu)設(shè)計及強度計算

1、袋式除塵器一、袋式除塵器的介紹袋式除塵器廣泛應(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。二、袋式除塵器的工作原理:含塵氣體由導(dǎo)流管進入各單元,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。隨著過濾工況的進行,當(dāng)濾袋表面積塵達到一定量時,由清灰控制裝置(差壓或定時、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

2、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)的機械設(shè)計手冊,以加深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。1.除塵器載荷的確定:1.1

3、靜載的確定:G靜載=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的重量,G5灰斗允許積灰重量。按本公司多年來的設(shè)計經(jīng)驗,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)于載荷部分的詳細分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4K

4、N/m2來計算。除塵器總動載荷:F=KA0A1+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,單個承載點荷載值是平均值的100120%左右。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)驗公式:Kn=2/1600(單位KN/m2來計算,式中,為風(fēng)速,單位m/s。設(shè)計時,單個承載點荷載值是平均值的120150%左右。具體分布時,最外一圈的載荷點為平均載荷值的1

5、20%,內(nèi)圈載荷點為平均載荷值的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,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(壓力計算。公式如下:剪力標(biāo)準(zhǔn)值:FEK=1Geq拉(壓力標(biāo)準(zhǔn)值:FEK=1Geq各承載點的震載計算過程可以按照上面的計算步驟來進行。1.5雪載的確定根據(jù)GB5

6、0009-2001,查全國基本雪壓分布圖,得雪壓相關(guān)值?；诎踩紤],實際設(shè)計時,單個承載點的設(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,無法求出柔度(長細比,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械設(shè)計手冊第一卷1-178頁慣性矩計算公式:Imin=Pc

7、(L2/(E2式中,Pc底柱的臨界載荷,E彈性模量,Ss穩(wěn)定安全系數(shù),長度系數(shù),確定后應(yīng)檢查柔度是否符合要求,2.2底柱的撓度計算撓度因風(fēng)載而產(chǎn)生。計算公式,f=PL3/(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,一般說,經(jīng)過計算后,撓度均難以達到設(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

8、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。不銹鋼板采用普通304材料制造,表面光潔度為6.3m,厚度為2mm?；骞潭ㄓ诘字敳科矫嫔?。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

9、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)l有關(guān)(見機械設(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?；宓脑O(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,下部接輸灰裝置。本工程共設(shè)置6個單獨灰斗和兩個船形灰斗,分兩排布置?；叶吠獗砻婢P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,還要對其強度進行計算?；叶方M件同其后介紹的進風(fēng)裝置、中箱體和上箱體一樣,是屬于負壓裝置。對其強度計算的目

10、的是保證其在規(guī)定的最大負壓(或規(guī)定正壓下能滿足除塵器的正常運行,不會發(fā)生被細癟(凹陷的現(xiàn)象?；叶繁诎宓暮穸纫话銥?mm。5.1單獨灰斗最大側(cè)板的結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算為安全起見,對單獨灰斗壁板的強度設(shè)計主要是考慮其外表面均布的加強型鋼能承受的載荷,確定外表面加強型鋼的規(guī)格?；叶吠獗砻娴募訌娦弯撘话銥榻卿摗Ｓ嬎愎?Imin=qL4/(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。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

11、袋過濾的負荷。導(dǎo)流板一般按經(jīng)驗進行布置。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.進風(fēng)裝置的設(shè)計進風(fēng)裝置由下風(fēng)管、風(fēng)量調(diào)節(jié)閥和矩形進風(fēng)管組成。對進風(fēng)裝置進行設(shè)計,主要是考慮風(fēng)管壁板的耐負壓程度。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5mm厚度的16Mn鋼板制作。此外,進風(fēng)裝置的合理布置也很重要:應(yīng)保證煙塵在經(jīng)過進風(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,煙氣離開進風(fēng)裝置,通過矩形進風(fēng)管的風(fēng)速一般控制在4m/s以下。進風(fēng)裝置耐負壓強度一般按風(fēng)機的全壓來計算。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

12、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的普通鋼板制造。在靠近中箱體中間部位有斜隔板組件,負責(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壓程度和斜隔板的耐負壓程度。中箱體耐負壓強度一般按風(fēng)機的全壓來計算。其計算過程同灰斗部分類似。本處從略。8.上箱體的結(jié)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)強度的驗算也是同等的重要。上箱體在設(shè)計時,應(yīng)考慮設(shè)

13、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)場實際情況及工廠制造經(jīng)驗,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1606000的濾袋,則孔與孔之間的距離為240mm。8.2上箱體橫截面高度對上箱體橫截面高度進行控制,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,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

14、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。但在實際工程中,這卻是不必要的,因為風(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,浪費材料,很不經(jīng)濟。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,除塵器進出風(fēng)口差壓不超過1500Pa。(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

15、過旁通口直接進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入上箱體倉室內(nèi)。8.5花板框架強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度，防止濾袋過濾表 面積灰和操作人員檢修維護時，對花板的平整度有不利的影響。 計算公式，Imin= qL4/（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。 壁板強度計算也按此公式進行。 9噴吹系統(tǒng)的設(shè)計 噴吹系統(tǒng)由脈沖

16、閥、噴吹氣包、噴吹管及管道連接 件組成。噴吹系統(tǒng)是袋式除塵器的核心部件，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，那么實際上，該脈沖閥所消耗的工作狀態(tài)下的壓 縮氣量為：5000.1/0.5=100L（0.1MPa 為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，0.5

17、MPa 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%。在進行氣包容量的設(shè)計 時， 應(yīng)按最小容量進行設(shè)計， 確定氣包的最小體積， 然后在此基礎(chǔ)上， 對氣包的體積進行擴容。 氣包體積越大， 氣包內(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行校正，設(shè)計 容量要大于（最好遠遠大于）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)強度的設(shè)計 參考鋼制壓力容器/GB150-1998 進行。 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

18、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 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。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)濟的角度 考慮，不推薦使用無縫鋼管來制造噴吹管。 9.4.2 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

19、以下比較合適）。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 6080%，即： （6080%）A 噴吹管=nA 噴嘴。 應(yīng)當(dāng)注意，靠近脈沖閥側(cè)的噴嘴比遠離脈沖閥側(cè) 的噴嘴口徑大 0.51mm，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%以 內(nèi)）。 若采用低壓噴吹，噴嘴口徑還要進一步加大 2 3mm。 9.4.3 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行噴吹清灰） 。 ， 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（擴散錐形角為 40）。還 有些時候，由于噴吹管上噴嘴的加工制造