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布袋除塵器鋼支架結構設計的若干問題與分析

來源：泊頭市康越環保發布時間：2017/2/9 12:35:02

摘要: 以某 600 MW 機組布袋除塵器工程為例，從除塵器鋼支架結構布置方案、荷載施加、材料類型、節點類型和設計計算等方面，分析了布袋除塵器鋼支架結構設計過程中存在的各種問題，并提出了針對性的解決策略，為設計出經濟合理、安全可靠的支架提供參考。

摘要: 以某 600 MW 機組布袋除塵器工程為例，從除塵器鋼支架結構布置方案、荷載施加、材料類型、節點類型和設計計算等方面，分析了布袋除塵器鋼支架結構設計過程中存在的各種問題，并提出了針對性的解決策略，為設計出經濟合理、安全可靠的支架提供參考。

2014 年 9 月 12 日，_發改委、環保部和能源局聯合印發了《煤電節能減排升級與改造行動計劃（ 2014—2020 年）》（發改能源［2014］2093 號），對 2014 年—2020 年新建和現役火電機組粉塵排放限值提出了_的要求，袋式除塵器相比靜電除塵器具有除塵效率高、不受粉塵和煙氣特性影響、運行穩定的優點，正在被國內大容量機組廣泛采用。布袋除塵器由本體結構、灰斗和下部鋼支架三部分組成，鋼支架作為除塵器的支撐結構，對除塵器的安全性和經濟性起著重要作用。本文以某 600 MW 機組為工程實例，應用 STS 鋼結構設計軟件，對除塵器鋼支架進行計算分析，并給出一些設計建議，以供參考。

1、工程概況：

本工程為某電廠新建 2 × 660 MW 發電機組配套除塵器項目，采用布袋除塵器設計方案。抗震設防烈度為 7 度，設計地震基本加速度為 0． 1g，設計地震分組為_組，場地類別為Ⅱ類，當地基本風壓 0． 60 N /m2 。

擬建的鋼支架柱頂標高為 14． 485 m，柱底標高為 0． 2 m，鋼支架長 32． 00 m，寬 16 m，在 5． 950 m 標高設有灰斗檢修平臺。鋼支架的柱子布置方式如圖 1 ～圖 3 所示。

圖 1 支架構平面布置

圖 2 支架構橫向立面布置

2、計算模型：

2.1、結構體系的選擇：

電除塵器鋼支架常用結構體系有框架體系、柔性支架體系、框架支撐體系。框架體系的水平抗側向剛度由梁柱通過剛性節點形成，梁柱承受節點傳遞的彎矩較大，截面相對較大。柔性結構體系構造簡單，相比框架結構具有很好的經濟性，但是受限于受壓構件長細比控制，支架高度不宜過高。當鋼支架高度要求較高時，可采用上柔下剛的混合結構，可在下部卸灰檢修平臺處分［1］，段。框架支撐體系由框架和豎向支撐組成豎向力由框架柱承擔，水平力由支撐承擔，具有良好的結構受力特性和經濟性，是應用_廣的除塵器支架結構形式。8 000×4

圖 3 支架構向立面布置

結構體系的選擇對其經濟效益影響很大，因此，鋼支架設計時，首先應根據鋼支架的幾何高度、作用荷載的大小、運行操作空間選擇_合理的結構體系方案。對于本工程，由于鋼支架高度較高，橫向跨度較大，采用人字形框架支撐體系。

2 ． 2 、截面形式：

除塵器鋼支架各構件以承受軸向力為主，立柱可以采用 H 型鋼、鋼管和焊接箱形截面柱。H 型鋼在除塵器鋼支架中被廣泛采用，根據需要，選用不同規格的寬翼緣或窄翼緣，可較好地滿足穩定性。當豎向荷載較大，且兩方向的計算長度接近時，可以考慮采用鋼管柱和焊接箱形截面柱，但是鋼管柱在與其他相鄰構件連接的構造較復雜，價格亦相對較高。焊接箱形截面柱的加工制造工作量較大，較少采用。框架支撐體系中的支撐可以按受拉桿考慮，截面形式滿足強度要求，控制其長細比不宜大于 200。截面信息見表 1。

表 1	截面信息

位置		截面

角柱（ 4 根）		HW350 × 350

邊柱（ 8 根）		HW4 000 × 34 000

中柱（ 4 根）		□400 × 400 × 20 × 20
一層灰斗檢修平臺梁		HM250 × 175

二、三層橫梁縱梁		雙扣槽鋼 16a

支撐		熱軋鋼管 219 × 10

2 ． 3 、節點連接：

框架支撐結構往往設計成強支撐框架，由于水平力全部由支撐承擔，并通過支撐傳遞到基礎頂面，所以柱底彎矩比較小，柱與基礎連接采用鉸接形式即可滿足設計要求。梁柱節點可以做成鉸接形式或者剛接形式。一般灰斗檢修平臺主梁由于考慮跨度和檢修荷載，可以采用剛接來減小梁截面尺寸。上層水平鋼梁不直接承擔荷載，主要起減小立柱計算長度的作用，根據

GB 50017—2003	［ 2 ］	中的計算長度系數法，水平鋼
	鋼結構設計規范

梁與立柱采用鉸接和剛接連接，鋼柱的計算取值不同。鉸接節點制造安裝簡便，但是鋼柱的計算長度系數偏大，鋼柱的穩定承載力偏小; 采用剛接節點，節點制作安裝工作量大，鋼柱的計算長度系數偏小，穩定承載力較高。體系中支撐桿件只承受軸心力，節點受力明確，高強螺栓需要量少，計算簡單。

2 ． 4 鋼材的強度等級

鋼材強度的等級可根據截面的不同控制而合理選擇。當計算梁柱截面為強度控制時，可優先選用較高強度等級的鋼材。當梁柱截面為變形或穩定控制時，則應優先選用較低強度等級的鋼材。柱的選材宜采用 Q345 級鋼，系桿和支撐宜采用 Q235 級，結構和經濟的合理性較好。

3、荷載取值：

電除塵器本體是一個體積龐大的薄壁鋼板殼結構，內部設有立柱和支撐，剛度較大，恒荷載和活荷載均施加于電除塵器鋼支架立柱的頂部。除塵器及其鋼支架體系，需要考慮的荷載有恒載（除塵器自重，支架及平臺自重，設備自重），活荷載（儲灰荷載，頂面活荷載、雪荷載），風荷載，還有地震荷載等。

3 ． 1 、恒荷載：

鋼支架承受恒載主要包括殼體、進出口喇叭、濾布、灰斗、保溫、檢修爬梯以及電機等附屬設備，根據實際自重分布施加于鋼柱頂部。

3 ． 2 、活荷載：

活荷載應包括頂板檢修活載、平臺檢修活載、灰斗內積灰、熱膨脹引起的瞬間摩擦力。除塵器本體與鋼柱的支座采用滾動支座，摩擦系數僅為 0． 02，可以忽略熱膨脹引起的水平摩擦力。鋼支架頂部荷載見表 2。

	表 2	鋼支架頂部荷載	kN

柱子編號		恒載	活載

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、風荷載：

鋼支架應考慮除塵器本體和灰斗產生的風荷載，結構計算軟件中無法直接計算殼體和灰斗產生的風荷載，實際設計中需手動折算并按照特殊風荷載的形式施加于柱頂，基本風壓和計算參數按照現行荷載規范取值即可。

3 ． 4 、地震荷載：

地震荷載按照現行《抗震設計規范》進行計算取值，采用底部剪力法和振型分解反應譜法，振型分解反應譜法可以借助結構計算軟件完成。

4、計算結果分析：

鋼支架 STS 計算模型見圖 4 ， 20 鋼支架 STAAD ． Pro 計算模型見圖 5。

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

鋼支架的計算軟件可采用 STAAD． Pro，STS 或 3D3S 等空間結構計算機輔助設計軟件。本工程采用 STS 搭建鋼支架整體模型，采用 SATWE 空間計算軟件進行計算。計算依據 GB 50017—2003 鋼結構設計規范，支撐剛度符合規范 5． 3． 3 條強支撐的規定，柱的計算長度按無側移框架確定。根據計算結果，柱子主要承受恒載和活載傳遞的軸向力，_軸力為 4 410 kN，由于水平地震荷載和風荷載由支撐承擔，柱子的水平剪力和彎矩比較小，工程中按照壓彎構件設計。支撐軸力較大，_值為 388 kN，按照軸心受力構件設計，滿足強度和長細比要求。一層灰斗檢修平臺梁和二、三層縱橫向梁承受人字形支撐和檢修荷載的作用，以承受彎矩為主，按照受彎構件設計。

5、結語：

1）除塵器鋼支架宜整體建模分析計算，優先考慮使用帶有側向支撐的剛性結構。

2）采用結構計算軟件進行計算分析時，要注意鋼柱計算長度系數的準確取值，確保鋼柱滿足穩定承載力要求。

3）除塵器鋼支架設計要從結構體系、截面類型、材料等級、節點形式等多方面進行合理選擇和嚴格計算，才能使結構設計經濟合理、安全可靠。