湿式电除尘器出口封头的强度计算

赵海宝，蒋 华

（浙江菲达环保科技股份有限公司，浙江 诸暨 311800）

湿式电除尘器出口封头的强度计算

赵海宝，蒋 华

（浙江菲达环保科技股份有限公司，浙江 诸暨 311800）

湿式电除尘器（WESP）是实现燃煤电场“超低排放”的有效技术之一，目前在国内应用处于起步阶段，对于WESP强度计算相关经验仍比较少，尤其是对于湿式除尘器出口封头的强度计算研究显得尤为重要。针对佛山某湿式电除尘器项目大型异型的出口封头，通过钢结构分析软件STAAD对其进行了强度计算与结构选型，提高了湿式电除尘器对于特殊场地工况的适用范围和技术竞争力，为湿式电除尘器结构概念设计提供了明确思路，为燃煤电厂PM2.5高效治理技术提供了更多的选择。

湿式电除尘器；强度计算；出口封头；结构分析软件

引言

随着国内燃煤电站“超低排放”相关政策的出台，湿式电除尘与低低温电除尘技术已成为实现“超低排放”的两条主要技术路线［1］，可实现除尘器出口10mg/m3以下［2］甚至5mg/m3以下［3］的排放要求。

一般情况下，1台锅炉配置1台湿式电除尘器，且无论新上项目还是改造项目，湿式电除尘器一般都是布置在吸收塔顶部的出口位置，与烟道烟气入口连接，在位置布置上普遍存在受空间限制的问题［4］，导致湿式电除尘器的进出口封头经常被要求设计为大型异型结构。因此，需对进出口封头强度选型及技术进行更深入的研究，深入了解湿式电除尘器在特殊工况下的结构响应，从而更好地指导湿式电除尘器结构概念设计，提高湿式电除尘器结构对于电厂位置布置的适应性。

1　项目概况

为满足广州“超低排放”要求，佛山某燃煤电厂配套2×600MW机组湿式电除尘器，每台锅炉配置1台1电场湿式电除尘器。湿式电除尘器前后的立面布置如图1所示，脱硫吸收塔后烟道的布置及湿式除尘器安装的位置关系，湿式除尘器的外形尺寸和位置须满足布置图的要求，湿式电除尘的布置（包括钢结构布置）不能占用或妨碍吸收塔和烟囱之间现有的检修通道。

由于每台锅炉配置1台湿式电除尘器，除尘器内部烟气流速高，为11～12m/s，烟道截面积需要在60m2以上，同时考虑该电厂的烟囱、烟道支架等相关结构位置及湿式电除尘器的气流分布、除雾器布置等因素，从而要求该项目的出口封头需具有跨度大、上下不对称等结构特点。

2　出口封头模型

湿式电除尘器的进出口封头一般为板筋结构，通常以槽钢为主筋，作为主要受力构件，封板上的竖向贴焊角钢作为次筋，可加大钢板的负压等载荷的承受能力，板筋结构如图2所示。该项目大型上下不对称的出口封头结构如图3所示。

STAAD模型类型主要以点线面为主［5］，通过赋予点线面结构类型而形成虚拟实体模型，因而STAAD模型不注重实体的具体结构。ANYSY等三维实体模型有限元软件以实体模型为基础，相比之下ANYSY软件对细节计算更加准确，STAAD更加适合注重以杆件和面为单元的大型钢结构分析，并且STAAD占用内存少，可进行中国的钢结构规范检验。因此，对于湿式电除尘器的出口封头等大型钢结构模型，适合应用STAAD软件进行结构分析。

出口封头STAAD模型如图4所示。在建模时，槽钢主筋和角钢次筋进行了偏心构件偏移处理和beta角旋转处理，从而与图2所示的结构相同。

图1　湿式电除尘器相关设备立面布置图

图2　板筋结构示意图

图3　出口封头示意图

图4　出口封头STAAD模型

3　载荷、约束分析及工况设置

由于湿式电除尘器的位置在烟气治理系统的尾端，位于脱硫系统之后、烟囱之前，其内部的烟气负压较小，设计压力一般为-1000Pa左右。而常规电除尘器一般布置在脱硫塔之前，在燃煤电厂应用时设计压力一般为-9800～-5000Pa，烧结机的机头设计压力达-20，000Pa［6］。相比之下，湿式电除尘器的负压小，在引风机和烟囱拔力的综合作用下，湿式电除尘器甚至可能在正压下运行。

将湿式电除尘器的口封头封板面上设置压力负载-1000Pa（如图5所示），同时加上自重负载，方向竖直向下，约束设置为连接处6个点铰接约束。载荷组合工况设置为1.2自重负载加1.4负压负载。

图5　负压载荷及约束

4　计算及结果分析

在自重负载力作用下，其应力主要集中在出口封头与湿式电除尘器连接的四边角方向上的连接点上（如图6所示），最大应力为8.38MPa。

图6　自重负载下板应力云图

组合工况负载作用下板应力如图7所示。由于结构左右对称，压力在左右方向上的分力相互平衡。在结构上下方向上，由于不对称，负压作用力合力形成朝封头内部方向上的合力，导致出口封头烟气出口端下部棱角产生应力集中的现象，其最大应力为26.9MPa。

图7　组合工况负载作用下板应力云图

通过图6和图7两种工况下的比较可发现，湿式电除尘器出口封头在压力为-1000Pa的载荷下，负压负载作用效果相比大于自重负载。

在载荷组合工况为1.2自重负载加1.4倍的负压负载作用下，梁单元应力如图8所示，梁单元最大应力为133.3MPa，出现在靠出口位置的槽钢主筋上。梁单元位移云图如图9所示，最大位移为13.275mm，出现在出口位置的边线上。

图8　梁单元应力图

图9　梁单元位移图

图10　极限负压下梁单元应力图

将负压加大，如修改为 -4000Pa，其梁单元应力如图10所示，主筋应力明显增大，角钢次筋应力相对较小。

通过图9和图10比较可发现，湿式电除尘器封头在不同负压载荷下，其的结构响应不同，高负压负载下需重视主筋的设计。

5　结论

本文在研究了湿式电除尘器结构方案的基础上，对湿式电除尘器大型出口封头进行了有限元结构分析，主要结论：

（1）对于湿式电除尘器封头结构，主要承受压力引起的载荷为主，负压负载作用效果相比大于自重负载，在湿式电除尘器概念设计时应引起重视。

（2）通过计算对比发现，与常规除尘器一般设计压力载荷-5000Pa不同，湿式电除尘器负压较小，设计压力载荷一般在-1000Pa左右，其应力集中位置主要在中间管撑支点和封板连接的棱角处，而常规除尘器的应力集中点主要在中间的主筋上。

［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］ 赵海宝，郦建国，何毓忠，等.低低温电除尘关键技术研究与应用［J］.中国电力，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］ 许汉渝.Meep在烧结机机头除尘的应用［J］.工业安全与环保，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