XX电厂除尘器圈梁变形加固前后有限元分析

1、某电厂除尘器圈梁变形加固前后的有限元分析张天助金立赞姜迎秋(中冶集团建筑研究总院华东分院/上海200940)摘要：某电厂Y296-Ivx2型电除尘器积灰超载，造成积灰斗承载圈梁主梁严重变形损坏， 并采用体外预应力桁架加固。利用大型通用有限元分析软件ANSYS8.1,对该除尘器灰斗系 统结构加固前后进行讣算分析，研究结构在枳灰荷载作用下的受力变形状况。计算分析结果 表明，加固前有限元变形汁算结果与电除尘器圈梁实际变形情况基本吻合，所建模型和采用 的讣算方法合理，分析计算具有较髙的精度；预应力加固方案经济实用，大幅度的提高了电 除尘器的承载能力，最大程度的消除了

2、超载导致的变形。关键词：电除尘器、圈梁、有限元、体外预应力桁架Finite element analysis before and after deformation of ring beam of electrostaticprecipitator had been reinforced in a power plantZhang Tianzhu Jin Lizan Jiang Yingqiu(East China Branch of Central Research Institute of Building and Construction, MCC Group Shanghai 200

3、940)ABSTRACT An severe overloading on Y296Ivx2 type electrostatic precipitator caused serious deformation and damage to a main steel beamexternal prestress truss for reinforcement is applied.calculation and analysis to strcture of electrostatic precipitator is done by large-scale finite element anal

4、ysis software-ansys8.1 ,at the same time .force and deformation of strcture is studied under load .the result of calculation and analysis indicates that the calculated result of deformation is basically in accord with actual deformation of ring beam not only created model and calculated method is al

5、l reasonable , but also accuracy of analysis and calculation is much high the reinforced solution of prestress truss is economical and practical, greatly increasing the carrying capacity of electrostatic precipitator, to the greatest extent, eliminating the deformation caused by overloadingKEY WORDS

6、 electrostatic precipitator ring beam finite element external prestress truss 随着京都议泄书的生效，以及我国对治理烟气污染排放力度的加大， 电除尘器以英除尘效率高、运行管理方便、故障率低和适应性强等优点在工 业领域烟气治理中得到了广泛的应用，特别是在燃煤发电领域，近几年新建 电厂几乎均采用电除尘系统进行烟气处理，且随着发电机组的规模增大，除尘器的规模也在不断的增大。但是我国除尘器钢结构多由机械专业或除尘器 制造厂家设计。由于缺少相关规范标准，目前的除尘器结构设计、制造、安 装、运行管理等方而存在诸多隐患，据不完全统计

7、，在近不足两年的时间内， 仅在燃煤发电领域已经发生3-4起电除尘器塌落（损坏）事故。一、工程简况某电厂Y296-Ivx2型1号除尘器建于2004年，为钢结构构筑物，采用钻孔灌注桩基础，钢管柱，槽钢-钢板组合箱型主梁；钢集灰斗。平而及剖面见图lo试运行期间，发生集灰 斗严重超载，造成除尘器结构损坏，出现主梁严重挠曲变形、梁腹板屈曲，灰斗板翘曲等现 象。事故发生后，施工方曾提出在主梁中部增加立柱的加固方案，并开始施工柱下的钻孔灌 注桩。因遇流砂不良地质现象，无法施工而停止。2005年6月业主委托相关单位对该除尘 器结构进行安全鉴怎，并提出体外预应力桁架加固处理方案。二. 加固处理方案体外预应力桁架

8、加固的基本思路是：在主梁下部增加桁架，使其成为禅性支点。桁架腹杆为角钢格构式杆件，下弦为预应力钢绞线。同时，对主梁与桁架连接节点处的主梁 腹板，进行必要的加固。加固方案见下图。在加固方案中，桁架腹杆为4L90X10的角钢格 构杆件,下弦为10根直径为15.2mm. 1860MPa的钢绞线。? .co/ 5030or-O.CCOE图2三、主要承载结构的有限元模型有限元模型共包括八个电场、十六个电除尘器，考虑到整个圈梁和灰斗部分为大型构件 的具体情况,取四个电场、八个电除尘器建模，模型采用LINK8和SHELL63的板一杆组合 模型,如果用3-D实体模型建模，则不利于后续的讣算与优化，需耗费大量的

9、计算资源。采 用4盯点(IJKL) SHELL63单元来模拟钢板，该单元具有弯曲和薄膜功能，面内和法向荷载 都是允许的，具有三个平动自由度和三个转动自由度：采用LINK8杆单元模拟斗板纵向、 横向加劲肋及预应力钢筋，该单元是杆轴方向的拉压单元，每个节点有3个平动自由度。图一、主要承载结构的有限元模型(网格划分)图表1有限元模型概要工程加固前加固后关键点数17603826线17863887面387692节点数目4549953797元素数目4943262202表2有限元模型基本属性钢结构杨氏模量(Pa)材料密度(kg/m3)泊松比单元类型1单元类型2Q2352.1X10u785003SHELL63

10、LINK8四、荷载取值及边界条件的确定1、除尘器积灰深度il算依据 技术协议中规立进口浓度为38. 95g/Nm3,温度为121 C时的浓度为26. 99 g/Nm。 每台除尘器入口烟气时为821514 m/h其中灰疑约为22. 17t/ho 除尘器除尘分配比例约为：80： 15： 4.5： 0.3 除尘器第一电场每只出灰口的岀灰屋为：8.68 t/hX8小时二69.44t 除尘器第一电场每只岀灰口 8小时存灰M86.8 m5 8小时的存灰虽:，灰斗内灰距灰斗下法兰高度为6.06m通过除尘分配比例经il算可知，肖一电场枳灰深度达到&38m (即灰斗满灰)出现超载时:二电场灰深为4.7m：三电场

11、灰深为3.1m；四电场灰深仅为1.1m。2、荷载取值根据GB5O322-2OO1钢板筒仓设il规范作用于电除尘器斗板壁的积灰压力标准值可按下式il算 灰斗竖向压力标准值P、k= Y * SY重力密度S积灰深度 斗壁单位而枳上的法向应力标准值为：Pnk=Pvk(cos2a+ksin2a)a斗壁对水平而的夹角k-积灰侧压力系数k二t(45- e/2)(1一内摩擦角 斗壁单位而枳上的切向应力标准值为：Ptk= Pvk(l-k) sina cosa表3粉煤灰的物理特性参数及灰斗相关参数材料Y (KN/m3) (度)a (度)k粉煤灰&53072.2. 60.80.333圈梁及灰斗自重3、预应力张拉控制

12、经分析，结构初始状态(零荷载作用工况)下钢绞线总的预张力控制值约取为200KN；但 考虑到实施张拉时，灰斗内灰位、除尘器内部负压以及其他因素的影响，经测算，实际张拉 预张力总值在30035OKN的范|1；1内，张拉前必须对顺序张拉的各个钢绞线的张拉力控制值 逐一分析，以保证所有钢绞线张拉完毕后每根钢绞线所建立的预张力值基本相等。4、边界条件电除尘器结构自重及所承受的荷载是通过圈梁传递给台架立柱最后传递给基础的，根拯台架 立柱与圈梁的实际连接情况，建立的有限元模型需约束住台架立柱与圈梁的相交部位(圈梁 部分)，圈梁的四个角端既不会出现转动也不会出现各个方向的平移，需约朿住圈梁四角与 台架立柱相交

13、部位的关键点的所有自由度，圈梁横向边梁虽然不会岀现转动，但可能会产生 沿x轴方向的平移，在约朿住圈梁横向边梁与台架立柱相交部位的关键点的其它所有自由度 时，必须释放x方向的自由度，对于圈梁纵向边梁也有类似的情况，在约束住圈梁纵向边梁 与台架立柱相交部位的关键点的其它所有自由度时，必须释放z方向的自由度。五、计算结果分析及结论1、加固前圈梁挠曲变形分析 、圈梁挠曲变形实测现场对除尘器圈梁挠曲变形情况进行了测量，其中，圈梁边梁和较短中间梁挠曲变形不 明显,约为15 mm25mm (- 00:33：?2图二、枳灰超载时有限元计算结果图ANSYSS 2丄 23C1?71MODXb SOLDTIOKQ5

14、Z7B7.(J6SPS4皿!7：K1*J(J8VK UVGIR5YS-0SOT *11771 QOC -.1171图三、一电场灰位45m时有限元计算结果图2、加固后圈梁挠曲变形分析（一电场灰位45m时）、圈梁主梁预应力张拉后实测张拉后相关变形测量表序号钢绞线两端点结构相对变形梁跨中挠曲变形(mm)(mm)一、二电场间主梁1561.5二、三电场间主梁1329三、四电场间主梁1110五、六电场间主梁1559六、七电场间主梁927.5七、八电场间主梁1311.5、有限元模型变形计算结果加固后，各电场间圈梁主梁的变形范围分别为：一、二电场间圈梁主梁2451mm：二、三 电场间圈梁主梁15-26mm；三

15、、四电场间圈梁主梁415mm.3、结论 、加固前的测量结果表明；电除尘器积灰超载，造成积灰斗承载圈梁主梁严重变形损 坏：由于积灰量的不同，一、二电场间圈梁主梁变形最为严重，最大达113mm,三、四电 场间圈梁主梁变形最小；随着超载积灰的排除，部分变形得到了恢复；但是，根据结构计算 分析结果及现状变形情况可知，有的圈梁主梁已经产生了不可恢复的塑性变形，特別是，前 后两次挠曲变形测量差别明显，表明结构整体性遭到明显损伤，灰斗与主要受力圈梁协同工 作能力受到严重影响。 、对于变形最为严重的部位（一、二电场间圈梁主梁），加固前的变形现场实测值为 50nim113mm,有限元模型的计算值为52. 8mm105mm （一电场灰位4. 5m时）：加固后，当一 电场灰位4. 5m时，变形实测值为31mm61. 5mm,有限元模型计算的变形值为24mm51mm, 结果表明，有限元变形计算结果与电除尘器圈梁实际变形情况基本吻合，所建模型和采用的 计算方法合理，分析计算具有较高的精度。 、通过以上对比分析，加固前后电除尘器圈梁的受力、变形区别明显，加固后圈梁主 要受力部位的应力、应变已远远小于