袋式除尘器荷载分析：原理与方法

袋式除尘器的结构设计应考虑的作用（荷载）主要包括：自重，壳体内气体压力及温度作用，积灰、风、雪、地震以及其他相关设施传递来的直接或间接作用。

1.除尘器自重荷载作用

除尘器自重（重力）荷载标准值应根据材料种类、规格尺寸、重力密度等基本参数进行统计，其中，除尘器上安装的一些定型设备可根据铭牌标示值采用。

除尘器自重（重力）作用应考虑的范围包括：除尘器结构自重、壳体保温层自重、粉尘收集与清除装置自重、各种附属的检修设备、检修操作平台、管道及电缆桥架等。

2.壳体内气体压力

除尘器壳体内气体压力与温度作用应分别考虑正常运行工况和偶然故障工况。

在正常运行工况下，即正常生产及不停机检修工况，壳体内气体压力作用标准值可按照除尘工艺设计的最不利状态采用，应分别确定正压和负压的不利状态。对于反吹风袋式除尘器，应确定正常运行状态下除尘器壳体内压力变化的平均幅值。

在偶然故障工况下，如烟道被堵塞、烟气爆炸等，壳体内气体压力作用标准值可按照系统内风机的最大静压值或泄压阀设计压力值采用。

3.温度作用

温度对除尘器结构的作用包括高温对结构材料力学性能的影响和温度变形对结构受力的影响两个方面。

高温对结构材料力学性能的影响，应按照生产运行状态下，烟气进入除尘器壳体时可能的最高温度，经热传导分析确定。钢材及焊缝在温度作用下的强度及弹性模量折减系数可按表4-1、表4-2确定。

表4-1 钢材及焊缝强度设计值的温度折减系统

注：温度为中间值时，可采用线性插入法计算。

表4-2 钢材弹性模量的温度折减系统

注：温度为中间值时，可采用线性插入法计算。

温度变形对结构受力的影响应按极端温差（即除尘器壳体可能的最高温度和极端最低大气温度之差）分析。

4.积灰荷载作用

积灰包括：灰斗积灰、除尘器壳体内死角积灰、滤袋黏附的粉尘以及除尘器顶盖可能产生的积灰。

1）灰斗积灰：灰斗积灰应分别考虑正常运行工况和偶然故障工况。所谓正常运行工况是指正常生产、不停机检修及灰斗高灰位报警后例行处置等状态；所谓偶然故障工况是指触发灰斗积灰超载应急程序，或者由于积灰超载等非正常状态导致除尘器系统停止工作的状态。

在正常运行工况下，灰斗积灰荷载应根据产灰量、灰斗容量、不停机检修持续时间以及灰斗灰位控制与出灰制度等，按下列几种情况合理确定：

①灰斗内设置的高灰位计报警后，由除尘器运行管理人员，依既定的正常程序进行例行处置时，灰斗积灰荷载（Q）应根据高灰位计触发条件下灰斗内可能的积灰量确定。

②对于设有自动出灰输灰系统的除尘器，在灰斗积灰情况检查（点检）周期内可能出现的灰斗积灰荷载（Q）可按下式确定：

Q=Q₀+（q_h+q_l）t （4-1）

式中 Q₀——防止卸灰阀漏气影响系统密封性能在灰斗内长期留存的积灰量，系统未设置低灰位控制时可取灰斗下部1.0m或运行管理（点检）人员定时检查所查及范围的积灰量（kg）；

q_h——除尘器系统单灰斗单位时间内最大产灰量（kg/h）；

q_l——除尘器系统单灰斗单位时间内平均产灰量（或最小出灰量）（kg/h）；

t——灰位检查周期（h）。

③对于设有自动出灰输灰系统的除尘器，在除尘器不停机状态下对出灰输灰系统进行维修或检修过程中可能出现的灰斗积灰荷载（Q）可按下式确定

Q=Q₀+q_ht （4-2）

式中 Q₀、q_h——意义同前式；

t——除尘器不停机状态下对出灰输灰系统进行维修或检修的允许持续时间，按运行手册规定确定（一般情况可取8h）。

④对于定时卸灰，灰斗兼做储灰仓的除尘器，正常运行工况下灰斗积灰荷载（Q）可按式（4-1）计算，此时的t应为定时卸灰的时间周期h。

在偶然故障工况下，灰斗积灰荷载应根据触发积灰超载应急程序时灰斗内可能产生的最大积灰量确定；如果除尘器系统设计没有相应的积灰超载应急控制程序，一般应按照灰斗满灰位或者烟气入口被积灰淤塞时的灰斗灰位确定。

灰斗积灰荷载标准值可根据灰斗内积灰灰位分布状况、灰斗几何尺寸、灰尘的堆积密度计算确定。灰尘的堆积密度应根据除尘工艺设计提供资料确定。

2）除尘器壳体内死角积灰可根据粉尘堆积密度、内摩擦角、死角尺寸等计算确定，当壳板加劲肋设在壳体外时可不计该荷载项。

3）滤袋黏附的粉尘可根据粉尘堆积密度及滤袋可能黏附粉尘的厚度计算确定；当缺少资料时可按照滤袋面积0.05kN/m²计算。

4）除尘器顶盖可能产生的积灰可根据除尘器周围的粉尘源情况，参照国家现行标准《建筑结构荷载规范》GB 50009—2001有关规定确定。(www.xing528.com)

5.风荷载作用

基本风压应根据建设场地的气象资料统计分析确定；当缺少统计资料时，可根据国家现行标准《建筑结构荷载规范》GB 50009—2001有关规定确定。

1）当计算除尘器框架、支架、基础结构及连接时，垂直于除尘器表面上的风荷载标准值可按下式计算。

W_k=β_zμ_sμ_zW₀ （4-3）

式中 W_k——风荷载标准值（kPa）；

β_z——高度Z处的风振系数（当高度≤30m时，可近似取1.0）；

μ_s——风荷载体型系数（迎风面μ_s=0.8，背风面μ_s=-0.5，顶面μ_s=-0.7）；

μ_z——风压高度变化系数（按表4-3取用）；

W₀——基本风压（kN/m²）（由设备安装地气象资料决定）。

表4-3 风压高度变化系数μ_z

注：A类—指近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区；

B类—指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区；

C类—指有密集建筑群的城市市区；

D类—指有密集建筑群且房屋较高的城市市区。

2）当计算侧壁板、加劲肋等类似结构及连接时，垂直于除尘器表面上的风荷载标准值可按下式确定：

W_k=β_gzμ_sμ_z^W0 （4-4）

式中 W_k——风荷载标准值（kPa）；

β_gz——高度Z处的阵风系数（按表4-4取用）；

μ_s——风荷载体型系数（迎风面μ_s=0.8，背风面μ_s=-0.5，顶面μ_s=-0.7）；

其他符号意义同前。

表4-4 阵风系数β_gz

6.雪荷载作用

可根据国家现行标准GB 50009—2001《建筑结构荷载规范》有关规定确定。与顶盖活荷载不同时组合。

屋面水平投影面上的雪荷载标准值，应按下式计算：

S_k=μ_rS₀ （4-5）

式中 S_k——雪荷载标准值（kN/m²）；

μ_r——除尘器顶面积雪分布系数（按设备顶盖形状取用）；

S₀——基本雪压（kN/m²）。

7.地震荷载作用

建造于地震区的除尘器，计算除尘器框架、支架、基础结构及连接时应考虑地震作用。

除尘器地震作用可根据国家现行标准《建筑抗震设计规范》GB50011—2010或《构筑物抗震设计规范》GB50191—1993有关规定确定。

8.其他荷载作用

1）检修荷载，对于检修平台（包括除尘器顶盖）无设备区域的操作荷载，包括操作人员、一般工具、零星原料和成品的重力，可按均布活荷载考虑，采用2.0kN/m²。

2）烟道荷载，包括重力（管道自重、保温、管道内积灰等）作用和可能产生的（温度、地震、风等）水平力作用，应根据除尘器与烟道的连接情况合理确定。

3）检修吊车荷载，除尘器的检修吊车一般安装在壳体顶部，用于吊装阀门、检修门、滤袋、检修工具等，会产生竖向及纵向水平荷载和横向水平作用。检修吊车荷载只对直接承担吊车作用的构件及连接考虑。