布袋除塵器結(jié)構(gòu)設(shè)計及強度計算

王成

1前言

低壓脈沖布袋除塵器廣泛應用于電廠脫硫除塵及一般鋼廠除塵中（應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20～30mg/m³，低于國家環(huán)保部門規(guī)定的50mg/m³。

1.1動載的確定

按樓面及屋面活荷載取標準值2.5KN/m²（檢修平臺按4KN/m²）來計算。

除塵器總動載荷：F=KA0A1+KA1A2，KA1檢修平臺活荷載取標準值，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100～120%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)計人員應合理安排，綜合考慮影響動載荷分布的各種因素。

1.2風載的確定

根據(jù)GB50009-2001，查全國基本風壓分布圖，可得相關(guān)值。風載的計算，也可以按經(jīng)驗公式：Kn=υ^2/1600（單位KN/m²）來計算，式中，υ為風速，單位m/s。

設(shè)計時，單個承載點荷載值是平均值的120～150%左右。具體分布時，最外一圈的載荷點為平均載荷值的120%，內(nèi)圈載荷點為平均載荷值的150%。

1.3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：

剪力標準值：FEK=α1 Geq

拉（壓）力標準值：FEK=α1 Geq

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。

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）λ，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（μL）^2/（Eπ^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)，μ長度系數(shù)，

確定后應檢查柔度λ是否符合要求，

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)生的線膨脹應力。滑塊固定于底柱頂端。中箱體帶動其上的所有與高溫煙氣接觸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滑板材料的確定

滑板一般采用聚四氟乙烯。

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。灰斗外表面均盤有蒸汽加熱管。

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。灰斗外表面的加強型鋼一般為角鋼。

計算公式，Imin= qL^4/（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花板孔布置。

花板孔在上箱體內(nèi)應該均勻布置。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160×6000的濾袋，則孔與孔之間的距離為240mm。

5.3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速不應當超過3m/s。

6.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。

6.1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準狀態(tài)下的氣量，不是工作壓力下的氣量。我們可以將標準狀態(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：500×0.1/0.5=100L（0.1MPa為標準大氣壓，0.5MPa為工作氣壓）。

6.2氣包結(jié)構(gòu)強度的設(shè)計

參考《鋼制壓力容器》/GB150-1998進行。

6.3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。

6.3.1噴吹短管端面距離濾袋口（花板）高度的確定

噴吹短管端面距離濾袋口（花板）的高度受氣流沿噴吹軸線成20°角度和二次誘導風量的影響。理論上來說，二次誘導氣量越多越好，也就是加大噴吹短管距離濾袋口的高度。

實際上，噴吹壓力越大，氣流沿噴吹軸線的擴散角度就越小，噴吹短管端面距離濾袋口（花板）的高度就可以加大（誘導更多氣流，能噴吹更多的濾袋）;反之，噴吹壓力越小，氣流沿噴吹軸線的擴散角度就越大，噴吹短管端面距離濾袋口（花板）的高度就需要減小（誘導氣流相對減少，噴吹濾袋的數(shù)量減少）。

（作者身份證號碼：320924198910294417）