布袋除塵器設(shè)計.doc

布袋除塵器結(jié)構(gòu)設(shè)計及強度計算2010年3月18日 09:07 查看: 15次 評論:0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%2009年09月18日 前言 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、其余粉塵隨氣流入入中箱體過濾區(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、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滲透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=KA0A1KA1A2，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%左右詳細(xì)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% 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=1 Geq 拉（壓）力標(biāo)準(zhǔn)值：FEK=1 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(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 基于安全考慮，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(xì)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（L）2/（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(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)力滑塊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)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 滑板的設(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 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(jìn)行計算灰斗組件同其后介紹的進(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5mm 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= 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(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)裝置入行設(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5mm厚度的16Mn鋼板制作此外，入風(fēng)裝置的合理布置也很重要：應(yīng)保證煙塵在經(jīng)過入風(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(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)計有一定的斜度，以利于雨水的順利排放 8.1花板孔布置 花板孔在上箱體內(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(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(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)計過程同離線孔是相同的需要注重的是：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，除塵器入出風(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，大量煙氣通過旁通口直接入滲入滲出上箱體凈氣室匯風(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(hù)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(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，0.5MPa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%在入行氣包容量的設(shè)計時，應(yīng)按最小容量入行設(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(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 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，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(yuǎn)離脈沖閥側(cè)的噴嘴口徑大0.51mm（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%以內(nèi)） 若采用低壓噴吹，噴嘴口徑還要入一步加大23mm 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(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，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有缺陷，造成噴嘴略微歪向