某电厂湿式电除尘器钢结构设计

某电厂湿式电除尘器钢结构设计

字数：2985

来源：建筑工程技术与设计2014年33期字体：大中小打印当页正文【摘要】本文先简要介绍湿式电除尘器的概念特点及现阶段研究现状，进而以实际工程为例分析了湿式电除尘器钢结构的受力特点和优化思路，采用有限元软件对钢制除尘器壁面进行静动力分析，得出器壁的压力、应力和位移变形和最不利荷载形式，另外对所取结构进行动力分析，并得到相关结论。

【关键词】湿式静电除尘器、钢结构、承载性能、受力、有限元

0.引言

湿式除尘器作为一种工业用环保产品，近几年几乎是以几何级数发展的。然而湿式除尘器对钢材的大量消耗同样引起用户和设计人员的思考，其结构设计是最为关键的问题[1]。由于某些湿式除尘器结构复杂，使用常规的计算方法即使做了比较多的简化也无法计算，对于其某些受力关键部位更是无能为力，有限元分析法是目前解决结构及受力都比较复杂的除尘器计算分析的最有效方法，它能得出各个部位应力和变形值。

1.湿式除尘器结构相关介绍

湿式电除尘器是一种用来处理含湿气体的高压静电除尘设备，主要用来除去含湿气体中的尘、酸雾、水滴、气溶胶、臭味、PM2.5等有害物质，是治理大气粉尘污染的理想设备。

湿式电除尘器要经历荷电、收集和清灰三个阶段。湿式电除尘器有几种结构形式，一种是使用耐腐蚀导电材料做集尘极，一种是用通过喷水或溢流水形成导电水膜不导电的非金属材料做集尘极[2]。

根据工艺要求，湿式除尘器一般可以采用圆形、方形、多边形甚至方变圆等多种形式。不同类型的湿式除尘器其结构虽有较大差别，但总体上一般由尘气导入装置，引水装置，水气接触本体，液滴分离器和污水（泥）排放装置组成[3]。其结构包括上筒体、下筒体、锥体、湿式风机、轴承座、电动机。湿式电除尘器还可分为横流式（卧式）和竖流式（立式），横流式多为板式结构，气体流向为水平方向进出；竖流式多为管式机构，气体流向为垂直方向进出。

2.工程实例中湿式静电除尘器结构计算

本文利用3D3S有限元软件对山东黄台某电厂电除尘器进行静动力分析，得出最不利荷载形式，并将所得结论进行总结，主要内容有：（1）钢制除尘器壁面静态受力研究，分析出器壁的压力、应力和位移变形。（2）器壁面动力研究：

通过有线元软件对所取结构进行动力分析，并得到相关结论。

该除尘器壳体框架高度为9.80米，结构的突出特点是高度大，呈长方体。结构件主要包括钢支柱、底大梁、立柱、柱支撑、大梁等。主要考虑的外力为：大梁所受的弯矩及剪力，钢支柱所受的轴向压力及剪力等。加上使用过程中除尘器内部阴极、阳极振打等情况。

应考虑以下因素：（1）水平荷载对柱产生弯矩，水平

荷载为均布荷载时，侧移与高度成四次方，故此，水平荷载是设计计算中应主要考虑的。（2）梁设计中弯矩和剪力的影响。（3）地震风载等影响。（4）制造，运输安装等方面的影响[4]。研究的内容主要包括三个方面：一是受力工况研究：建立湿式除尘器参数化模型，利图1 实施静电除尘器钢结构外壳框架模型

用3D3S软件及湿式除尘器的结构特点对其进行结构优化

。在保证结构有足够强度的前提下，降低了结构的重量，节省了材料。以湿式除尘器一侧梁实例体现了参数化设计的优越性。然后利用有限元分析软件进行实体建模，对各种荷载工况作用下的模型进行有限元静力计算分析，在此基础上对除尘器整体结构动力研究湿式除尘器壳体结构的空间整体承载性能。根据壳体的施工和使用过程，考虑加载路径的影响，分三步施加荷载，进行完善壳体的承载能力非线性分析[5]。

二是除尘器的抗风载分析研究：风载与风的性质、速度、方向有关，同时也与除尘器的体形、高度、周围环境等有关，它具有静力和动力的双重作用，而且是紊乱变化的。我国荷载规范规定的风载（ kN/ ）应按下式计算： = 式中为基本风压，从荷载规范全国基本风压分布图查用；为风压高度变化系数；为风载体型系数，其值与体型、平面尺寸等有关，一般取值为1.3；为高度Z处的风振系数。对于高度大于30 m且高宽比大于1 . 5的除尘器，按下式计算，其余情况取 = 1。 = 1 + v/ H 式中为高度Z处的标高； H为除尘器总高；为脉动增大系数； v为脉动影响系数，在0 . 53～0 . 63范围内取值[6]。

三是除尘器的抗震分析研究：地震作用下除尘器的结构受力效应十分复杂。与地震烈度及震源远近、场地地质构造、除尘器的动力特性等有关。目前除尘器的抗震设计考虑在6～9度范围内。6度设防时不必计算地震作用，只考虑规定的抗震措施。7～9级地震设防时要计算地震作用并考虑抗震措施。9度设防应考虑竖向与水平地震作用的不利组合。黄台地区地震按7度设防。该除尘器高度不超过40 m、以剪切变形为主且刚度和质量沿高度方向分布比较均匀，故采用3D3S 结构计算软件建立有限元模型法，其具有计算精度高，能够进行空间分析等优点，

在湿式除尘器结构抗震研究中得到广泛应用。

3.该领域目前存在的问题

目前湿式除尘器结构设计尚无完全适用的设计规范可循，加上湿式除尘器结构大型且形式复杂，所受荷载多样，受力也十分复杂，难以采用一般的简化计算方法弄清结构的应力分布和变形情况，实际的工程设计一般采用保守的设计方法，增加了材料用量和施工成本，因此对此类结构的设计研究和优化设计都具有深远的实际意义。由于除尘器是一种一次性大量消耗钢材的产品，所以要求其在满足功能要求的基础上，尽可能地减少耗钢量，以节约成本，提高产品的竞争能力。除尘器的优化设计是一个系统工程，我们在以往的优化设计中，往往是将除尘器的各个部套分割开来独立优化。考虑到上述问题，我们在优化设计中应遵循[7]：（1 ）制定整体思路及优化步骤。确定优化工作所需达到的目标并逐步分析整理，计算确定出内力（一般为静力，包括灰载、结构自重等）和外力（一般考虑动力，包括风载、地震荷载）的三要素，确定细部的主要构件受力情况。（2）从非受力构件到受力构件，由里及外，自上而下逐步分析、计算、校核、确认。

参考文献目录

[1] 鄢小虎；廖洁.我国常用除尘器的应用现状[M]. 武汉理工大学资源与环境工程学院.2005

[2] 李名家. 新型除尘器的理论分析及实验研究[D]. 中国舰船研究院2004

[3] 朱彦鹏.特种结构[M].武汉：武汉工业大学出版社.2000.

[4] 闫宗学，梁可新，包可宏.电除尘器结构的受力分析及优化设计[D]. Analysis and optimization of the electrostatic precipitator structure.兰州电力修造厂环保研究所 2006

[5] 贾博强. 燃煤电厂电除尘器的优化仿真设计研究[D]. 华北电力大学2013

[6] 王登峰，王元清，戴海金，曹平周 . 电除尘器壳体的整体承载性能分析[J].机械强度.2013

[7] 赵继俊，马化海，余双成，温荣胜. 大型电除尘器主体的优化设计[J]. 煤矿机械.2010