布袋除尘器结构设计及强度计算汇总

1、布袋除尘器结构设计及强度计算 2009-9-28 2:05:30 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

2、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

3、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 120200%，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

4、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=KA0A1KA1A2，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 100120%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

5、风压分布图，可得 相关值。风载的计算，也可以按经验公式：Kn=2/1600（单位 KN/m2） 来计算，式中， 为风速，单位 m/s。 设计时，单个承载点荷载值是平均值的 120150%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

6、。 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= 1 Geq 拉（压）力标准值： FEK=1 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

7、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）， 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（L）2/ （ E2） 式中， Pc底柱的临界载荷， E弹性模量， Ss稳 定安全系数， 长度系数， 确定后应检查柔度 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=PL3/ （3EI ） 式中， P 风载作用于底

8、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

9、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 锈钢板采用普通 304 材料制造，表面光洁度为 6.3 m，厚度为 2mm。 滑板固定于底柱顶部平面上。切记：滑板的材料不能是钢，否则可 能造成不锈钢板与滑板的胶着粘合而失去滑动功能 （见机械设计 第四版）。 3.3 滑板材料的确定 滑板一般采用聚四氟乙烯。 3.4 滑块的滑动范围 滑块的滑动范围与碳钢的线膨胀系数 l 有关 （见机械设计手册表 1-1-14 ）。

10、本处设计计算从略。 滑板的设置一定要考虑到热膨胀的位移量。滑板的设计要有一定的 裕量，应保证在钢板发生热膨胀后，除尘器的全部载荷必须全部作 用在滑板上。 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。 设计灰斗，除根据工艺要求确定灰斗的容积和下 灰口尺寸外，还要对其强度进行计算。灰斗组件同其后介绍的进风 装置、中箱体和上箱体一样，是属于负压装置。对其强度计算的目 的是保证其在规定的最大负压（或规定正压）下能满足除尘器的正

11、常运行，不会发生被细瘪（凹陷）的现象。灰斗壁板的厚度一般为 5mm。 5.1 单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= qL4/ （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 灰斗导流板的设计 导流板由若干组耐磨角钢板（材料为 Q345A） 组成，一般交错布置在灰斗进风口。它的主要作用是均衡烟气流， 同时使烟气中大颗粒粉尘通过碰撞导流板减缓速度沉降于灰斗底 部，减轻滤

12、袋过滤的负荷。 导流板一般按经验进行布置。其布置也可以通过专业软件对烟气流 的理论模拟而确定。 6 进风装置的设计 进风装置由下风管、 风量调节阀和矩形进风管 组成。对进风装置进行设计，主要是考虑风管壁板的耐负压程度。 风量调节阀可以作为厂通件，其内的阀板一般采用 5mm厚度的 16Mn 钢板制作。此外，进风装置的合理布置也很重要：应保证烟尘在经 过进风装置时，烟气流向合理，对管壁的冲刷降低到最低。 为防止高浓度含尘烟气对中箱体内滤袋及壁板的冲刷，烟气离开进 风装置，通过矩形进风管的风速一般控制在 4m/s 以下。 进风装置耐负压强度一般按风机的全压来计算。其计算过程同灰斗 部分类似。本处从略

13、。 7 中箱体的结构设计 中箱体由若干件壁板连接后连续焊接而 成。中箱体壁板一般采用厚度为 5mm的普通钢板制造。 在靠近中箱体中间部位有斜隔板组件，负责将尘气室和净气室隔离 开。中箱体的结构设计，主要是考虑壁板的耐负压程度和斜隔板的 耐负压程度。 中箱体耐负压强度一般按风机的全压来计算。其计算过程同灰斗部 分类似。本处从略。 8上箱体的结构设计 上箱体在整个除尘器的设计中是属于关键 部位的设计，它的设计好坏直接关系到除尘器能否正常运行。设计 上箱体时，应考虑到花板孔在上箱体内的合理布置、上箱体横截面 高度、离线孔的大小及方位。在有内旁通的情况下，还要考虑到离 线孔与内旁通孔的位置关系。当然，

14、对上箱体结构强度的验算也是 同等的重要。上箱体在设计时，应考虑设计有一定的斜度，以利于 雨水的顺利排放。 8.1 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 1606000 的 滤袋，则孔与孔之间的距离为 240mm。 8.2 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

15、上箱体横截面的风速不应当超过 3m/s。 8.3 离线孔大小及方位 经过上箱体每个仓室离线孔的风速一般控制在 612m/s 左右。理论上来说，经过离线孔的风速越低越好，这样可 以使除尘器结构阻力降低到最低。但在实际工程中，这却是不必要 的，因为风速越低，势必会使离线孔径变大，同时导致整个上箱体 结构向外侧延伸变大，浪费材料，很不经济。 8.4 离线孔与内旁通孔的方位布置 内旁通孔径的设计过程同离线孔是相同的。 需要 注意的是： 通过内旁通孔径的速度一般可以允许达到 16m/s，但最 大不允许超过 18m/s。这样设计的目的是保证烟气在走旁通时，除 尘器进出风口差压不超过 1500Pa。（ 阻力

16、与风速的平方成正比 ） 在某些除尘器上箱体个别仓室内， 会出现即有离线又有旁通的结构。 此时，就需要考虑一下离线与旁通的合理布置了。一般来说，当旁 通打开时，大量烟气通过旁通口直接进入上箱体净气室汇风烟道内， 此种情况下，需要将 离线设置在烟气流的背侧 。同时，要求离线必 须有可靠的密封措施， 防止大量烟尘灰透过缝隙进入上箱体仓室内。 8.5 花板框架强度计算 花板框架上面覆盖有花板。滤袋及袋笼安装时， 对花板平整度有极其严格的要求，其平面度允差一般为 1：1000。 在这种情况下，要求花板框架必须有足够的安全强度，防止滤袋过 滤表面积灰和操作人员检修维护时， 对花板的平整度有不利的影响。 计

17、算公式， Imin= qL4/ （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。 壁板强度计算也按此公式进行。 9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。 9.1 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

18、 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： 5000.1/0.5=100L （ 0.1MPa为标准大气压， 0.5MPa 为工作气压）。 9.2 气包容量的确定 气包的工作最小容量为单个脉冲阀喷吹一次后， 气包内的工作压力下降到原工作压力的 70%。在进行气包容量的设 计时，应按最小容量进行设计，确定气包的最小体积，然后在此基 础上，对气包的体积进行扩容。气包体积越大，气包内的工作气压 就越稳定。我们也可以先设计气包的规格，然后用最小工作容量进 行校正，设计容量要大于（最好远远大于

19、）最小工作容量， 一般来 说，气包工作容量为最小容量的 23 倍为好。 9.3 气包结构强度的设计 参考钢制压力容器 /GB150-1998 进行。 9.4 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。 9.4.1 喷吹管直径 按澳大利亚高原脉冲阀厂家的设计规范， 一般是， 喷 吹管直径与脉冲阀口径相对应。比如，采用 3 寸的脉冲阀，则喷吹 管直径也为 3 寸。国内大多数厂家，例如，上海袋配、苏州苏苑、 浙江奥斯托等，也都遵照喷吹管直径与脉冲阀口径相对应的原则。 喷吹管的板厚，一般是， 2.5 寸以上采用 4m

20、m， 2.5 寸以下采用 3mm 的焊接钢管制作。 从经济的角度考虑，不推荐使用无缝钢管来制造 喷吹管。 9.4.2 喷嘴直径及数量 喷嘴直径及喷嘴数量是整个喷吹管设计的核心。 在 脉冲阀型号确定后的情况下，喷嘴数量不能无限制增多，它要受到 喷吹气量、 喷吹压力及喷吹滤袋长度等各类因素的综合影响。 目前， 3 寸脉冲阀所带领的喷嘴数量建议最多不要超过 20 只（一般来说， 16 只以下比较合适）。根据澳大利亚高原公司和国内上海袋配等知 名厂家的多年试验，在中压喷吹的状态下，喷吹管上所有喷嘴口径 的面积之和应该为喷吹管内径的 60 80%，即： （6080%） A喷吹管 =nA喷嘴。 应当注意，靠近脉冲阀侧的喷嘴比远离脉冲阀侧 的喷嘴口径大 0.5 1mm（澳大利亚高原公司建议），这样设计的目 的，是要保证喷吹管上所有喷嘴喷射出的压缩气流均衡（压缩气量 和压力的差别控制在 10%以内）。 若采用低压喷吹， 喷嘴口径还要进一步 加大 2 3mm。 9.4.3 喷吹短管的设计 喷吹短管的作用是导向和引流 （诱导喷嘴周 围的数倍于喷吹气流的上箱体内净气流一同对滤袋进行喷吹清灰） 。 根据澳大利亚高原控制有限公司的多年喷吹试验， 高速脉冲喷吹气 流通过喷嘴后，气流沿喷吹轴线成 20角度（0.3Mpa 的工作压力下） 向轴线周围超音速膨胀（扩散锥