布袋除尘器结构设计及强度计算

王成

1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。

1.1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。

1.2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%。

1.3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。

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，

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滑板材料的确定

滑板一般采用聚四氟乙烯。

4.顶柱组件的结构设计

计算过程同底柱类似，本处从略。

5.灰斗组件的结构设计

灰斗上部与中箱体、顶柱连续焊接，下部接输灰装置。本工程共设置6个单独灰斗和两个船形灰斗，分两排布置。灰斗外表面均盘有蒸汽加热管。

5.1單独灰斗最大侧板的结构设计及计算

为安全起见，对单独灰斗壁板的强度设计主要是考虑其外表面均布的加强型钢能承受的载荷，确定外表面加强型钢的规格。灰斗外表面的加强型钢一般为角钢。

计算公式，Imin= qL^4/（384fE）

式中，q单根型钢承受的载荷，L型钢长度，f型钢允许的变形挠度，E弹性模量。

5.2花板孔布置。

花板孔在上箱体内应该均匀布置。根据现场实际情况及工厂制造经验，在滤袋长度不超过8m的情况下，孔与孔之间的间隙为滤袋直径的1.5倍。举例来说，如果采用160×6000的滤袋，则孔与孔之间的距离为240mm。

5.3上箱体横截面高度

对上箱体横截面高度进行控制，主要是保证净化后的气体在通过上箱体内部空间时，气流流向均衡，不会发生由于上箱体截面太小而造成气流阻力太大，甚至造成风机吸力不够、无法正常工作的情况发生。

根据多年来的设计经验，通过上箱体横截面的风速不应当超过3m/s。

6.喷吹系统的设计

喷吹系统由脉冲阀、喷吹气包、喷吹管及管道连接件组成。喷吹系统是布袋除尘器的核心部件，它的设计好坏可以决定除尘器能否正常使用。设计喷吹系统时，应该注意脉冲阀的选择、喷吹气包容量的大小及喷吹管详细结构的设计。

6.1脉冲阀的选取

有的脉冲阀厂家还提供关于喷吹气量、工作压力与喷吹脉宽的曲线图。在看这类曲线图时，要注意喷吹气量是标准状态下的气量，不是工作压力下的气量。我们可以将标准状态下的气量转换成工作状态下的气量。比如，在0.5Mpa的工作压力下，该脉冲阀喷吹气量500L，那么实际上，该脉冲阀所消耗的工作状态下的压缩气量为：500×0.1/0.5=100L（0.1MPa为标准大气压，0.5MPa为工作气压）。

6.2气包结构强度的设计

参考《钢制压力容器》/GB150-1998进行。

6.3喷吹管结构的设计

喷吹管的设计，主要考虑喷吹管直径、喷嘴孔径及喷嘴数量、喷吹短管的结构形式及喷吹短管端面距离滤袋口的高度。

6.3.1喷吹短管端面距离滤袋口（花板）高度的确定

喷吹短管端面距离滤袋口（花板）的高度受气流沿喷吹轴线成20°角度和二次诱导风量的影响。理论上来说，二次诱导气量越多越好，也就是加大喷吹短管距离滤袋口的高度。

实际上，喷吹压力越大，气流沿喷吹轴线的扩散角度就越小，喷吹短管端面距离滤袋口（花板）的高度就可以加大（诱导更多气流，能喷吹更多的滤袋）;反之，喷吹压力越小，气流沿喷吹轴线的扩散角度就越大，喷吹短管端面距离滤袋口（花板）的高度就需要减小（诱导气流相对减少，喷吹滤袋的数量减少）。

（作者身份证号码：320924198910294417）