布袋除尘器结构设计及强度计算

•布袋除尘器结构设计及强度计算

•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20～30mg/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120～200%，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100～120%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=υ^2/1600（单位KN/m2）来计算，式中，υ为风速，单位m/s。

设计时，单个承载点荷载值是平均值的120～150%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=α1 Geq

拉（压）力标准值：FEK=α1 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120～200%。

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）λ，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（μL）^2/（Eπ^2）〕

式中，Pc底柱的临界载荷，E弹性模量，Ss稳定安全系数，μ长度系数，

确定后应检查柔度λ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=PL^3/（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