鞠省偉，馬文鎖

（河南科技大學(xué)，河南 洛陽(yáng) 471003）

脈沖噴吹袋式除塵器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化

鞠省偉，馬文鎖

（河南科技大學(xué)，河南 洛陽(yáng) 471003）

探討袋式除塵器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法。針對(duì)目前在袋式除塵器大型化設(shè)計(jì)方面的鋼耗量大、結(jié)構(gòu)笨重的特點(diǎn)，通過(guò)某個(gè)工程實(shí)例，在設(shè)備選型、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面進(jìn)行探討，提出改進(jìn)思路，達(dá)到結(jié)構(gòu)優(yōu)化的目的。

袋式除塵器；結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)優(yōu)化；鋼耗量

袋式除塵器的發(fā)展已經(jīng)有一百多年的歷史了，早期的袋式除塵器結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，既沒(méi)有殼體，也沒(méi)有清灰裝置，采用人工拍打清灰方式。后來(lái)人們?yōu)榱丝s小體積，增加除灰能力，有意識(shí)地將濾布縫成袋子形狀，并裝在一定的容器里，才有了袋式除塵器的雛形。袋式除塵器的技術(shù)發(fā)展得益于兩個(gè)方面：第一是新濾料的不斷出現(xiàn)；第二是清灰方式的不斷創(chuàng)新?？梢哉f(shuō)，不管哪方面的進(jìn)步都會(huì)使袋式除塵技術(shù)產(chǎn)生一次飛躍。近年來(lái)，出現(xiàn)了更好的耐高溫、耐腐蝕、強(qiáng)度高的濾料，更是把袋式除塵器向大型化方面逐步推進(jìn)。后來(lái)發(fā)明了自動(dòng)機(jī)械清灰、反吹風(fēng)清灰和脈沖清灰等。尤其是脈沖清灰，由于其清灰強(qiáng)度高，自動(dòng)化程度好，不但提高了清灰效果，降低了動(dòng)力消耗，而且使得過(guò)濾速度也大大提高。因此，脈沖清灰技術(shù)的發(fā)明被稱(chēng)為袋式除塵器技術(shù)發(fā)展史上的一次革命。隨著袋式除塵技術(shù)的不斷發(fā)展，袋除塵器也在不斷向大型化、標(biāo)準(zhǔn)化和專(zhuān)業(yè)化方面發(fā)展。傳統(tǒng)袋式除塵器的鋼耗量一般為25 kg/m2左右。隨著技術(shù)發(fā)展，在借助于先進(jìn)的計(jì)算機(jī)軟件情況下，袋式除塵器結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化，鋼耗量也逐步降低到了20 kg/m2。袋式除塵器的設(shè)計(jì)選型最主要的是濾袋的選擇。在除塵器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化中，各項(xiàng)性能參數(shù)都與濾袋質(zhì)量有關(guān)，其鋼耗量也逐步為各設(shè)備廠(chǎng)家重視。

1 以某廠(chǎng)除塵器項(xiàng)目設(shè)計(jì)條件及參數(shù)為例

國(guó)外某公司需要一臺(tái)水泥磨袋式除塵器，其處理風(fēng)量720000 m3/h，要求過(guò)濾風(fēng)速＜0.95 m/min，入口濃度650 g/Nm3，負(fù)壓12000 Pa，這屬于高濃度、高負(fù)壓除塵器。由于位置受限，必須進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，減少占地面積（表1）。

表1 設(shè)計(jì)參數(shù)

該項(xiàng)目是在原廠(chǎng)擴(kuò)建基礎(chǔ)上，預(yù)留給除塵系統(tǒng)的位置狹小。因此，必須對(duì)常規(guī)除塵器設(shè)計(jì)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

2 方案選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化措施

（1）濾袋規(guī)格的選擇。一般情況下，長(zhǎng)袋低壓脈沖除塵器濾。袋的長(zhǎng)度都選擇6～8m，袋口的規(guī)格從φ 120～168不等。在常規(guī)思路中，盡量在有限的空間布置更多的濾袋，提高過(guò)濾面積。然而，濾袋受到過(guò)濾風(fēng)速、噴吹系統(tǒng)要求、濾袋間距等因素的影響。其中濾袋直徑選擇，也是重要參數(shù)之一。過(guò)濾面積與所占地面積之比，稱(chēng)之為除塵器的“面積布置密度”。目前，低壓脈沖噴吹系統(tǒng)主要以淹沒(méi)閥和柱塞閥為主。脈沖閥的大小與濾袋直徑和長(zhǎng)度均有關(guān)系。采用3寸柱塞閥，每個(gè)閥可噴吹的濾袋面積為40～60 m2，長(zhǎng)度不超過(guò)8 m；采用4寸淹沒(méi)閥可噴吹濾袋面積為60～80 m2，長(zhǎng)度不超過(guò)8.5 m。根據(jù)數(shù)據(jù)分析和實(shí)際情況，該項(xiàng)目采用直徑φ 160濾袋，以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)需要。

（2）凈氣室的結(jié)構(gòu)優(yōu)化。上箱體又叫凈氣室，是袋式除塵器的關(guān)鍵部件，內(nèi)含花板、噴吹管、支撐和密封門(mén)等，對(duì)凈氣室強(qiáng)度及安裝精度要求都高。在濾袋規(guī)格確定的情況下，根據(jù)濾袋的縱向、橫向布置可確定除塵器的占地面積。濾袋的橫向布置也與脈沖閥的選擇有關(guān)，通常選用的3寸脈沖閥，濾袋橫向間距必須大于230 mm；再根據(jù)脈沖閥的瞬間噴吹氣量和壓力，確定脈沖閥噴吹16條濾袋。為保證噴吹管與花板孔的對(duì)中度，采用整體式凈氣室制作。每個(gè)凈氣室選擇11個(gè)脈沖閥，凈氣室最大寬度2 760 mm，滿(mǎn)足運(yùn)輸條件。采用整體凈氣室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，雖然增加了加工成本，但對(duì)于保證除塵器安裝精度和穩(wěn)定運(yùn)行很有好處。整體式凈氣室主要以鋼板為主體，用扁鋼對(duì)壁板加固，滿(mǎn)足了結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度要求。

（3）中箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化。中箱體就是除塵器的濾室，為儲(chǔ)存濾袋的空間，濾室高度與濾袋長(zhǎng)度一致，內(nèi)有隔板，把濾室分成若干個(gè)小室，便于離線(xiàn)清灰和離線(xiàn)檢修。中箱體上部與上箱體對(duì)接，下部與灰斗對(duì)接，為主要的受力和承壓部件（該項(xiàng)目要求 負(fù)壓高達(dá)13 000 Pa）。在方案結(jié)構(gòu)計(jì)算中，為了得到最優(yōu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用整體建模的辦法，給出主要側(cè)板的約束條件，用國(guó)際上通用的Aasys分析軟件對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力分析。有限元法是近似求解一般連續(xù)場(chǎng)問(wèn)題的數(shù)值方法，可以分析物體受力后內(nèi)部各個(gè)點(diǎn)的應(yīng)力分布規(guī)律，物體受力后內(nèi)部各個(gè)點(diǎn)溫度的變化規(guī)律。分析結(jié)果表明，預(yù)定尺寸符合設(shè)計(jì)要求。相較于原除塵器，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，節(jié)約鋼材15%，制作加工方便，為理想的除塵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

（4）灰斗結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。除塵器的灰斗作用是儲(chǔ)灰，尤其要考慮設(shè)備輸灰故障狀態(tài)灰斗滿(mǎn)灰的影響，在給出除塵器的恒載和裝滿(mǎn)灰的活載后進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，分析各方面的受力情況?；叶繁诎宓倪x擇要考慮受力和耐磨，一般厚度要大于中箱體壁板厚度1 mm，為便于加工和安裝，厚度不超過(guò)6 mm為宜，下部積灰段可采用耐磨16 Mn板制作?；叶放c中箱體的對(duì)接采用圈梁的方式。由于灰斗大小不一，選擇的橫梁大小也要通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件計(jì)算。因此，需要把灰斗和圈梁作為一個(gè)整體建模，采用Ansys分析軟件進(jìn)行應(yīng)力、溫度、位移等參數(shù)的分析，通?；叶穬?nèi)部加管撐設(shè)計(jì)，外部可以選擇較小的加筋。

（5）鋼支架的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法與原則。袋式除塵器支撐框架有鋼支架和混凝土支撐兩種形式。隨著結(jié)構(gòu)力學(xué)的完善，目前采用鋼支架結(jié)構(gòu)支撐的也越來(lái)越多了。采用鋼支架的制作減少了混凝土的凝固周期，縮短了安裝周期，外形美觀。鋼支架的計(jì)算軟件較多，針對(duì)袋式除塵器通常把灰斗以上部分按照均勻載荷考慮，再加上風(fēng)載和地震載荷、設(shè)備的膨脹量。主要考慮的是結(jié)構(gòu)最優(yōu)，用鋼量最省，造價(jià)最低，這是優(yōu)化目標(biāo)。根據(jù)采用的優(yōu)化方法和約束條件，鋼支架結(jié)構(gòu)的布置步驟如下：①確定結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面尺寸；②采用變截面桿件有限元進(jìn)行力學(xué)分析、強(qiáng)度驗(yàn)算；③根據(jù)實(shí)際荷載效應(yīng)、約束條件，重新選擇結(jié)構(gòu)桿件各截面尺寸；④驗(yàn)算變形。再重復(fù)優(yōu)化計(jì)算尺寸，直到構(gòu)件的各點(diǎn)變形達(dá)到最佳的效果。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著目前國(guó)際、國(guó)內(nèi)袋式除塵器的發(fā)展，我們針對(duì)袋除塵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理，摸索了一套袋式除塵器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化思路和方法，改進(jìn)了袋式除塵器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不足，具有一定的理論應(yīng)用價(jià)值；對(duì)于規(guī)范設(shè)計(jì)，節(jié)約成本具有一定的積極作用。在完成袋式除塵器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案以后，利用軟件對(duì)所設(shè)計(jì)的各個(gè)部件進(jìn)行分析和優(yōu)化，既能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，又能達(dá)到節(jié)省材料的目的，在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)控制方面，保證袋式除塵器的鋼耗量≤20 kg/m2是完全可行的。

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1671-0711（2016）10（上）-0049-02