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 		       8 000×2  ABC  图 2	 支架 构横向立面布置  
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
  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。

 

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

 

 

 

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。

 

 

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
 

 

 

 5  20  支架

 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。
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