布袋除尘器钢支架结构设计的若干问题与分析-泊头市康越环保

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布袋除尘器钢支架结构设计的若干问题与分析

来源：泊头市康越环保发布时间：2017/2/9 12:35:02

摘要: 以某 600 MW 机组布袋除尘器工程为例，从除尘器钢支架结构布置方案、荷载施加、材料类型、节点类型和设计计算等方面，分析了布袋除尘器钢支架结构设计过程中存在的各种问题，并提出了针对性的解决策略，为设计出经济合理、安全可靠的支架提供参考。

摘要: 以某 600 MW 机组布袋除尘器工程为例，从除尘器钢支架结构布置方案、荷载施加、材料类型、节点类型和设计计算等方面，分析了布袋除尘器钢支架结构设计过程中存在的各种问题，并提出了针对性的解决策略，为设计出经济合理、安全可靠的支架提供参考。

2014 年 9 月 12 日，_发改委、环保部和能源局联合印发了《煤电节能减排升级与改造行动计划（ 2014—2020 年）》（发改能源［2014］2093 号），对 2014 年—2020 年新建和现役火电机组粉尘排放限值提出了更高的要求，袋式除尘器相比静电除尘器具有除尘效率高、不受粉尘和烟气特性影响、运行稳定的优点，正在被国内大容量机组广泛采用。布袋除尘器由本体结构、灰斗和下部钢支架三部分组成，钢支架作为除尘器的支撑结构，对除尘器的安全性和经济性起着重要作用。本文以某 600 MW 机组为工程实例，应用 STS 钢结构设计软件，对除尘器钢支架进行计算分析，并给出一些设计建议，以供参考。

1、工程概况：

本工程为某电厂新建 2 × 660 MW 发电机组配套除尘器项目，采用布袋除尘器设计方案。抗震设防烈度为 7 度，设计地震基本加速度为 0． 1g，设计地震分组为_组，场地类别为Ⅱ类，当地基本风压 0． 60 N /m2 。

拟建的钢支架柱顶标高为 14． 485 m，柱底标高为 0． 2 m，钢支架长 32． 00 m，宽 16 m，在 5． 950 m 标高设有灰斗检修平台。钢支架的柱子布置方式如图 1 ～图 3 所示。

图 1 支架构平面布置

图 2 支架构横向立面布置

2、计算模型：

2.1、结构体系的选择：

电除尘器钢支架常用结构体系有框架体系、柔性支架体系、框架支撑体系。框架体系的水平抗侧向刚度由梁柱通过刚性节点形成，梁柱承受节点传递的弯矩较大，截面相对较大。柔性结构体系构造简单，相比框架结构具有很好的经济性，但是受限于受压构件长细比控制，支架高度不宜过高。当钢支架高度要求较高时，可采用上柔下刚的混合结构，可在下部卸灰检修平台处分［1］，段。框架支撑体系由框架和竖向支撑组成竖向力由框架柱承担，水平力由支撑承担，具有良好的结构受力特性和经济性，是应用_广的除尘器支架结构形式。8 000×4

图 3 支架构向立面布置

结构体系的选择对其经济效益影响很大，因此，钢支架设计时，首先应根据钢支架的几何高度、作用荷载的大小、运行操作空间选择_合理的结构体系方案。对于本工程，由于钢支架高度较高，横向跨度较大，采用人字形框架支撑体系。

2 ． 2 、截面形式：

除尘器钢支架各构件以承受轴向力为主，立柱可以采用 H 型钢、钢管和焊接箱形截面柱。H 型钢在除尘器钢支架中被广泛采用，根据需要，选用不同规格的宽翼缘或窄翼缘，可较好地满足稳定性。当竖向荷载较大，且两方向的计算长度接近时，可以考虑采用钢管柱和焊接箱形截面柱，但是钢管柱在与其他相邻构件连接的构造较复杂，价格亦相对较高。焊接箱形截面柱的加工制造工作量较大，较少采用。框架支撑体系中的支撑可以按受拉杆考虑，截面形式满足强度要求，控制其长细比不宜大于 200。截面信息见表 1。

表 1	截面信息

位置		截面

角柱（ 4 根）		HW350 × 350

边柱（ 8 根）		HW4 000 × 34 000

中柱（ 4 根）		□400 × 400 × 20 × 20
一层灰斗检修平台梁		HM250 × 175

二、三层横梁纵梁		双扣槽钢 16a

支撑		热轧钢管 219 × 10

2 ． 3 、节点连接：

框架支撑结构往往设计成强支撑框架，由于水平力全部由支撑承担，并通过支撑传递到基础顶面，所以柱底弯矩比较小，柱与基础连接采用铰接形式即可满足设计要求。梁柱节点可以做成铰接形式或者刚接形式。一般灰斗检修平台主梁由于考虑跨度和检修荷载，可以采用刚接来减小梁截面尺寸。上层水平钢梁不直接承担荷载，主要起减小立柱计算长度的作用，根据

GB 50017—2003	［ 2 ］	中的计算长度系数法，水平钢
	钢结构设计规范

梁与立柱采用铰接和刚接连接，钢柱的计算取值不同。铰接节点制造安装简便，但是钢柱的计算长度系数偏大，钢柱的稳定承载力偏小; 采用刚接节点，节点制作安装工作量大，钢柱的计算长度系数偏小，稳定承载力较高。体系中支撑杆件只承受轴心力，节点受力明确，高强螺栓需要量少，计算简单。

2 ． 4 钢材的强度等级

钢材强度的等级可根据截面的不同控制而合理选择。当计算梁柱截面为强度控制时，可优先选用较高强度等级的钢材。当梁柱截面为变形或稳定控制时，则应优先选用较低强度等级的钢材。柱的选材宜采用 Q345 级钢，系杆和支撑宜采用 Q235 级，结构和经济的合理性较好。

3、荷载取值：

电除尘器本体是一个体积庞大的薄壁钢板壳结构，内部设有立柱和支撑，刚度较大，恒荷载和活荷载均施加于电除尘器钢支架立柱的顶部。除尘器及其钢支架体系，需要考虑的荷载有恒载（除尘器自重，支架及平台自重，设备自重），活荷载（储灰荷载，顶面活荷载、雪荷载），风荷载，还有地震荷载等。

3 ． 1 、恒荷载：

钢支架承受恒载主要包括壳体、进出口喇叭、滤布、灰斗、保温、检修爬梯以及电机等附属设备，根据实际自重分布施加于钢柱顶部。

3 ． 2 、活荷载：

活荷载应包括顶板检修活载、平台检修活载、灰斗内积灰、热膨胀引起的瞬间摩擦力。除尘器本体与钢柱的支座采用滚动支座，摩擦系数仅为 0． 02，可以忽略热膨胀引起的水平摩擦力。钢支架顶部荷载见表 2。

	表 2	钢支架顶部荷载	kN

柱子编号		恒载	活载

A1 ， E1		473	780

A2 ， E2		686	1 480

A3 ， E3		382	780

B1 ， D1		871	1 406

B2 ， D2		1 296	2 802

B3 ， D3		688	1 401

C1		871	1 406

C2		1 296	2 802

C3		688	1 401

3． 3、风荷载：

钢支架应考虑除尘器本体和灰斗产生的风荷载，结构计算软件中无法直接计算壳体和灰斗产生的风荷载，实际设计中需手动折算并按照特殊风荷载的形式施加于柱顶，基本风压和计算参数按照现行荷载规范取值即可。

3 ． 4 、地震荷载：

地震荷载按照现行《抗震设计规范》进行计算取值，采用底部剪力法和振型分解反应谱法，振型分解反应谱法可以借助结构计算软件完成。

4、计算结果分析：

钢支架 STS 计算模型见图 4 ， 20 钢支架 STAAD ． Pro 计算模型见图 5。

		图 5 20 支架
图 4	支架 STS 算模型	STAAD.Pro 算模型

钢支架的计算软件可采用 STAAD． Pro，STS 或 3D3S 等空间结构计算机辅助设计软件。本工程采用 STS 搭建钢支架整体模型，采用 SATWE 空间计算软件进行计算。计算依据 GB 50017—2003 钢结构设计规范，支撑刚度符合规范 5． 3． 3 条强支撑的规定，柱的计算长度按无侧移框架确定。根据计算结果，柱子主要承受恒载和活载传递的轴向力，_轴力为 4 410 kN，由于水平地震荷载和风荷载由支撑承担，柱子的水平剪力和弯矩比较小，工程中按照压弯构件设计。支撑轴力较大，_值为 388 kN，按照轴心受力构件设计，满足强度和长细比要求。一层灰斗检修平台梁和二、三层纵横向梁承受人字形支撑和检修荷载的作用，以承受弯矩为主，按照受弯构件设计。

5、结语：

1）除尘器钢支架宜整体建模分析计算，优先考虑使用带有侧向支撑的刚性结构。

2）采用结构计算软件进行计算分析时，要注意钢柱计算长度系数的准确取值，确保钢柱满足稳定承载力要求。

3）除尘器钢支架设计要从结构体系、截面类型、材料等级、节点形式等多方面进行合理选择和严格计算，才能使结构设计经济合理、安全可靠。