濕式電除塵器出口封頭的強(qiáng)度計算

趙海寶，蔣 華

（浙江菲達(dá)環(huán)?？萍脊煞萦邢薰荆憬?諸暨 311800）

濕式電除塵器出口封頭的強(qiáng)度計算

趙海寶，蔣 華

（浙江菲達(dá)環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?，浙江 諸暨 311800）

濕式電除塵器（WESP）是實(shí)現(xiàn)燃煤電場“超低排放”的有效技術(shù)之一，目前在國內(nèi)應(yīng)用處于起步階段，對于WESP強(qiáng)度計算相關(guān)經(jīng)驗仍比較少，尤其是對于濕式除塵器出口封頭的強(qiáng)度計算研究顯得尤為重要。針對佛山某濕式電除塵器項目大型異型的出口封頭，通過鋼結(jié)構(gòu)分析軟件STAAD對其進(jìn)行了強(qiáng)度計算與結(jié)構(gòu)選型，提高了濕式電除塵器對于特殊場地工況的適用范圍和技術(shù)競爭力，為濕式電除塵器結(jié)構(gòu)概念設(shè)計提供了明確思路，為燃煤電廠PM2.5高效治理技術(shù)提供了更多的選擇。

濕式電除塵器；強(qiáng)度計算；出口封頭；結(jié)構(gòu)分析軟件

引言

隨著國內(nèi)燃煤電站“超低排放”相關(guān)政策的出臺，濕式電除塵與低低溫電除塵技術(shù)已成為實(shí)現(xiàn)“超低排放”的兩條主要技術(shù)路線［1］，可實(shí)現(xiàn)除塵器出口10mg/m3以下［2］甚至5mg/m3以下［3］的排放要求。

一般情況下，1臺鍋爐配置1臺濕式電除塵器，且無論新上項目還是改造項目，濕式電除塵器一般都是布置在吸收塔頂部的出口位置，與煙道煙氣入口連接，在位置布置上普遍存在受空間限制的問題［4］，導(dǎo)致濕式電除塵器的進(jìn)出口封頭經(jīng)常被要求設(shè)計為大型異型結(jié)構(gòu)。因此，需對進(jìn)出口封頭強(qiáng)度選型及技術(shù)進(jìn)行更深入的研究，深入了解濕式電除塵器在特殊工況下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)，從而更好地指導(dǎo)濕式電除塵器結(jié)構(gòu)概念設(shè)計，提高濕式電除塵器結(jié)構(gòu)對于電廠位置布置的適應(yīng)性。

1　項目概況

為滿足廣州“超低排放”要求，佛山某燃煤電廠配套2×600MW機(jī)組濕式電除塵器，每臺鍋爐配置1臺1電場濕式電除塵器。濕式電除塵器前后的立面布置如圖1所示，脫硫吸收塔后煙道的布置及濕式除塵器安裝的位置關(guān)系，濕式除塵器的外形尺寸和位置須滿足布置圖的要求，濕式電除塵的布置（包括鋼結(jié)構(gòu)布置）不能占用或妨礙吸收塔和煙囪之間現(xiàn)有的檢修通道。

由于每臺鍋爐配置1臺濕式電除塵器，除塵器內(nèi)部煙氣流速高，為11～12m/s，煙道截面積需要在60m2以上，同時考慮該電廠的煙囪、煙道支架等相關(guān)結(jié)構(gòu)位置及濕式電除塵器的氣流分布、除霧器布置等因素，從而要求該項目的出口封頭需具有跨度大、上下不對稱等結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

2　出口封頭模型

濕式電除塵器的進(jìn)出口封頭一般為板筋結(jié)構(gòu)，通常以槽鋼為主筋，作為主要受力構(gòu)件，封板上的豎向貼焊角鋼作為次筋，可加大鋼板的負(fù)壓等載荷的承受能力，板筋結(jié)構(gòu)如圖2所示。該項目大型上下不對稱的出口封頭結(jié)構(gòu)如圖3所示。

STAAD模型類型主要以點(diǎn)線面為主［5］，通過賦予點(diǎn)線面結(jié)構(gòu)類型而形成虛擬實(shí)體模型，因而STAAD模型不注重實(shí)體的具體結(jié)構(gòu)。ANYSY等三維實(shí)體模型有限元軟件以實(shí)體模型為基礎(chǔ)，相比之下ANYSY軟件對細(xì)節(jié)計算更加準(zhǔn)確，STAAD更加適合注重以桿件和面為單元的大型鋼結(jié)構(gòu)分析，并且STAAD占用內(nèi)存少，可進(jìn)行中國的鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范檢驗。因此，對于濕式電除塵器的出口封頭等大型鋼結(jié)構(gòu)模型，適合應(yīng)用STAAD軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。

出口封頭STAAD模型如圖4所示。在建模時，槽鋼主筋和角鋼次筋進(jìn)行了偏心構(gòu)件偏移處理和beta角旋轉(zhuǎn)處理，從而與圖2所示的結(jié)構(gòu)相同。

圖1　濕式電除塵器相關(guān)設(shè)備立面布置圖

圖2　板筋結(jié)構(gòu)示意圖

圖3　出口封頭示意圖

圖4　出口封頭STAAD模型

3　載荷、約束分析及工況設(shè)置

由于濕式電除塵器的位置在煙氣治理系統(tǒng)的尾端，位于脫硫系統(tǒng)之后、煙囪之前，其內(nèi)部的煙氣負(fù)壓較小，設(shè)計壓力一般為-1000Pa左右。而常規(guī)電除塵器一般布置在脫硫塔之前，在燃煤電廠應(yīng)用時設(shè)計壓力一般為-9800～-5000Pa，燒結(jié)機(jī)的機(jī)頭設(shè)計壓力達(dá)-20，000Pa［6］。相比之下，濕式電除塵器的負(fù)壓小，在引風(fēng)機(jī)和煙囪拔力的綜合作用下，濕式電除塵器甚至可能在正壓下運(yùn)行。

將濕式電除塵器的口封頭封板面上設(shè)置壓力負(fù)載-1000Pa（如圖5所示），同時加上自重負(fù)載，方向豎直向下，約束設(shè)置為連接處6個點(diǎn)鉸接約束。載荷組合工況設(shè)置為1.2自重負(fù)載加1.4負(fù)壓負(fù)載。

圖5　負(fù)壓載荷及約束

4　計算及結(jié)果分析

在自重負(fù)載力作用下，其應(yīng)力主要集中在出口封頭與濕式電除塵器連接的四邊角方向上的連接點(diǎn)上（如圖6所示），最大應(yīng)力為8.38MPa。

圖6　自重負(fù)載下板應(yīng)力云圖

組合工況負(fù)載作用下板應(yīng)力如圖7所示。由于結(jié)構(gòu)左右對稱，壓力在左右方向上的分力相互平衡。在結(jié)構(gòu)上下方向上，由于不對稱，負(fù)壓作用力合力形成朝封頭內(nèi)部方向上的合力，導(dǎo)致出口封頭煙氣出口端下部棱角產(chǎn)生應(yīng)力集中的現(xiàn)象，其最大應(yīng)力為26.9MPa。

圖7　組合工況負(fù)載作用下板應(yīng)力云圖

通過圖6和圖7兩種工況下的比較可發(fā)現(xiàn)，濕式電除塵器出口封頭在壓力為-1000Pa的載荷下，負(fù)壓負(fù)載作用效果相比大于自重負(fù)載。

在載荷組合工況為1.2自重負(fù)載加1.4倍的負(fù)壓負(fù)載作用下，梁單元應(yīng)力如圖8所示，梁單元最大應(yīng)力為133.3MPa，出現(xiàn)在靠出口位置的槽鋼主筋上。梁單元位移云圖如圖9所示，最大位移為13.275mm，出現(xiàn)在出口位置的邊線上。

圖8　梁單元應(yīng)力圖

圖9　梁單元位移圖

圖10　極限負(fù)壓下梁單元應(yīng)力圖

將負(fù)壓加大，如修改為 -4000Pa，其梁單元應(yīng)力如圖10所示，主筋應(yīng)力明顯增大，角鋼次筋應(yīng)力相對較小。

通過圖9和圖10比較可發(fā)現(xiàn)，濕式電除塵器封頭在不同負(fù)壓載荷下，其的結(jié)構(gòu)響應(yīng)不同，高負(fù)壓負(fù)載下需重視主筋的設(shè)計。

5　結(jié)論

本文在研究了濕式電除塵器結(jié)構(gòu)方案的基礎(chǔ)上，對濕式電除塵器大型出口封頭進(jìn)行了有限元結(jié)構(gòu)分析，主要結(jié)論：

（1）對于濕式電除塵器封頭結(jié)構(gòu)，主要承受壓力引起的載荷為主，負(fù)壓負(fù)載作用效果相比大于自重負(fù)載，在濕式電除塵器概念設(shè)計時應(yīng)引起重視。

（2）通過計算對比發(fā)現(xiàn)，與常規(guī)除塵器一般設(shè)計壓力載荷-5000Pa不同，濕式電除塵器負(fù)壓較小，設(shè)計壓力載荷一般在-1000Pa左右，其應(yīng)力集中位置主要在中間管撐支點(diǎn)和封板連接的棱角處，而常規(guī)除塵器的應(yīng)力集中點(diǎn)主要在中間的主筋上。

［1］ Toshiaki Misaka，Yoshihiko，Mochizuki. Recent Application and Running Cost of Moving Electrode type Electrostatic Precipitator ［C］.Hangzhou：11th International Conference on Electrostatic Precipitation，2008.

［2］ 趙海寶，酈建國，何毓忠，等.低低溫電除塵關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用［J］.中國電力，2014，47（10）：117-121.

［3］ Toshiaki Misaka，Akio Akadaka，Hiroaki Yabuta. Recent applications of Moving Electrode Electrostatic Precipitator ［C］.kyongju： ICESP Ⅶ.1998.

［4］ John M. Ondov，Richard C. Ragaini，Arthur H. Biermann.Elemental emissions from a coal-fired power plant.Comparison of a venture wet scrubber system with a cold-side electrostatic precipitator ［J］.Environ. Sci. Technol. 1979，13 （5）：598-607.

［5］ Viswanath K G，Prakash K B，Desai A. Seismic analysis of steel braced reinforced concrete frames［J］.International journal of civil and structural engineering，2010，1（1）：114.

［6］ 許漢渝.Meep在燒結(jié)機(jī)機(jī)頭除塵的應(yīng)用［J］.工業(yè)安全與環(huán)保，2011，37（10）：18-19.

Study and Intensive Calculation on Outlet Nozzles of WESP

ZHAO Hai-bao， JIANG Hua

X701

A

1006-5377（2016）09-0036-03