濕式電除塵器出口封頭的強度計算

趙海寶，蔣 華

（浙江菲達環保科技股份有限公司，浙江 諸暨 311800）

濕式電除塵器出口封頭的強度計算

趙海寶，蔣 華

（浙江菲達環?？萍脊煞萦邢薰荆憬?諸暨 311800）

濕式電除塵器（WESP）是實現燃煤電場“超低排放”的有效技術之一，目前在國內應用處于起步階段，對于WESP強度計算相關經驗仍比較少，尤其是對于濕式除塵器出口封頭的強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，通過鋼結構分析軟件STAAD對其進行了強度計算與結構選型，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競爭力，為濕式電除塵器結構概念設計提供了明確思路，為燃煤電廠PM2.5高效治理技術提供了更多的選擇。

濕式電除塵器；強度計算；出口封頭；結構分析軟件

引言

隨著國內燃煤電站“超低排放”相關政策的出臺，濕式電除塵與低低溫電除塵技術已成為實現“超低排放”的兩條主要技術路線［1］，可實現除塵器出口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］，導致濕式電除塵器的進出口封頭經常被要求設計為大型異型結構。因此，需對進出口封頭強度選型及技術進行更深入的研究，深入了解濕式電除塵器在特殊工況下的結構響應，從而更好地指導濕式電除塵器結構概念設計，提高濕式電除塵器結構對于電廠位置布置的適應性。

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（包括鋼結構布置）不能占用或妨礙吸收塔和煙囪之間現有的檢修通道。

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、煙道支架等相關結構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、上下不對稱等結構特點。

2　出口封頭模型

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

STAAD模型類型主要以點線面為主［5］，通過賦予點線面結構類型而形成虛擬實體模型，因而STAAD模型不注重實體的具體結構。ANYSY等三維實體模型有限元軟件以實體模型為基礎，相比之下ANYSY軟件對細節計算更加準確，STAAD更加適合注重以桿件和面為單元的大型鋼結構分析，并且STAAD占用內存少，可進行中國的鋼結構規范檢驗。因此，對于濕式電除塵器的出口封頭等大型鋼結構模型，適合應用STAAD軟件進行結構分析。

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行了偏心構件偏移處理和beta角旋轉處理，從而與圖2所示的結構相同。

圖1　濕式電除塵器相關設備立面布置圖

圖2　板筋結構示意圖

圖3　出口封頭示意圖

圖4　出口封頭STAAD模型

3　載荷、約束分析及工況設置

由于濕式電除塵器的位置在煙氣治理系統的尾端，位于脫硫系統之后、煙囪之前，其內部的煙氣負壓較小，設計壓力一般為-1000Pa左右。而常規電除塵器一般布置在脫硫塔之前，在燃煤電廠應用時設計壓力一般為-9800～-5000Pa，燒結機的機頭設計壓力達-20，000Pa［6］。相比之下，濕式電除塵器的負壓小，在引風機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行。

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

圖5　負壓載荷及約束

4　計算及結果分析

在自重負載力作用下，其應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上（如圖6所示），最大應力為8.38MPa。

圖6　自重負載下板應力云圖

組合工況負載作用下板應力如圖7所示。由于結構左右對稱，壓力在左右方向上的分力相互平衡。在結構上下方向上，由于不對稱，負壓作用力合力形成朝封頭內部方向上的合力，導致出口封頭煙氣出口端下部棱角產生應力集中的現象，其最大應力為26.9MPa。

圖7　組合工況負載作用下板應力云圖

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

在載荷組合工況為1.2自重負載加1.4倍的負壓負載作用下，梁單元應力如圖8所示，梁單元最大應力為133.3MPa，出現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，出現在出口位置的邊線上。

圖8　梁單元應力圖

圖9　梁單元位移圖

圖10　極限負壓下梁單元應力圖

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

通過圖9和圖10比較可發現，濕式電除塵器封頭在不同負壓載荷下，其的結構響應不同，高負壓負載下需重視主筋的設計。

5　結論

本文在研究了濕式電除塵器結構方案的基礎上，對濕式電除塵器大型出口封頭進行了有限元結構分析，主要結論：

（1）對于濕式電除塵器封頭結構，主要承受壓力引起的載荷為主，負壓負載作用效果相比大于自重負載，在濕式電除塵器概念設計時應引起重視。

（2）通過計算對比發現，與常規除塵器一般設計壓力載荷-5000Pa不同，濕式電除塵器負壓較小，設計壓力載荷一般在-1000Pa左右，其應力集中位置主要在中間管撐支點和封板連接的棱角處，而常規除塵器的應力集中點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.低低溫電除塵關鍵技術研究與應用［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在燒結機機頭除塵的應用［J］.工業安全與環保，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