燃煤电厂电除尘器积灰荷载作用下结构安全研究.pdf

中冶集团建筑研究总院 硕士学位论文 燃煤电厂电除尘器积灰荷载作用下结构安全研究 姓名张天助 申请学位级别硕士 专业结构工程 指导教师姜迎秋;金立赞 20070401 摘要 燃煤电厂电除尘器积灰荷载作用下结构安全研究 摘要 目前，我国燃煤发电厂电除尘器设计、制造、安装、运行管理等均缺少可操 作的专业规范标准，由此导致了一系列问题的发生，据不完全统计，在前不 足两年的时间内，已经发生3 - 4 起电除尘器塌落 损坏 事故。本课 题，①通过调查除尘器垮塌工程实例，研究既有除尘器结构垮塌失效过程，指 出，积灰严重超载是造成除尘器结构坍塌的直接原因，而造成积灰严重超载的原 因是输灰系统故障后没有替代排灰措施；②通过调查典型发电厂除尘器产灰量 资料，研究测试除尘器产出粉煤灰的重力密度，指出了目前设计取值存在的问题， 提出了具有一定概率保证可供除尘器结构设计参考采用的数据③基于建筑 结构可靠度设计统一标准G B 5 0 0 6 8 及钢结构设计规范G B 5 0 0 1 7 规定，分析 了除尘器结构的安全度，提出了积灰荷载确定的原则方法及分项系数取值；④针 对典型的除尘器工程失效实例，研究建立有关结构的有限元分析模型，对结构在 积灰荷载作用下的受力特点进行分析，研究了结构极限承载能力。 本课题对燃煤电厂电除尘器在积灰荷载作用下的安全问题进行了较为系统 的研究，可供同类除尘器结构设计参考，为编制除尘器结构设计规范积累了资料。 关键词电除尘器、积灰斗、极限承载能力、有限元分析 A b s t 瞰 A S t u d y O nS t r u c t u r a lS a f e t yO fE l e c t r o s t a t i cP r e c i p i t a t o r U n d e rC o a l - a s hL o a dI nC o a l - f i r i n gP o w e rP l a n t A B S T R A C T A tp r e s e n t ，t h el a c ko fs t a n d a r d sa n dc o d e sf o rd e s i g n ，m a n u f a c t u r e ，a s s e m b l e a n dl U l lo fe l e c t r o s t a t i cp r e c i p i t a t o ri nc o a l ．f i r i n gp o w e rp l a n tr e s u l t si nas e r i e so f p r o b l e m si nC h i h a ．A c c o r d i n gt os o m ei n c o m p l e t es t a t i s t i c s ，d u r i n gl a t e s tt w oy e a r s 。 t h r e et of o u ra c c i d e n t so fe l e c t r o s t a t i cp r e c i p i t a t o r ’Sc o l l a p s i n g d a m a g e h a v e h a p p e n e d ．①B yi n v e s t i g a t i n gt y p i c a le n g i n e e r i n ge x a m p l e s o fe l e c t r o s t a t i c p r e c i p i t a t o r ’Sc o l l a p s i n g ，a n dr e s e a r c h i n gf a i l u r ep r o c e s so fe l e c t r o s t a t i cp r e c i p i t a t o r ’S c o l l a p s i n g ．t h i st h e s i si n d i c a t e st h a tt h ed i r e c tr e a s o nf o re l e c t r o s t a t i cp r e c i p i t a t o r b r e a k i n gd o w ni SS e v e r eo v e r l o a d i n g ；M o r e o v e r , t h er e a s o nf o rs e v e r eo v e r l o a d i n gi S t h a tt h e r ea l en os u b s t i t u t i v em e a s u ／ e st Od i s c h a r g ed u s ta f t e rt r a n s p o r t i n gs y s t e mo f d u s tb r e a k d o w n s ．②B yi n v e s t i g a t i n gt h ed a t u mo fc o a l - a s ho u t p u t ，s t u d y i n ga n d t e s t i n gt h ec o a l - a s hg r a v i t a t i o n a ld e n s i t y , t h i st h e s i sp o i n t so u tt h ep r o b l e mo f c h o o s i n gd e s i g np a r a m e t e rv a l u e ，a tp r e s e n ta n dp r o v i d e ss o m ed a t u mo fd e s i g na b o u t e l e c t r o s t a t i cp r e c i p i t a t o rt h a th a v ec e r t a i nv a l u ef o rr e f e r e n c ea n dg u a r a n t e e i n g p r o b a b i l i t y ．③B a s e do n “U n i f i e ds t a n d a r df o rr e l i a b i l i t yd e s i g no fb u i l d i n gs t r u c t u r e ” G B 5 0 0 6 8a n d ‘‘c o d ef o rd e s i g no fs t e e ls t r u c t u r e s ”G B 5 0 017 ．t h i st h e s i sa n a l y s e s s a f e t yd e g r e eo fS t m c t u r e ．p u t sf o r w a r dt h es i z eo fp a r t i a lf a c t o r ，a tt h es a m et i m e ， a n da l s op r o p o s e sp r i n c i p l e sa n dm e t h o d sf o ra s c e r t a i n i n gc o a l - a s hl o a d ． ∞A i m i n g a tt y p i c a le n g i n e e r i n gf a i l u r ee x a m p l eo fe l e c t r o s t a t i cp r e c i p i t a t o r , t h i st h e s i ss e t su p t h ec o r r e s p o n d i n gf i n i t ec l e m e n tm o d e l ．a n a l y s e st h eI o a d i n gf e a t u r e so f s t r u c t u r e 。a n d a l s os t u d i e su l t i m a t eb e a r i n gc a p a c i t yo f s t r u c t u r e ． T h i st h e s i ss y s t e m a t i c a l l ys t u d i e st h es t r u c t u r es a f e t yo fe l e c t r o s t a t i cp r e c i p i t a t o r u n d e rc o a l ．a s hI o a d ．T h er e s u l t so f t h i st h e s i sw i l ln o to n l yp r o v i d er e f e r e n c et od e s i g n t h es a m ek i n do fe l e c t r o s t a t i cp r e c i p i t a t o r , b u ta l s oa c c u m u l a t ed a t u mf o rc o m p i l a t i o n o f “c o d ef o rd e s i g no f e l e c t r o s t a t i cp r e c i p i t a t o r ’． K e yW o r d s e l e c t r o s t a t i cp r e c i p i t a t o r , h o p p e r , u l t i m a t eb e 撕n gc a p a c i t y , f i n i t e e l e m e n ta n a l y s i s Ⅱ 第一章绪论 1 ．1 课题来源 第一章绪论 电除尘器以其除尘效率高、运行管理方便、故障率低和适应性强等优点在工 业领域烟气治理中得到了广泛的应用，特别是在燃煤发电领域，近几年新建的发 电厂几乎均采用了电除尘系统进行烟气粉尘处理，且随着发电机组的规模增大， 环保治理要求的提高，除尘器的规模也在不断的增大。我国较早时期的一些大型 电除尘器多由国外设计，随着建设规模的不断扩大，国内不少企业也开始承担大 型电除尘器的设计与制造，其中，除尘器钢结构多由机械专业或除尘器制造厂家 设计。由于缺少相关规范标准，目前的除尘器结构设计、制造、安装、运行管理 等方面存在诸多隐患，据不完全统计，在2 0 0 5 年初到2 0 0 6 年上半年不足一年半 的时间内，仅在燃煤发电领域就发生了3 - 4 起电除尘器塌落 损坏 事故，造成 发电机组停运，严重影响了生产安全。 我院受业主委托，于2 0 0 6 年承担了某发电厂电除尘器积灰超载损坏后结构 可靠性鉴定及加固处理项目。本课题是该工程项目的深入与延续，也是钢结构可 靠性鉴定技术规程编制项目中的研究课题之一． 1 ．2 课题研究的目的与意义 随着环境保护要求的提高，除尘器的应用规模在不断增大，然而有关除尘器 结构安全的理论研究基本是空白，连续发生的几起发电厂除尘器垮塌事故表明， 目前除尘器结构安全存在严重的隐患，这其中包括除尘器系统设计、生产运行管 理、结构设计等多个方面的问题。本课题研究的目的是针对目前燃煤电厂广泛应 用的电除尘器，系统地探讨产生安全隐患的原因，研究隐患防治的措施，为目前 在役电除尘器结构的安全鉴定评估、使用管理、加固处理提供技术依据，也为今 后新建除尘器系统及结构的优化设计积累资料。 第一章绪论 1 ．3 课题研究的内容 本课题研究的主要内容包括 1 调查除尘器垮塌工程实例，研究既有除尘器结构垮塌模式，分析除尘器 结构安全隐患的特点； 2 调查典型发电厂产灰量资料，研究测试粉煤灰的重力密度，分析除尘器 灰斗积灰荷载的分布特征； 3 基于建筑结构可靠度设计统一标准G B 5 0 0 6 8 及钢结构设计规范 G B 5 0 0 1 7 规定，分析除尘器结构的安全度； 4 针对典型的除尘器工程失效实例，研究建立有关结构的有限元分析模型， 对结构在积灰荷载作用下的受力特点进行分析，研究结构的极限承载能力，分析 结构既定状态的安全度指标，评价结构安全性。 1 ．4 除尘器结构设计研究现状综述 1 ．4 ．1 除尘器结构工程设计现状 目前，我国尚没有除尘器结构设计的专业技术规范和标准。虽然在一般的除 尘器结构设计技术文件中多数都注明依据国家现行钢结构设计规范G B 5 0 0 1 7 设计的字样，但是，由于设计者的专业背景不同，对规范的理解与执行存在较大 差异，其做法也不尽相同。 n 作用与作用效应 结构自重荷载一般根据截面尺寸、结构材料重力密度等，由结构设计人员统 计确定。 除尘器结构上的一些附着设备、设施等，一般根据铭牌标示值采用。 与除尘工艺有关的荷载，包括烟气压力、烟气温度、积灰重力密度、积灰 第一章绪论 量、平台检修荷载等，一般按照工艺设计条件，乘以一大于1 ．0 的裕富系数确定。 裕富系数通常由工艺设计人员根据经验确定。 与自然环境有关的荷载，包括风、雪、地震等，一般参考相关资料确定 有 的供货厂家在设计中忽略此部分作用 。 荷载组合，熟悉建筑结构设计规范的设计者，主要参考建筑结构荷载规范 G B 5 0 0 0 9 的规定进行荷载或作用效应组合；其它专业 如机械结构设计 设 计者，荷载组合具有较大的不确定性。 ㈢结构抗力 钢结构设计规范G B 5 0 0 1 7 对结构钢材的强度设计值做出了具体规定。 在工程实际执行中，熟悉建筑结构设计规范的设计者，为了简化计算分析过程， 多数按照板、梁、柱、拉压杆等基本构件进行内力计算分析，基于结构构件极限 承载能力进行结构设计；除此之外，通常采取结构整体建模分析，基于结构最大 应力水平进行结构设计，将规范中规定的强度设计值理解为设计容许应力。 由于设计者个体水平的差异，问题处理的水平存在较大差别。 ㈢结构构造与连接设计 除尘器结构构造与连接的设计，对钢结构设计规范较熟悉的设计者，一 般会遵循规范中的构造规定其他设计人员在构造与连接处理上存在较大的不定 性。 1 ．4 ．2 除尘器结构设计研究现状 近些年，人们已经或正在进行大量研究工作。最初解剖国外设计，目前开展 自主研究。 文献⋯根据某型号电除尘器钢结构主要部件底梁和支架的结构特点，建立其 实体装配模型和有限元模型，并对底梁和支架进行了静力学的有限元分析，研究 了在各种载荷的共同作用下底梁和支架结构应力 应变 以及位移 变形 情况。文 献1 2 I 对某型号电除尘器钢结构主要承载部件立柱及连接立柱的墙体建立有限元 模型，并对模型进行了有限元分析，研究了在各种载荷共同作用下立柱部分结构 应力 应变 以及位移 变形 情况。文献口I 对某型号电除尘器箱形钢结构承载梁进 第一章绪论 行了有限元分析，研制了相近结构试验梁并对其进行了模拟和应力试验。文献0 4 I 根据某型号电除尘器钢结构主要部件宽大梁的结构特点，建立了有限元模型，采 用波前法对宽大梁进行了有限元分析，研究了在各种载荷共同作用下宽大梁结构 应力 应变 以及位移 变形 情况。 文献口I ‘1 6 I 根据电除尘器本体结构的特点，采用混合单元的办法对本体结构进 行了有限元分析，采用约束变尺度法对电除尘器本体结构进行了结构优化。用 F O R T R A N 语言编制了本体结构优化设计程序，具有较强的功能和通用性。文献 1 7 1 以霍州电厂1 0 0 K W 电除尘器为研究对象，对有限元模型的建立、载荷计算、 边界条件的确定、网格划分等技术进行了探讨，以V B 为开发工具，对S o l i d W o r k s 进行了二次开发，建立了适合于用户查询零配件模型及配置需要的专用功能模 块，结合环保厂生产实际，阐述了运用S o l i dW o r k s 设计生产工序图等工艺文件 的方法。文献降I 以1 8 0 m 2 电除尘器的基本结构为参照，利用材料力学方法，通过 受力、变形及强度等分析计算，从而用类比法给出了2 9 6 m 2 电除尘器的初步结构 设计。文献1 9 I 介绍了电除尘器钢支架柔性结构的主要特点，通过江西九江三期发 电工程2 3 5 0 M W 机组电除尘器的钢支架设计实例，说明柔性结构在钢支架应 用中的适宜性和综合经济效益好。文献l l o I ‘I l ‘l 从缩短电除尘器产品的设计周期、 提高企业产品市场竞争力出发，提出了电除尘器各部分结构件标准化设计的原 则，介绍了电除尘器产品标准化设计的经验，为电除尘器进一步的优化设计提出 了建议；文献l ”I 。{ l ，| 对电除尘器设计原理及设计要点进行了介绍。 1 ．4 ．3 除尘器结构设计研究存在的问题 我国现行钢结构设计规范G B 5 0 0 1 7 的设计原则是根据建筑结构可靠 度设计统一标准G B 5 0 0 6 8 制订的，并明确规定，按该规范设计时，取用的荷 载及其组合值应符合建筑结构荷载规范G B 5 0 0 0 9 的规定，然而，该规范又 不可能对除尘器结构设计荷载做出明确规定，也就是说，按照钢结构设计规范 G B 5 0 0 1 7 进行除尘器结构设计，由于没有相应的荷载规范作条件，不具有可操 作性，或者说，目前没有适用的除尘器结构设计规范供工程应用。 目前虽然说已经针对除尘器结构设计进行了不少研究，但研究方向主要集中 在结构分析方面，其中包括结构受力分析、结构抗力分析以及结构优化等内容， 对除尘器结构的荷载作用特点很少研究；对除尘器结构安全度的系统研究尚是空 白。 第一章绪论 1 ．5 工程结构可靠度设计研究现状综述 1 ．5 ．1 工程结构可靠度设计发展的历史及现状 自2 0 世纪2 0 年代起，国际上开展了结构可靠性基本理论的研究，并逐步扩 展到结构分析和设计的各个方面；到2 0 世纪7 0 年代，可靠度方法在结构设计规 范中的应用成为可靠性研究的一项重要内容。国际标准化组织于1 9 8 6 年颁布了 结构可靠性总原则 I S O2 3 9 4 1 2 0 l ，1 9 9 8 年又颁布了该标准的修订版本1 2 1 I ， 在推进世界各国结构可靠度设计方面起了重要作用。 近二三十年来，结构可靠性理论及其应用得到了迅速发展，“可靠性设计” 的概念己普遍为工程设计人员所接受，世界上很多国家都制定了以可靠性理论为 基础的结构设计标准或规范。自1 9 8 4 年起，我国也先后完成了第一层次的工 程结构可靠度设计统一标准 G B 5 0 1 5 3 - “ 9 2 1 2 2 1 和第二层次的建筑I “ I 、港口I ⋯、 水利水电I 矧、铁路‘2 6 I 和公路1 2 7 l q - 程结构可靠度设计统一标准的编制工作，并完 成了相应结构设计规范的修订。目前，新修订建筑结构可靠度设计统一标准 G B 5 0 0 6 8 - - 2 0 0 1 1 2 0 1 已颁布，建筑结构设计2 0 0 0 规范系列进入新的修订期。 这些都说明概率极限状态设计已成为结构设计理论发展的一个重要方向1 2 9 1 * 1 ．5 ．2 结构可靠度分析方法简介 2 0 世纪4 0 年代美国学者A ．M ．F r e a d e n t b a l 首先提出了结构可靠性理论，1 9 5 4 年前苏联A ．P ．P a m I m , a , m 提出了一次二阶矩法的基本概念和计算结构失效概率的 方法，并明确提出了与失效概率相联系的可靠特征。1 9 6 4 年美国混凝土学会成 立了结构安全度委员会对此开展了系统的研究。1 9 6 9 年美国的C ．A ．C o m e l l 在 A ．P A 血咖研究工作的基础上从实用的角度出发，提出了以与结构失效概率相 联系的可靠指标1 3 值作为衡量结构安全度的统一定量指标。1 9 7 1 年加拿大的 N ．C ．L i n d 把分项系数和可靠度联系起来，为规范使用且值来衡量可靠度提供了 可行的实用方法。一次二阶矩法是一种近似的概率方法 水准I I 。7 0 年代初期由 国际结构安全度联合会编制并陆续发表的结构统一标准的国际体系，1 9 7 3 年国 际标准化组织提出的结构安全性验证的总原则，1 9 8 6 年修订并更名为结构可 靠性总原则，1 9 9 8 年颁布最新版。我国于1 9 8 4 年颁布的建筑结构设计统一 标准以及1 9 9 2 年颁布的工程结构可靠度设计统一标准等都是以近似概率 第一章绪论 法为基础，规定了工程结构可靠度设计的基本原则和方法。 全概率法 水准l I I 是对整个结构采用精确的概率分析，运用随机变量或随机 过程的概率模型来描述所出现的各种基本变量，用结构的失效概率直接度量结构 的可靠度而不必借助于安全系数或可靠指标。它完全依赖于统计数学的精确分析 方法。由于目前对荷载和抗力的信息掌握都不充分，除少量特殊结构外，在一般 工程结构设计中采用全概率法尚不现实1 驯。 随着结构可靠性理论的发展，计算结构可靠度的方法越来越多，使用较多的 主要有一次二阶矩法、二次二阶矩法、二次四阶矩法、蒙特卡罗法、响应面法、 随机有限元法等计算方法；除特殊情况需要采用计算精度较高的计算方法，如， 因迭代不能收敛得不到需要的结果等；一般情况下，我们计算可靠指标采用一次 二阶矩法 包括中心点法、验算点法，映射变换法、实用分析法 均能计算出正 确结果。 我国‘工程结构可靠度设计统一标准推荐采用一次二阶矩法 验算点法 计算结构的可靠指标，并详附了计算过程，这对结构可靠性安全研究具有重要的 借鉴和指导作用，也成为本文研究的基石。 6 第二章电除尘器概述 第二章电除尘器概述 2 ．1 电除尘器基本原理 电除尘器的种类和结构形式很多，但都基于相同的工作原理。图2 ．1 是管式 电除尘器工作原理示意。接地的金属管叫收尘极 或集尘极 和置于圆管中心， 靠重锤张紧的放电极 或称电晕极 构成的管极式电除尘器。工作时含尘气体从 除尘器下部进入，向上通过一个足以使气体电离的静电场，产生大量的正负离子 和电子并使粉尘荷电，荷电粉尘在电场力的作用下向集尘极运动并在收尘极上沉 积，从而达到粉尘和气体分离的目的。当收尘极上的粉尘达到一定厚度时。通过 清灰机构使粉尘落入灰斗中排出。静电除尘的工作过程包括电晕放电、气体电离、 粒子荷电、粒子的沉积、清灰等过程P 1 I 。 含尘 流器 变压器 图2 ．1 管极式电除尘器工作原理示意图 2 ．2 电除尘器的形式与系统组成 2 ．2 ．1 电除尘器的形式 1 按清灰方式不同可分为干式电除尘器、湿式电除尘器、雾状粒子静电捕 第二章电除尘器概述 集器和半湿式电除尘器； 2 按气体在电除尘器内的运动方向可分为立式电除尘器和卧式电除尘器； 3 按除尘器收尘极的形式可分为管式电除尘器和板式电除尘器 4 按收尘极和电晕极的不同配置可分为单区电除尘器和双区电除尘器 5 按振打方式可分为侧部振打电除尘器和顶部振打电除尘器。 电除尘器的类型很多，但目前新建的大多数燃煤电厂采用的是干式、板式、 单区卧式、侧部振打的电除尘器，其主要特征及应用特点见表2 ．1 所列㈨。 表2 - 1 燃煤电厂电除尘器的主要特征及应用特点 结构形式 使用方式主要特征 应用特点 清灰 干式 收下的烟尘为 J ．操作温度不高于3 0 0 0 c 2 ．可用于机械振打、电磁振打和压缩空气振打等 方式干燥状态 3 ．粉尘比电阻有一定应用范围 1 ．可按生产需要适当增加电场数 2 ．各电场可分别供电，避免电场间互相干扰，以 烟气烟气在除尘器 提高收尘效率 流动卧式内的流动方向 3 ．便于分别回收不同成分、不同粒径的烟尘分类 富集 方向与地面平行 4 ．烟气经气流分布板后比较均匀 5 ．设备高度相对低，便于安装和检修，但占地面 积大 收尘电极和电I ．电场强度不够均匀 电极 板式晕电极布置在2 ．清灰较方便 形式 同一区域内3 ．制造安装较容易 收尘 1 ．荷电和收尘过程的特性未充分发挥，收尘电场 收尘电极和电 极电 单区晕电极布置在 较长 晕极 同一区域内 2 ．烟尘重返气流后可再次荷电，除尘效率高 配置3 ．主要用于工业除尘 振打装置位于1 ．在振打轴的3 6 0 0 方位上均匀布置各锤头周期循 振打 侧部除尘器的阴极回振打 方式 或阳极的侧部2 ．振打力的传递与粉尘下落方向成一定角度 第二章电除尘器概述 2 ．2 ．2 电除尘器的系统组成 电除尘器通常由供电系统、电极收尘系统、壳体结构系统、台架结构系统、 卸灰输灰系统及其它附属设施组成，如图2 ．2 所示。 1 供电系统；2 - - 电极收尘系统；3 一壳体结构系统；4 一台架结构系统；5 一卸灰输灰系统 图2 1 2 电除尘器系统示意图 除尘器供电系统，主要包括升压变压器、高压整流器等，其主要功能是向电 除尘器电晕极施加高压电，提供粉尘荷电和为收集粉尘所需的电能。 除尘器电极收尘系统，主要包括阳极 收尘电极 装置和阴极 电晕电极 装置。阳极装置主要由阳极板、阳极振打传动、阳极振打轴、阳极振打锤等组成 阴极装置是电除尘器中对气体产生电晕放电的电极，它由电晕线及框架、悬吊装 置和绝缘支撑等组成。 除尘器壳体，包括上部壳体和积灰斗，构架了除尘器工艺流程的密闭空间； 为了防止烟气中水分冷凝，有些电除尘器在壳体外部设置保温层，有的还设有专 门的加热装置；为防止窜气，在壳体内还设有阻流板壳体侧面根据需要设置检 修人孔。 除尘器的台架，是整个除尘器的支承结构，其结构功能是将除尘器及其承受 的荷载传递到基础。 9 第二章电除尘器概述 除尘器卸灰与输灰系统，其功能是把除尘器灰斗内的积灰卸出并运至贮灰仓 或其它地方。 其它附属设施，包括维持除尘器正常运转的各种设施，如检修吊车、维修 操作平台等。 在除尘器中，与除尘器结构安全有关的主要系统包括卸灰与输灰系统、壳体 结构系统及台架结构系统。 2 ．3 除尘器卸灰与输灰系统 卸灰是指将积灰斗内的积灰卸出灰斗，输灰是指将卸出灰斗的灰输送至贮灰 仓或其它指定地方。除尘器的卸灰与输灰方式分为间歇式和连续式。 ㈠间歇式卸灰 即，除尘器收集的粉尘临时贮存在积灰斗内，待积存到一定量时，集中一次 卸出运走。间歇式卸灰方式一般用于出灰量不大或除尘器间断运行的场合，对于 连续工作的除尘器，一般采用定时卸灰方式。 采用间歇式卸灰的除尘器，其积灰斗灰荷载一般按照可能的最大积灰体积及 灰密度确定；卸灰时间间隔一般根据产灰量，综合考虑便于运行管理确定。 ㈢连续式卸灰 即，在除尘器运行的过程中连续实施卸灰。 连续式卸灰输灰可采用机械输送方式或流体输送方式 气力与水力 ，现代 燃煤电厂为了便于粉尘再利用，多采用干输灰系统，且为了避免扬尘二次污染， 卸灰与输灰采用无缝连接。 连续式卸灰输灰系统运行的理想状态是除尘器产灰量与卸灰输灰量平衡，此 时，积灰斗内一般无积灰或仅有少量积灰 起除尘器密封作用 ，但是，由于烟 气的粉尘含量通常是变化的，积灰斗内的积灰量是经常变化的，为了保证积灰斗 内积灰量处于可控状态，通常设置检查控制程序，如定时检查灰斗内积灰灰位， 在灰斗内安装料位计等。除尘器产灰量大时一般安装料位计控制灰位。 1 0 第二章电除尘器概述 采用连续式卸灰的除尘器，其积灰斗灰荷载一般按照产灰量，输灰系统可能 的持续检修时间确定，目前电厂设计中一般取8 h r 或8 2 h r 。 2 ．4 除尘器壳体结构 除尘器壳体可分为上部壳体与积灰斗。 n 上部壳体 上部壳体结构一般采用骨 框 架式结构，骨架一般由型钢或其它组合截面 钢材组成，侧壁板、顶板、灰斗、进风口、出风口等部件支撑在骨架框架上，形 成一个完整的箱体。 上部壳体结构承受的主要荷载包括壳体自重、烟气压力、温度、风、雪、 地震、除尘工艺设备 供电系统、电极收尘系统等 以及其它有关设施传递来的 的直接或间接作用。 除尘器壳体内烟气压力作用分别考虑正常运行工况和偶然故障工况 正常运行工况下，即，正常生产及不停机检修工况，壳体内烟气压力作用代 表值一般按照除尘器工艺设计的最不利状态采用，并分别确定正压和负压的不利 状态。 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代表 值按照系统内风机的最大静压值或泄压阀设计压力值采用。 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。 ㈢积灰斗 积灰斗一般采用板式结构，悬挂于上部壳体结构的下部边缘结构上。 积灰斗的形状与体积一般要考虑贮灰量要求、粉尘的安息角或内摩擦角、除 尘器结构布置状况等综合确定。 第二章电除尘器概述 积灰斗结构承受的主要荷载包括灰斗自重、烟气压力、温度、积灰荷载、 地震以及其它有关设施传递来的的直接或间接作用。 除尘器灰斗承受的烟气压力及温度作用同上部壳体。通常，烟气压力作用不 与灰斗积灰荷载同时考虑。 灰斗积灰荷载，如第2 ．3 节所述，由工艺设计提供。 2 ．5 除尘器台架结构 除尘器的台架是整个除尘器的支承结构，一般采用框架或支撑框架结构。目 前工程中应用的多属支撑框架结构，通常由圈梁 一般与上部壳体的下边缘构件、 积灰斗的悬挂构件共用 、台架柱、支撑等组成，如第五章工程实例所描述。 上部壳体温度变形作用一般不对台架结构受力产生直接影响，台架与壳体多 采用可动铰支座连接。 台架结构承受的主要荷载包括台架自重、上部除尘器自重及运行灰荷载、 风、雪、地震以及其它有关设施传递来的的直接或间接作用。 第三章除尘器结构坍塌调查研究 第三章除尘器结构坍塌调查研究 3 ．1 除尘器结构坍塌实例调查 电除尘器是一种高效节能的烟气净化设备，具有收尘效率高、处理烟气量大、 使用寿命长等优点，在当前国内外环保要求越来越高的情况下，电除尘得到了越 来越广泛的应用。但2 0 0 5 年以来相继有3 ．4 起电厂电除尘器坍塌事故发生，给 电厂和社会造成很大的损失。 实例一蒲圻电厂1 号机组电除尘器坍塌 位于赤壁市的蒲圻电厂两台各3 0 万千瓦时的发电机组，分别于2 0 0 4 年6 月、1 0 月并网发电。2 0 0 5 年1 月1 日凌晨，l 号机组的电除尘器发生意外而倒 塌。该除尘器原高3 0 多米、长4 0 多米、宽2 0 多米。据介绍，凌晨4 时1 5 分发 生第一次垮塌，约5 分钟后又听到一声轰响。3 0 米开外办公室的卷闸门，被震 得像“摇扇”，幸无人员受伤。受其影响，两台机组均暂停运行，2 号机组于7 时1 5 分恢复发电。 事后调查发现除尘器严重积灰超载，出现积灰熔融结焦现象，造成台架柱压 屈、地基基础损坏，致使整个除尘器垮塌。 实例二池州九华发电有限公司2 号机组电除尘器坍塌 华电集团安徽池州九华发电有限公司一期工程两台3 0 万千瓦时的发电机组 分别于2 0 0 5 年9 月1 1 日和1 2 月8 日投产。2 0 0 6 年3 月1 4 日上午l l 时4 7 分， 2 号机组电除尘器A 侧积灰斗发生意外脱落坍塌，致使2 号机组被迫停运，正在 调试中的l 号机组同时跳闸。事故未发生火情，未造成人员伤亡，未对电网稳定 运行和正常供电产生影响。 事后调查得知，该电除尘器出灰系统在机组“1 6 8 ”后期出现输灰不畅的情 况后，池州公司一方面采取人工放灰的方式缓解情况，另一方面与设备厂家联系 解决问题。由于没有及时、有效地解决问题，造成2 号机组A 电除尘器一电场 左室灰斗塌落。 第三章除尘器结构坍塌调查研究 实例三内蒙古包头第二热电厂新2 号机组电除尘器坍塌 中国华能集团公司内蒙古包头第二热电厂装机6 0 万千瓦 2 2 0 、2 1 0 。 2 0 0 5 年3 月2 0 日内蒙古包头第二热电厂新2 号机组 2 0 万千瓦 运行时，2 撑 炉电除尘器的2 ．I A 、2 - 2 A 灰斗发生整体塌落。 除除尘器积灰超载损坏外，还曾经发生过除尘器壳体因负压过大而吸扁的情 况以及除尘器结构的其它损坏事件，但未造成严重后果，不为人们注意。 基于电除尘器事故相继发生，2 0 0 6 年曾有单位对浙江省某几家电厂的电除 尘器进行钢结构应力测试和计算校核，认为，同期同类型电除尘器钢结构普遍存 在下列问题 1 钢结构整体稳定性不符合钢结构设计规范要求，在大量积灰、非正常风 压等不利工况下易发生整体失稳，从而造成倒塌事故 2 电除尘器钢结构构件中，斜撑杆和横梁的长细比过大，侧向刚度过低， 不符合钢结构设计规范的要求，难以保证整体结构无侧移的稳定性要求等安全隐 患，在极端情况下，如出灰系统故障，不能顺利出灰等，就有可能发生坍塌事故。 3 ．2 除尘器结构坍塌研究 已有资料0 3 2 I 认为，除尘器结构失效原因，有除尘器生产厂家在设计、制造 和安装调试方面的原因；也有除尘除 输 灰系统匹配、锅炉运行和系统操作方 面的原因；对于那些自投运以来就一直状况不佳的电除尘器，其病根实际上在工 程设计和设备招标阶段就已经埋下了。 一 设计、制造和安装方面的原因 1 设计思想有偏差 很多生产厂家的管理水平较低，设计人员的业务素质较差。在除尘器设计过 程中喜欢照搬和沿袭原有成品设计图纸，使设计过于简单；而往往忽视设备安装 现场的地理和气象条件以及设备运行工况是否发生重大变，对于那些自己不具备 设计能力，靠在市场临时招聘或购买图纸的厂家，其设计质量就更难以保证了。 4 第三章除尘器结构坍塌调查研究 2 计算模型欠合理 电除尘器局部构件的设计过程中 如壳体设计 以及整体结构分析中的力学 模型与实际结构可能存在着不协调。例如对于某节点，有的定义为“刚接”，而 有的可能定义为“铰接”，“刚”或“铰”都是对节点具体构造的抽象和概括， 但是不同的定义会带来分析结果的巨大差异。另外对于杆类构件计算长度系数的 确定也有类似情况。究竟哪种才正确呢 只有通过对结构和节点的全面了解和必 要的强度核算才能确定。 3 有些电除尘器设计对安装的考虑过于理想化 电除尘器体系庞大，不可能整机出厂，必须分部制造，现场组装。工程中发 现有些电除尘器设计对安装的考虑脱离实际。例如，电除尘器安装现场多采用弯 曲灰斗壁板 内凹或是外凸 的办法去贴靠斜肋，但该位置施焊条件非常差，操作 者很难靠近作业。就已经发生事故的遗留物件观察，这部分的焊接或是在焊缝中 填塞了异物，或是根本就未施焊，这样的连接方式很容易酿成一处安全隐患。 4 有些电除尘器设计对局部节点未给予足够重视 从几个发生坍塌的设备残留件观察，最先丧失承载能力的部件，并不是主柱 和主梁的主受力肢，而是一些局部节点，局部节点先被压溃，然后扩大到主体结 构被破坏。 5 有些电除尘器设计未全面执行规范 每项合同中都规定，电除尘器壳体及下部钢支柱设计，要执行我国现行钢 结构设计规范。但是在发生坍塌的几个工程中，都或多或少地存在着不符合要 求的部位。比较共同的问题是，所设计的长柱或撑杆的长细比超过了规定；有的 柱肢和撑杆的稳定性不能满足超重荷载及动力效应作用下的承载力要求。 6 有些优化设计多偏重于节省材料，而在寻找薄弱环节予以补强，改进结 构形式去提高工艺合理性方面做得不够。 从严格意义上讲，许多钢耗指标很低的设备总还存在一些出力不足的赘余耗 材；而许多用钢量较多的设备也难免还有个别会先于主体发生溃坏的薄弱构件。 关键是如何匹配均衡，达到整体协调。完全的等强度是做不到的，也未必可取。 应当有目的地对那些可能引发次生破坏，连带影响设备整体安全的关键构件予以 第三章