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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: 發布時間:2020-09-21 08:18:56 點擊數:
        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更高的要求,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??拐鹪O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??蚣荏w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 ??蚣苤误w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??蚣苤误w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。
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