选型优化（精选8篇）
选型优化 篇1
在通讯设备制造行业中, 材料选型包括新材料选型和替代材料选型。通常情况下, 材料选型首先对选用的材料要进行质量与可靠性的评估, 确认材料能否满足产品的技术需求。其次, 对选用的材料进行采购供货风险评估, 确认材料能否满足供货需求。从供应角度出发, 材料选型的一般标准是材料符合行业发展趋势、在行业中使用量大和使用面广、采购渠道风险低的物料。对于新材料的选型, 尽量避免使用独家品牌型号和指定型号, 以降低供货渠道风险。
材料选型的过程由研发工程师和材料工程师共同完成。在选型期间, 采购供应部门要加强供货周期、供货价格等商务条件的谈判, 从供应角度协助材料选型的开展。选型的最终结果是实现材料标准化、通用化、主流化、性价比最优化, 在满足技术性能要求的前提下, 所选型的材料要具有价格竞争力以及多种供货渠道, 才能够保证物料顺畅地供应和持续的成本降低。
材料选型案例
案例1:新产品选用停产型号材料, 导致无法供货。某通讯产品研发上市, 采购供应部门反馈某器件在一年之前已停产, 境外生产厂家无法供货。产品线得知材料停产的消息后, 表示该产品是刚刚完成技术方案升级的新产品, 后续市场需求稳定, 希望供货厂家能够继续维持生产。但经过多次协商, 供方表示由于材料已经停产超过一年的时间, 无法再恢复生产, 仅可以利用原有的一些库存供应少量的货物。
已经停产的器件, 在整个产品当中所占金额比例非常小。通常在产品方案设计阶段, 研发人员比较容易忽视选型材料的供货问题 (包括货期、价格、渠道等等) , 仅从技术角度去验证材料。但是由于材料已经停产, 将导致整个产品无法正常生产, 后续的市场供货将面临严重隐患。产品线最终进行了停产材料的替代选型工作, 选择了另一个品牌的替代型号。通过这次停产事件, 产品线在选择替代型号时非常慎重, 在进行技术方案验证的同时, 着重强调了替代型号的生命周期以及供货周期。
案例2:选用非主流型号, 导致产品降成本困难。某产品在设计初期选用某专用器件, 当时选用器件的主频参数较低, 为50MHZ, 经过多年的生产销售, 市场形势良好。相关采购团队一直在关注该器件的成本走势, 通过分析数据发现, 虽然采购数量稳定, 但是供方厂家近几年的价格下降空间非常有限, 使得采购成本居高不下, 影响到产品在市场上的竞争力。采购团队在与供方厂家多次洽谈过程中了解到, 该专用器件目前的主流型号已升级到主频80MHZ的系列, 原有的低主频系列器件虽然依旧被维持生产, 但是由于市场用量小, 生产工艺成本高等原因, 造成了目前厂家无法在价格上提供更好的支持。厂家建议选用新的主流型号去替代原有型号, 可以较大幅度地降低采购成本。
产品的元器件采购成本是产品全部成本的重要部分, 也是影响产品利润率高低的重要因素, 元器件采购成本的下降直接带来产品利润的提升。采购团队在工作中了解到的元器件成本信息应直接反馈到产品线负责人, 由产品线负责人决策产品元器件是否需要进行替代选型。对于市场需求稳定的产品, 如果研发人员替代工作成本小于替代后带来的节约收益, 产品线应该坚决进行元器件的替代选型, 优化产品方案、降低采购成本、增加利润空间。
案例3:材料供货周期不同, 导致供货形势截然不同。采购团队与品牌厂家A签署某器件的采购合同, 品牌厂家A反馈货期预计16周, 具体交期待定。货期最终出现异常。原因是厂家A针对所属产品线有所调整, 计划将该系列产品线逐步退出市场供应, 因此减少了该类产品的备料资源安排和生产, 造成客户订单货期时间长达16周以上。采购团队紧急寻找替代资源, 发现品牌厂家B货期时间仅4周, 但是价格较品牌A略高。采购团队将上述信息反馈给产品线, 产品线表示接受品牌厂家B的价格和货期, 立即安排研发人员进行替代认证工作, 并建议未来采购品牌B型号以保证供货。
品牌厂家A减小产能的原因在于其产品市场占有率低, 因此厂家A很轻易就做出减少甚至关闭产品线生产的决定, 导致供货周期延长。品牌厂家B重视满足客户需求, 市场产品占有率较高。只要客户有需求, 品牌B就保持生产, 虽然品牌B的价格略微高一些, 但这也是维持正常生产以及保持供货的必要前提。对比之下, 客户选择品牌B的器件, 可以在原材料供货的稳定性和持续性方面得到更好的保障。
通常在研发进度等要求下, 研发人员没有时间去考虑市场供货能力的差异, 因此容易造成未来供货问题的发生。不同厂家供货差异的信息主要来源于供应部门的历史供货记录以及相关采购人员的经验评价, 不能单纯局限于品牌厂家的广告宣传以及供方人员的口头宣讲。特别要注意品牌供方推广人员对研发设计人员回避供货能力, 掩盖供货问题的现象, 对类似的供方要予以必要的警告或处罚。
综上案例, 从供应角度优化材料选型的切入点涉及到多方面, 主要包括:供方价格定位;材料货期以及交付及时性;供货配额及数量;供方财务条款;材料生命周期;同类材料市场占有率;识别品牌中的主流型号;合同商务条款灵活性;供方的客户定位策略;供方区域支持人员设置以及对口支持力度。
品牌供方对待不同的采购方采取不同的定位策略, 体现在对待采购方的支持力度和重视程度的差异, 体现在交货的及时性、价格优势、供货紧张阶段优先满足发货等方面的差异。材料选型时优先选择将采购方视为重点客户的品牌厂家。
供方区域支持人员设置以及对口支持力度。供方在采购方所在的地理区域内是否设置办事机构或安排专门支持人员服务体现了供方对该地理区域的重视程度。该项内容可以作为材料选型时的辅助次要因素。
如何长期控制选型
电子设备、通讯产品等制造商往往生产多种类别的产品, 每种产品又包含多个系列型号, 每种产品的生命周期持续数年之久, 因此从供应角度优化材料选型是一项长期复杂的工作任务, 需要在工作中予以必要的引导和控制, 以达到持续的优化和改善。
从供应角度优化材料选型要从产品全局高度入手, 每个职能部门都应以相同的最终目标为己任, 即:按时按量满足客户的交货需求。
设立产品核心经营者, 全局经营管理产品。核心经营者统一协调管理产品涉及的各个职能部门。材料的优化选型是降低材料成本、改善材料供货的必要手段, 核心经营者负责调动资源、分配任务和成果考核, 以督促及时有效地完成必须的型号替代兼容等工作。
健全考核体系, 优化材料选型的指标分解到每个相关职能部门。涉及产品原材料选型优化的任务必须由研发、材料、供应领域的人员通力合作完成, 不能单一地以职能任务作为考核目标, 应该以产品全局目标为统一考核指标。
进行必要的成本核算和市场分析。从供应角度提供的材料选择信息在进行型号选择、替代之前, 应进行必要的成本核算, 包括该器件在整个产品中所占的成本比例、替代所耗费的人力等资源成本, 综合产品未来的生命周期和市场需求, 决策是否进行型号替代。
建立完善的流程和作业指导文件, 支持引导型号优选。减少各个职能部门因人员变动对材料优选的影响。建立完善齐备的流程和作业指导文件, 规范作业流程以及操作程序步骤, 促进材料优选的进行。
建立材料优选专家团队, 负责优选信息搜集以及型号优选的评审。专家人员要具备材料供应采购的专业知识和经验, 对选型器件的成本、货期、供货渠道、服务支持、财务条款等情况能够做出综合的分析判断。
重视与供应商的信息沟通交流, 引导供应商提供主流型号支持。供货市场的信息千变万化, 定期与关键供应商进行沟通交流是必不可少的。
(王忠勇:中兴通讯股份有限公司)
选型优化 篇2
关键词：暗立井；单绳缠绕；罐锤；提升系统；优化选型
1 选型背景和意义
开滦钱家营矿业公司是一个年产六百万吨的特大型现代化矿井，其暗立井只有一处，井筒垂直深度250m，担负着人员上下及提升材料、矸石的重要任务。提升系统现采用单绳缠绕式罐罐提升，提升容器为1.2m宽双层双车罐笼，主要提升矸石和人员，但无法提升体积大的设备。随着公司的生产逐渐向着更深水平延伸，许多大型的设备需要及时补充，现有罐笼的承载能力已经满足不了生产运输需求，故需要安装新的提升系统，根据井筒布置尺寸，初步选定提升系统的提升容器为1.7m宽双层四车的非标罐笼，矿井实际最大提升载荷为14t，提升钢丝绳直径为Φ52mm，为保障提升钢丝绳的安全系数和闸系统的稳定性，需要尽可能的减轻罐笼的重量。同时根据暗立井井筒的现场实际情况，必须选择一个配套的平衡锤，来实现暗立井罐锤提升系统。为了使提升系统既能满足矿井提升要求，又能保证提升安全，需要对新的系统优化选型。
2 优化方案及创新点
2.1 罐笼 针对钱家营矿二水平、三水平的不断延伸，大型设备需求不断加大，既要保证井筒布置尺寸，又要满足承载能力要求，为此选择了1.7m双层四车非标罐笼配套平衡锤，同时为了减轻罐笼重量，将罐笼上盘体、中盘体、主拉条、侧邦板和辅助拉条均采用钢铝结构，完全取代全钢材料制作的罐笼，重量相比全钢罐笼减轻3.4t。为防止钢铝发生电化腐蚀，承重铝材表面均做阳极化处理，并喷涂航空专用防腐、防锈漆以提高抗氧化使其自身防腐能力更强。罐笼的钢材与铝材连接处均用干涉螺栓、螺母，且所有螺栓连接处涂防松胶密封。铝材与钢板之间采取绝缘板，防止电化学腐蚀。根据煤矿安全规程，单绳提升装置必须配套抓捕器，由于现有国内抓捕器最大抓捕力为15t，型号为BF321。结合矿井最大提升载荷，现有抓捕器无法满足提升要求，经过创新抓捕器零部件中的主拉杆，使罐笼在运行过程中，在保持重量一定的情况下，创新型主拉杆（如图1）凸块相对于标准型主拉杆（如图2）凸块与罐笼主横梁下部的接触面积增大了0.037㎡。既提升了负载能力，又增加了罐笼安全系数，延长了使用寿命。
2.2 制动绳井底拉紧装置 暗立井罐罐提升系统的制动绳井底现采用人力使用千不拉将制动绳慢慢拉紧，需要在井底罐窩下工作，存在很大危险；另外现场工作环境差，空间小，工作时非常不便。人力拉紧已不适应现代化矿井发展需要，因此在暗立井罐锤系统制动绳井底采用液压拉紧装置代替人力拉紧，该装置主要由
绳卡、双楔块固紧器液压缸、固定装置组成。工作时，制动钢丝绳的上端经双楔块固紧器固定后，沿液压缸、底座穿过，制动钢丝绳的下端由固定装置中的双楔块固紧器固定。调绳时，制动钢丝绳的张紧力，调整液压缸的压力，使液压缸活塞杆伸出，将制动钢丝绳拉紧。
2.3 井筒的防过卷防过放缓冲装置 钱家营矿暗立井罐罐提升系统的防过卷防过放缓冲装置主要使用钢丝绳与工字钢连接，占用井筒深度长，且常年在恶劣环境下钢丝绳锈蚀快，需要经常更换和清理。经过对比选型为HGJ-D/HGF-D钢带式过卷过放缓冲装置，该装置的主体单元为组合立柱配置横梁。当发生事故时，提升容器推动横梁，带着滑柱运动，压辊组、逆止锁舌随着动；其中间压辊受曲轨作用产生水平位移，迫使钢带在压辊组中产生S形变形，吸能缓冲；同时逆止锁舌后部斜面受压被推入容器上盘之下，使容器的逆向运动同样为钢带的变形力所阻止。
2.4 滚筒主轴轴承
暗立井罐罐提升系统滚筒主轴现采用滑动轴承，为了润滑和降低温度，需要专门配置一台润滑站。优化选型后，采用滚动轴承代替滑动轴承，不再需要润滑站，减少了附属设备，节省了开支。
3 结论
①通过对单绳缠绕罐锤提升系统的优化选型和创新改造，使矿井提升更加智能化、便捷化和安全化，逐步达到了自动化水平的程度。②提高了矿井提升系统的安全系数，增强了矿井提升安全。③单绳罐锤提升系统的首次投入使用，必然会带来一些问题和麻烦，解决和处理需要深化和学习。
参考文献：
[1]王朝辉，王守义.轻型提升容器在煤矿的应用[J].中国科学技术，1989.
[2]龚文，王建理.立井提升系统过卷防护缓冲装置的选型计算与分析研究[J].煤矿现代化，2013.
[3]煤矿安全规程，2004年第一版.
作者简介：
主变压器选型优化 篇3
随着电力系统中电网建设规模的逐年扩大, 短路电流逐渐增大。尤其是在新建的变电站中, 短路电流过大常导致电气设备选型困难, 进而增加了投资费用。如果系统发生短路时的电流为I1, 则系统侧的阻抗Xd=U0/I1.变压器高、中、低三侧的阻抗分别用X1, X2, X3表示, 则单台主变运行时的10 k V短路电流可用下式计算:
2台主变110 k V侧并列运行时10 k V短路电流可用下式计算:
此外, 中压侧分列运行时与单台主变压器的运行情况相同, 3 台主变压器并列运行的情况依此类推。
由以上分析可知, 可通过以下方式降低短路电流值: (1) 110 k V母线采用分列运行的方式; (2) 主变低压侧串接限流电抗器; (3) 提升高压侧至中压侧的阻抗值。
在上述方式中, 110 k V变电站由上一级220 k V站辐射状供电, 而110 k V母线采用分列运行的方式会使110 k V线路形成单母线供电, 与双母线接线方式相比, 其可靠性低很多。因此, 220 k V变电站的110 k V母线多采用双母线接线方式。如果220k V变电站的最终规模为3台180 MVA主变压器, 则会有2台主变在同一段母线上运行, 而采用110 k V母线分列运行的方式仅能解决短时间内的短路电流问题, 因此, 不推荐采用该方式。
2主变低压侧加装限流电抗器
对于采用普通阻抗变压器加限流电抗器限制短路电流的方案而言, 需要设置3 台容量均为180 MVA的变压器, 系统侧提供的220 k V短路电流约为32 k A, 干式空心限流电抗器的额定电流为4 000 A, 电抗率为10%.
根据上述条件计算得出, 主变10 k V侧分列运行时, 限流电抗器前的短路电流值为65.69 k A, 限流电抗器后的母线短路电流值为20.64 k A, 可限制短路电流值为45.05 k A, 限流率为68.58%.此时, 对于10 k V母线及其配套设备的短路电流达到25 k A即可。
3加装高阻抗变压器和进行分裂绕组
应在限制10 k V母线短路电流的同时, 解决变压器近区短路故障影响变压器低压绕组的问题, 而加装高阻抗变压器是一种很好的解决方案。此外, 也可基于普通变压器的常规结构, 通过调整铁芯直径和绕组参数或采取绕组拆分措施, 增加绕组的漏抗, 简称为分裂绕组方案。采用此方案可提高变压器阻抗的电压值, 会有更多的漏磁通与一、二次绕组交链。而对于大容量的变压器, 漏磁通会加剧零部件和绕组的损耗, 并导致设备温度升高,
3.1 运行成本对比分析
加装高阻抗变压器的方案与分裂绕组方案的比较如表1所示。
由表1 可知, 加装高阻抗变压器的方案具有以下优点: (1) 空载损耗较小, 可降低约15%; (2) 负载损耗较小, 可降低约18%; (3) 运行经济性较高; (4) 可控制阻抗偏差, 从而满足扩建站并联运行的要求; (5) 极限分接阻抗波动较小, 运行平稳; (6) 结构简单、绝缘可靠性高。
在运行成本方面, 变压器的年电量损失可通过以下公式计算:
式 (1) 中:P0为变压器空载损耗, k W;PK为变压器负载损耗, k W;β为变压器的负载率, 按70%计算;t为变压器年工作小时数, 按8 760 h计算。
根据式 (1) , 采用分裂绕组方案变压器的年电量损失Q1=3624 888 k W·h, 采用加装高阻抗变压器方案的变压器年电量损失Q2=3 021 324 k W·h, 差值ΔQ=603 564 k W·h。按照江西地区工业用电电价0.65 元/k W·h计算, 采用加装高阻抗变压器方案每年节省的资金M≈39.2 万元。按照变压器寿命为30年计算, 在整个寿命期内, 每年折现率按照8%计算, 每年可节省资金441.3 万元。
通过上述比较得知, 内置电抗器的方案在运行和制作成本方面均优于分裂绕组方案。
3.2 变压器噪声对比分析
铁芯的磁致伸缩是变压器噪声的主要来源, 而加装高阻抗变压器方案中电抗器的容量一般为4 MVar左右, 只占主变容量 (180 MVA) 的2.22%, 可通过增强机械夹紧力来解决电抗器的噪声问题。
3.3 变压器电压调整率对比分析
电压调整率是指一个绕组的空载电压及同一绕组在规定负载、功率因数之下的电压之差与该绕组空载电压的比值, 通常以百分数表示。
4 结束语
本文比选了主变压器低压侧限制短路电流的3 种方案, 推荐加装高阻抗变压器的方案为本工程主变压器低压侧限流短路电流的主选方案。
摘要：分析比选了主变压器低压侧限制短路电流的3种方案, 即主变中压侧分列运行方案、普通阻抗变压器加限流电抗器方案和高阻抗变压器方案, 以期为相关单位的需要提供帮助。
热风干燥风机选型优化与实践 篇4
钢铁行业冷轧生产线, 为了将清洗后的带钢面表干燥, 常用的方法是配置热风干燥系统。热风干燥系统主要由热风干燥器、离心风机及换热器组成。北方一家钢铁企业冷轧机组使用的热风干燥系统配置了1台18 000 m3/h风量和15 000 Pa全压的风机, 该风机在实际运行过程中必须将风机入口阀门开度调节至40%左右, 否则风机电机就会出现电流过载停机。
1 问题分析
1.1 产生问题的原因
根据风机性能曲线, 电机电流过载说明风机运行工况点偏离了设计工况点, 偏离方向为风量增大方向, 此时风机全压小于设计值, 风机运行效率处于低效区, 此时风机实际运行功率升高, 导致电机电流过载[1]。初步分析, 问题的原因是离心风机的设计全压与系统实际运行阻力损失不匹配。
本系统简图见图1。
图1中, P1为消音器阻力损失, Pa;P2为风机入口管路 (含管件) 阻力损失, Pa;P3为风机出口管路 (含管件) 阻力损失, Pa;P4为换热器阻力损失, Pa;P5为换热器出口管路 (含管件) 阻力损失, Pa;P6为热风干燥器阻力损失, Pa。
因此, 需要计算出系统总阻力损失来确认实际运行阻力是否与风机设计全压相匹配。
1.2 系统阻力损失计算
1.2.1 入口消音器阻力损失P1
消音器阻力损失:
式 (1) 中, P1为入口消音器阻力损失, Pa;Pv1为消音器动压值, Pa;P2为风机入口管路 (含管件) 阻力损失, Pa;ξ1为消音器阻力系数;ρ为空气密度, kg/m3;v1为消声器内平均气流速度, m/s;g为重力加速度, m/s2。
本消音器选择的是F型阻抗复合式消音器, 查《实用供热空调设计手册》[2]表17.2-1, ξ1=1.5;空气密度取厂房内最低温时 (5℃) 对应的值, ρ=1.27;根据风量及消音器管径计算得v1=17。
计算得, P1=280.9 Pa。
1.2.2 管路阻力损失P2P3P5
管路沿程阻力损失:
式 (2) 中, Pm为管路沿程阻力损失, Pa;Δpm为单位管长沿程摩擦阻力, Pa/m;l为管长, m。
本工程风管管径为Φ630 mm, 管内流速为16 m/s, 管长约25 m, 查《实用供热空调设计手册》[2]表11.2-2, Δpm=3.77 Pa/m, 计算得Pm=94.3 Pa。
管路局部阻力损失:
式 (3) 中, Pj为管路局部阻力损失, Pa;∑ξ为局部阻力系数之和;v2为管内空气流速, m/s。
本工程局部阻力点见表1。
如上, ∑ξ=2.78, 计算得Pj=451.9 Pa。
则管道阻力损失为:P2+P3+P5=Pm+Pj=546.2 Pa。
1.2.3 换热器阻力损失P4
根据换热器供应商返回的测试资料, 换热器阻力损失P4=200 Pa。
1.2.4 热风干燥器阻力损失P6
本系统送风至干燥器后, 热风经过干燥器内的喷管条缝喷出, 喷出速度为70 m/s左右, 在喷嘴处产生了大量的阻力损失, 占系统总阻力损失的80%以上。
关于条缝的局部阻力系数, 从《实用供热空调设计手册》[1]中查得的数据为1.48~1.78, 在这个范围内利用公式 (3) 计算得到的条缝处阻力损失为4 605 Pa~5 538.5 Pa, 范围内差值为933.5 Pa。为了准确获得此处的阻力损失, 本次计算使用了ANSYS流场模拟软件CFX对喷嘴出的阻力损失进行了模拟计算。
根据模拟结果, 喷嘴处的平均阻力损失为5 265Pa, 相当于这种条缝的局部阻力系数为1.69左右, 在手册推荐的范围内, 因此条缝处阻力损失P6取值5 265 Pa。
根据上述计算结果, 系统计算总阻力损失为:P1+P2+P3+P4+P5+P6=6 292.1 Pa。
根据GB50019-2003采暖通风与空气调节设计规范[3]第5.7.2条要求, 定转速风机全力应在计算压力损失上附加10%~15%, 即风机全压应为6 921.3 Pa~7 235.9 Pa。
根据风机样本, 可选性9-19-11.2D型高压离心风机, 额定工况点效率大于80%。
2 优化实践
根据上述分析, 确认了本机组热风干燥系统使用的离心风机的设计全压与系统实际阻力损失不匹配, 导致风机入口风门必须长期保持在40%左右的开度。这种情况下, 风机长期工作在低效工况点, 且在阀门处的阻力损失过大, 浪费了大量能耗, 风机运行的稳定性也较差[4]。
重新选型并更换了新的风机, 额定工况点为18 000m3/h和6 905 Pa, 风机效率为82%。更换了风机之后的热风干燥系统, 喷嘴处风速没有明显变化, 干燥效果良好, 系统运行稳定, 风机风门可以完全打开, 证明了上述选型计算是正确的。
改造后系统的风机能耗与之前的系统相比, 有了很大的降低, 改造前系统风机通过调节入口阀门开度降低风机全压, 一方面阀门处的阻力增大, 另一方面风机效率降低。对改造前后系统风机能耗进行对比如下:
a) 风机入口阀门阻力损失。改造前系统阀门开度为40%, 此时阀门局部阻力系统为11.2, 阀门阻力损失为1 820.7 Pa;改造后系统阀门开度为100%, 此时阀门局部阻力系数为0.19, 阀门阻力损失为30.9 Pa;
b) 系统总阻力损失。改造前系统总阻力损失为6 905+ (1 820.7-30.9) =8 694 Pa;改造后系统总阻力损失为6 905 Pa;
c) 风机运行效率。改造前系统风机运行效率低于50%;改造后系统风机运行效率约为82%;
d) 风机能耗。
风机运行能耗:
式 (4) 中, N为风机运行能耗, k W;Q为风机流量, m3/h;P为风机全压, Pa;η为风机运行效率;ηm为风机传动效率 (本类型风机为0.98) 。
改造前系统风机运行能耗约为43 k W;改造后系统风机运行能耗大于88.7 k W。
3 节能效果
改造后的系统, 风机设计参数与系统实际运行参数相匹配, 系统运行能耗更低, 更平稳, 相对于改造之前的系统, 每小时可节约能耗不低于45.7 k W。若平均电价按0.55元/ (k W·h) 、全年运行时间6 800 h计算, 全年可节电约31.1×104k W·h, 可降低电耗成本约17.1×104元。
4 结语
介绍了北方一家钢铁企业冷轧机组热风干燥系统风机选型的优化与实践, 对所有涉及到风机选型的设计均有一定的参考价值。
介绍的风机改造, 仅1台风机在改造之后就可以带来全年约31.1×104k W·h的降耗。对于整个工厂来说, 如果对所有风机均进行选型核算, 而且有优化的空间, 应尽可能地进行改造, 响应国家号召, 切实做好钢铁行业的节能减排工作。
摘要：介绍了北方一家钢铁企业冷轧机组热风干燥系统风机运行不正常的原因, 并进行了选型计算及优化实践, 对改造前后系统能耗进行了对比, 改造后的系统能耗大大降低。
关键词：钢铁,风机选型,节能
参考文献
[1]万玲.基于实测的中央空调系统风机选型和节能分析[D].武汉:武汉科技大学, 2011.
[2]陆耀庆, 王天富, 王谦, 等.实用供热空调设计手册[M].北京:中国建筑工业出版社, 2008.
[3]中华人民共和国建设部.GB50019-2003采暖通风与空气调节设计规范[S].北京:中国计划出版社, 2003.
某高层住宅结构方案选型及优化 篇5
随着经济建设的发展, 我国各地均兴建了大量的高层建筑, 近十年更是取得了令人瞩目的成就, 成为世界高层建筑发展的中心之一。而与此同时, 由于建筑高度的不断增加、建筑功能的多样化, 结构类型也变得更加的复杂。作为结构设计人员, 如果对结构设计概念不清晰, 不但会造成经济上的浪费, 更可能对结构安全产生重大隐患, 特别是是作为国家大力发展的安置房、公租房、廉租房等民生工程, 结构概念设计显得尤为重要。本文将结合实际工程, 从结构的概念设计出发, 完成结构方案的选型及优化。
1 工程概况
本工程为龙岩市某安置小区, 位于龙岩市新罗区, 地下2层, 地上32层, 1、2层为配电房及社区服务用房, 3~32层为单元式住宅, 建筑总高度97.8m。龙岩市抗震设防烈度6度, 设计基本地震加速度为0.05g, 设计地震分组为第一组。设计基准期为50年, 结构的设计使用年限为50年, 建筑结构安全等级为二级。抗震设防类别:丙类建筑, 场地类别暂定为II类。龙岩地区基本风压值ω0=0.35KN/㎡, 地面粗糙度类别为B类, 风荷载体型系数取1.4。结构整体分析采用中国建筑科学研究院建筑工程软件研究所开发的网络版PKPM-SATWE (2010版) 软件计算。
2 结构体系布置及方案优化
2.1 结构体系
(1) 框架结构。由梁和柱为主要构件组成的承受竖向和水平作用的结构, 节点一般为刚性节点。框架结构布置灵活, 可形成较大使用空间, 施工简便, 但抗侧刚度小, 侧移大。变形形式为剪切型。
(2) 剪力墙结构。由钢筋混凝土墙承担全部竖向荷载及水平荷载, 结构抗侧刚度大, 侧移小, 但平面布置不灵活, 且施工比较麻烦, 造价较高。变形形式为弯曲型。
(3) 框架—剪力墙结构。由框架和剪力墙组成的结构体系, 既能形成较大的使用空间, 又具有较好的抵抗水平荷载的能力。变形形式为弯剪型。
本工程高度较高, 地震及风荷载作用较大, 不宜采用框架结构。为了满足地下室及1、2层建筑功能要求, 建筑中间应尽量采用框架, 保证空间利用, 使建筑布置更加灵活, 综上采用框架—剪力墙结构, 建筑高度不超过130m, 属于A级高度的高层建筑结构, 抗震等级为框架三级, 剪力墙三级。
2.2 结构布置
(1) 平面布置。高层建筑平面布置应当尽量简单、规则, 质量、刚度和承载力分布宜均匀, 受力与传力途径应当简单、直接、明确, 减少扭转的影响。
本工程平面对称, 沿两个主轴方向均设有竖向抗侧力构件, Y方向剪力墙墙肢长度较长, 以使两个方向抗侧刚度接近, 且结构在两个主轴方向均设有多道抗震防线, 增强结构抗倒塌能力, 端部及角部设剪力墙以增大结构抗扭刚度。
(2) 竖向布置。竖向抗侧力构件 (剪力墙、框架柱) 沿竖向均匀布置, 侧向刚度宜均匀变化, 竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小, 避免侧向刚度和承载力突变。
本工程剪力墙截面尺寸位于1~2层部位为250mm, 3~32层为200mm, 框架柱截面不变, 混凝土强度自下而上由C45递减至C30, 竖向抗侧力构件均连续且无突变, 侧向刚度下大上小, 逐渐均匀变化。
2.3 初步方案及分析
根据结构体系选择及结构布置要点, 确定结构初步方案平面布置如图1:
SATWE结果分析如下:
(1) 前三个振型周期如下:
第一、第二振型均分别为Y、X方向平动为主, 扭转系数极小, 第三振型则以扭转为主, 平动系数极小, 故判定结构第一平动周期为3.3889, 扭转第一周期为2.3982。周期比0.71, 满足规范0.9限值要求。
(2) 部结构在各荷载工况下的最大位移如下:
X方向最大层间位移与平均层间位移的比值:1.21, Y方向最大层间位移与平均层间位移的比值:1.25。
框架—剪力墙结构位移不宜大于1/800, A类高度建筑位移比不宜大于1.2, 不应大于1.5。由上表可见, 该结构在Y方向风荷载作用下, 位移偏大, 达到1/859, 十分接近规范限值, 根据SATWE结果检查发现, 最小位移出现在结构角部。两个主轴方向位移比虽未超出规范强制要求, 但也均超出规范建议位移比限值, 宜进行方案优化减小结构位移及位移比。
(3) 底层X向剪重比0.77%, Y向剪重比0.73%。结构第一周期为3.38s, 小于3.5s, 6度区多遇地震下最小剪重比限值为0.8%, 该结构两个方向均不满足规范要求, 应对各楼层两个方向剪力乘以增大系数以满足最小地震剪力要求。考虑到Y方向剪重比与规范限值相差较大, 及结构在Y方向的位移也偏大, 判定结构总体抗侧刚度偏小, 因此进行方案优化, 增加结构整体抗侧刚度。
(4) X方向最小楼层抗剪承载力之比:0.96, Y方向最小楼层抗剪承载力之比:0.96, 满足规范0.8限值要求, 楼层承载力无突变。
(5) X方向最小刚度比:1.0000, Y方向最小刚度比:1.0000, 侧向刚度规则。
初步方案在结构平面布置均匀, 扭转效应影响较小, 竖向布置也均满足规范要求, 但结构整体抗侧刚度偏小, 在水平荷载 (风、地震) 作用下, 位移偏大, 地震剪力系数偏小, 因此在对方案优化时, 应均匀增加结构X向、Y向抗侧力构件, 且着重加强位移最大处角部抗侧力构件。
2.4 优化方案及分析
针对初步方案进行加强优化后, 结构平面布置如图2:
可以看出, 结构在中间及端部增加了部分墙肢, 角部及端部的Y方向墙肢长度均加长, 使结构在X向抗侧力构件有了小幅增加, 而Y方向抗侧力构件则有较大增加, 对原先结构X方向稍弱, 而Y方向较弱的情况进行了加强。
SATWE结果分析如下:
(1) 前三个振型周期如下:
第一、第二振型仍分别以Y、X方向平动为主, 扭转系数为0, 第三周期以扭转为主, 平动系数也只占了0.01, 周期比0.73, 满足规范0.9限值要求。
(2) 上部结构在各荷载工况下的最大位移如下:
X方向最大层间位移与平均层间位移的比值:1.17, Y方向最大层间位移与平均层间位移的比值:1.20, 均满足规范位移比1.2限值要求。
(3) 底层X向剪重比0.80%, Y向剪重比0.81%, 满足规范要求6度区基本周期小于3.5s时结构剪重比0.8%限值要求。
(4) X方向最小楼层抗剪承载力之比:0.94, Y方向最小楼层抗剪承载力之比:0.94, 满足规范0.8限值要求, 楼层承载力无突变。
(5) X方向最小刚度比:1.0000, Y方向最小刚度比:1.0000, 侧向刚度规则。
优化之后结构刚度增大, 各振型下周期均有不同程度减小, 扭转效应也进一步减小。结构最大位移, 位移比均减小且满足规范限值要求, 剪重比也增大至规范要求限值, 结构优化方案达到预期效果。
2.5 结构抗震措施
为实现建筑抗震设防目标, 不但要求框架和剪力墙有必要的承载力和刚度, 还应具有良好的延性和耗能能力, 而成为延性耗能结构, 其中应注重以下几点抗震设计概念:
(1) 强柱弱梁、强墙肢弱连梁。
(2) 强剪弱弯。
(3) 强核心区、强锚固。
(5) 限制柱轴压比, 加强柱箍筋对混凝土约束;限制墙肢轴压比和墙肢设置约束边缘构件。
(5) 设置底部加强部位及薄弱处局部加强。
由于梁是受弯构件, 相比作为压弯构件的柱, 更容易实现大的延性和耗能能力, 应尽量使塑性铰出现在梁端, 除底层柱嵌固端外, 柱端不出现塑性铰。连梁屈服先于墙肢, 使塑性变形和耗能分散于连梁中, 可以避免墙肢过早屈服导致变形过大而形成倒塌机制。为使梁、柱、墙肢出现弯曲破坏, 通过调整截面受剪承载力与受弯承载力相对大小, 来避免构件出现脆性受剪破坏。
框架柱配筋均比计算结果增大至1.2~1.5倍, 梁端支座钢筋配筋量不增加, 较大跨度梁跨中钢筋加大至配筋面积1.2倍, 连梁抗弯刚度折减至0.6, 减小连梁弯矩设计值, 实现连梁先于墙肢屈服。墙、柱轴压比、墙肢稳定性验算均满足规范要求。1~3层设底部加强部位, 剪力墙墙肢设置约束边缘构件, 纵筋及箍筋直径在满足计算面积要求下, 均较规范最小要求提高, 4~5层设过渡层, 墙肢边缘构件抗震构造措施按照规范约束边缘构件要求设置, 使剪力墙墙肢刚度实现由下至上递减。
电梯间、楼梯间避免设于受力复杂的拐角部位及结构单元端部, 由于楼板开洞导致楼面刚度削弱, 因此在电梯间、楼梯间周边板块进行加厚楼板且加大配筋处理。结构Y方向平面凹进尺寸大于该投影方向总尺寸30%, 为了减轻凹角处应力集中问题, 凹角处楼板均加厚处理, 且双层双向配筋, 提高板配筋率到2.5%。
3 总结
本工程结构选型及优化过程把握概念设计要点, 选型合理, 设有多道抗震防线, 沿两个主轴方向均有具有明确的地震作用传递途径, 且动力特性相近, 抗侧力构件布置于平面关键部位, 在保证结构具有合理的刚度和承载力分布同时又做到了经济。构造上对关键部位进行加强, 不拘泥于电算配筋结果, 对于平面薄弱处凹角, 加厚周边板块且加强配筋, 使其有足够的变形能力又不使薄弱层发生转移, 有效的提高了结构总体抗震性能。
时代的发展会产生更多更新的建筑形式, 这将对结构设计提出更高的要求, 而不论结构形式简单还是复杂, 只有抓住结构设计的要点, 注重结构概念设计, 从受力传力的本源出发, 才能做出安全、合理、经济的结构设计。
摘要：本文结合实际高层住宅工程, 从结构概念设计出发, 通过结构方案选型及优化, 简要阐述建筑抗震概念设计各要点在结构设计环节中的实现。
关键词：高层住宅,结构分析,抗震概念设计
参考文献
[1]中国建筑科学研究院.GB 50011-2010建筑抗震设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社, 2011.
[2]中国建筑科学研究院.JGJ 3-2010高层建筑混凝土结构技术规程[S].北京:中国建筑工业出版社, 2011.
[3]中国建筑科学研究院.GB 50009-2012建筑结构荷载规范[S].北京:中国建筑工业出版社, 2012.
[4]钱稼茹, 赵作周, 叶列平.高层建筑结构设计 (第二版) [M].北京:中国建筑工业出版社, 2012.
[5]朱炳寅.建筑抗震规范应用与分析[M].北京:中国建筑工业出版社, 2012.
选型优化 篇6
关键词：建筑结构,加固,加大截面加固法
建筑物的维修, 加固的设计和建造新的建筑物都有很大的区别, 在受到建筑物现有条件和环境的限制, 同时存在其自身的特点, 在结构力学性能, 施工方法, 施工方面都有其要求, 同时加固方案和施工也可能对原有结构的性能产生负面影响。在选择和分析确定加固方法时要依据可靠的鉴定结果, 结构和功能的情况, 功能要求和其他因素相结合, 按照加固效果, 施工简便, 操作简单, 经济合理的原则来进行。在本文中就加固工作常运用的加大截面。
1 增大截面加固法
(1) 受力特征。
在加固混凝土构件中使用的加大截面法, 导致原构件内部存在一定的压力, 新增混凝土的应力水平低于原有的构件, 这主要是由于旧混凝土的收缩不一致而导致相互平衡的张力和压缩应力。试验表明, 新旧材料的应力均可按照各自本构关系而增长, 这主要是由于新旧混凝土粘结可靠, 整个构件截面的应变增量与线形关系基本符合。然而, 由于存在受压区的应变滞后的现象, 新的混凝土应力要比其抗压强度低, 所以没能充分发挥其作用, 新增混凝土的应力要比其抗压强度低, 导致新增部分的应变滞后现象更严重, 所能发挥出的作用会更小。因此, 在降低原构件的应力方面, 在加固时可以使用临时卸载、支顶等措施降低原构件应力。在共同受力过程中, 新旧混凝土同时受到剪应力和一定的拉压应力的影响, 由此导致其处于非常复杂的二向和三向的应力场中, 在结合面上最先出现的是轴心受压柱的纵向裂缝, 由于新旧部分的共同工作能力的降低使得构件的整体刚度和承载能力而降低。在实际加固设计表达式中, 用于反映加固中新旧部分共同工作能力采用程度修正系数, 它的值一般取0.8～0.9, 这与构件受力性质、加固材料种类即原混凝土应力、应变水平相关。
(2) 承载力计算。
(1) 轴心受压构件。
在轴向压力下, 轴心受压构件同时要考虑新增混凝土, 钢筋的承压能力, 计算原则和现有的混凝土设计规范基本相同。加固后的构件达到极限承载力的同时, 原构件混凝土也将达到极限压应变, 这时原构件的混凝土和纵向钢筋的压应力同时达到材料强度值, 由于新的混凝土的应力与新增纵向钢筋的应力、应变要滞后于原柱的应力、应变, 因此使用新增混凝土及钢筋的强度乘以强度利用系数方式来进行折减。原混凝土的应力, 应变水平与新的混凝土, 钢筋强度系数都有着直接的关系, 新的混凝土, 钢筋强度的利用程度较低, 那么原有的混凝土应力应变级别越高。根据实验结果, 由于抗震规范对轴压比的限制性, 与此同时, 在《混凝土加固设计技术规范》要求轴压比要小于0.75, 在加固过程中, 混凝土可以卸载部分外载, 轴心受压构件的强度利用系数经综合确定近似取0.8。
(2) 受弯构件。
有两种基本形式用于增大截面法加固梁、板等受弯构件, 在加固板的过程中多增大受压区, 楼层或屋面允许梁顶面突出时才在梁中使用。在加固楼板时为了确保新旧混凝土结为整体的情况下, 在受压区加固受弯构件时可以按照现行的混凝土设计规范来验算和计算加固后的构件。在叠合式的受弯构件中, 验算结果表明如果增加混凝土叠合层就可以满足承载力的需要时, 那么就可以按照构件的要求来配置受压钢筋和分布钢筋。旧混凝土分为两个独立的组件计算以便来保证新旧混凝土成为一个整体, 在新旧部分间分配可以采用后增弯距按挠度相等的变形协调条件, 通常的状况下, 分布时可以根据截面抗弯刚度来实施。一般增加受拉区加固弯构件即可使新增钢筋屈服, 根据“混凝土结构设计规范”中的一般受弯构件的模式来计算加固后受弯承载力, 但新增主筋在连接构造和受力状态都会受到各种因素的影响, 为了安全起见, 一般新增钢筋的抗拉强度乘以折减系数0.9, 以及避免构件在使用时出现较宽的裂缝。
(3) 偏心受压柱。
加固钢筋混凝土偏心受压构件时使用增大截面法, 将新旧部分作为一个整体, 参考轴心受压, 受弯构件的基本原则计算, 考虑到新钢筋和混凝土的应力应变滞后, 工作等方面的共同因素, 新增混凝土和新增纵向钢筋强度乘以折减系数0.9, 根据混凝土结构设计规范来计算。
2 粘贴钢板法
(1) 主要特点。
加固混凝土结构可以使用粘钢法, 它的优点在于施工工艺简单, 质量有保证, 对结构自重, 构件的外形, 使用空间没有影响, 原构件的作用可以得到最大的发挥。然而, 其中需要使用的粘粘剂不能腐蚀性介质, 需要使用环境温度不高于60, 相对湿度不大于70%。谨慎使用在承受动力荷载和循环荷载的构件, 这主要是由于粘钢加固构件抗动力性能和抗疲劳性能方面试验没有充分的研究。
(2) 受力特征。
在加固构件受拉区外缘的粘贴钢, 加固构件抗弯刚度得以增加, 混凝土受拉变形得到了改善, 增加了加固构件开裂荷载, 同时外粘钢板的优点在于限制了混凝土的收缩抑制裂缝的增加和发展。测试表明, 在加固梁发生破坏时使用粘钢法这样可以使粘结在梁底的钢板屈服。在适当的钢筋范围内由于负载的增加, 原梁钢筋和粘贴的钢板都能得以屈服, 在受压区的混凝土破碎后也随之破碎。测试结果表明, 位于梁底部的钢板在梁破坏时没有屈服, 由于钢板端部与混凝土基层撕脱而导致梁的破坏, 这种情况主要是钢板锚固长度, 粘接剂质量低劣或基层处理不当导致的。在整个加载过程中加固组件, 因为现有的钢筋有一定的应力, 所以存在粘贴钢板的应力滞后现象。
(3) 承载力计算。
当采用粘钢法加固梁, 板和其他受弯构件时, 参考《混凝土结构设计规范》混凝正截面抗弯构件规定计算构件的抗弯承载力的组件, 在受力过程中粘贴钢板, 增补钢筋都有应力滞后现象, 因此, 原钢筋屈服时, 钢板可能没有屈服, 在确定钢板滞后应变时应依据构件在加固初时考虑二次受力影响的情况来进行, 因此在计算的过程中对钢板的抗拉强度设计值应乘以折减系数。在构件达到受弯承载能力极限状态前外粘钢钢和混凝土不存在粘接破坏, 它正截面抗弯承载力的增长幅度在加固钢筋混凝土结构构件后不能超过40%, 避免受弯承载力的增加还应检查其受剪承载力, 导致构件受剪先于受弯破坏
3 结语
根据建设现状和建设的目标要求来设计建筑加固, 在现有的规范要求的基础上采取相应的加固措施, 为发挥加固措施的发挥综合效应以及提高加固的效率;在加固计算时要充分考虑结构结构加固构件的应变滞后, 新旧材料协同工作和其他工作应力的因素, 以避免或尽量减少加固设计对原有结构的负面影响。
参考文献
[1]陈少杰, 顾祥林.层次分析法在既有建筑结构体系可靠性评定中的应用[J].结构工程师, 2005, 21 (2) , 3135
[2]袁浩, 何益斌.钢筋混凝土结构加固方案的模糊优选决策[J].湖南大学学报, 2001, 28 (3) , 132～136.
加药泵选型和工艺的优化设计改造 篇7
1 加药间主要设备的选型
我单位目前使用的加药泵主要是隔膜式计量泵, 依据中华人民共和国关于计量泵的国家标准 (GB/T7782—2008) 的规定, 计量泵根据“泵头部分”不同可以分为柱塞泵和隔膜泵;根据“过流部分”的情况不同分为:活塞式、机械隔膜式;液压隔膜式;根据“驱动方式”的不同分为:电机驱动、电磁驱动、气动;根据“工作方式”不同分为:往复式、回转式、齿轮式、液压隔膜式等。计量泵的选型非常关键。一般可依据如下原则选择:
1.1被计量液体的流量 (L/h) , 所需要的压力 (MPa) 。
1.2 被计量液体的主要特性, 液体名称、化学腐蚀性、黏度 (cp) 、温度 (℃) 、浓度、比重、固体含量等。
1.3系统的背压, 流动的稳定性需求、合适的吸升高度。
1.4 计量泵的工作环境状况, 例如是否需要耐腐蚀、防爆等。
1.5计量泵的计量精度。
2 比较加药泵的结构
在实际应用中, 有很多加药泵类型, 本站主要使用的是柱塞式计量泵、液压隔膜式计量泵以及隔膜式计量泵, 通过其结构分析。
柱塞式计量泵的优势是经济、高效, 并且容易修理, 但是这种计量泵也有自身的缺陷, 例如柱塞密封直接与液体接触, 从而导致柱塞受到磨损。一般情况下, 柱塞使用的是, 特殊且昂贵的材料, 维修费用较高, 如没有及时更换, 无法进行干转。机械隔膜计量泵的优势是零泄露、结构比较简单, 所以介质不会流出。这种计量泵的结构简单, 柱塞不会与介质接触, 无磨损, 能够干转。但是缺点是隔膜受力不均匀, 输出的压力较低, 最大只能到2MPa。液压隔膜计量泵的缺点:由于柱塞密封处的泄露, 隔膜将会逐渐后移最终将会超出隔膜的应力。入口管线关闭或入口端压力低时, 泄露补油阀将打开、隔膜然后向前并产生过度应力、入口管线关闭或入口压力低时泵仍然会损坏。在入口压力低或入口管线阀门关闭时, 隔膜先于柱塞到达前端点。这将导致液压舱压力过压。隔膜被强迫压入多孔的圆盘而损坏。在高压状况下, 前保护板的孔很小, 对含大颗粒的流体输出有一定影响。优点:收集器收集漏油、多空的圆盘阻止隔膜向后的过度应力、补油阀平衡泄漏量。多孔的圆板阻止隔膜向前的过度应力。无论入口关闭 (或阻塞) 或出口关闭或出口关闭 (或阻塞) , 泵都将是安全的。
通过对三种计量泵的分析, 要比较三者的结构, 工作人员能够发现液压隔膜计量泵是一种演化的设备, 主要是在柱塞是计量泵和机械隔膜式计量泵的基础上, 拥有更为复杂的结构, 技术上更为优秀。这种计量泵的使用范围最广, 在多个领域能够替代前两个计量泵, 称为唯一的使用和测量设备。
3 分析改进前后对比
工作人员需要根据联合站清水加药以及污水加药等工艺, 对三种泵进行研究和分析, 然后在进行合理的改进。
3.1改进前的工艺设计
通过三种计量泵, 都能够做到加药的效果, 比较常见的加药泵是机械隔膜计量泵和液压隔膜计量泵。这种污水处理和清水处理的方式, 具有较强的腐蚀性, 如果使用隔膜式计量泵或是柱塞式计量泵, 会造成泄露, 或对计量泵本身造成损害。工作人员可以使用压力表阀的形式, 通过压力达到加药的目的。
3.2存在的设计缺陷, 进行以下改进
我们在泵的出口增加一只脉动阻尼器, 脉动阻尼器采用隔膜式或气囊式, 这样就能很好的将脉动的流体转变为平滑的流体, 90%以上的液锤能量被吸收了, 泵出口的流体输出变的非常平稳, 泵出口的压力表指针的摆幅非常小, 在脉动阻尼器调整好的情况下, 压力表指针几乎固定。工作人员要将这种工艺应用到流体中, 针对这种生石灰、白土等易沉淀溶液对加药泵入口管线造成的阻塞, 要采取合适的工艺进行解决。
4 结语
在设备的优化和改造中, 工作人员要满足水的质量, 然后在这个基础上, 进行设备优化, 逐步实现管理自动化, 降低工人的劳动强度。这种优化设计的方式, 也能够进行高粘度的处理, 满足油田发展的各项需求。在污水注水合格率指标提升中, 工作人员要保证总体工艺管线和设备达到正常水平, 能够符合清水和污水的标准。在水质质量的提升中, 保证水质含油≤20 mg/L、悬浮物≤20 mg/L的技术指标, 能够有效防止外排污水对环境到恶性影响。通过这种优化设计, 能够降低资金投入, 节约成本, 为计量设备增加收益。
5 推广效应
联合站的清、污水加药改造工艺能完全满足油田的生产工艺, 降低了设备管线维护费用, 省时省力, 方便好用, 一次性投入费用小, 且能完全保证水质达标指标。该工艺系统良好的控制环境污染, 有效的提高了设备的效率, 能最大化的满足生产需要, 因此, 在油田单位和水质处理单位具有推广实际效应的应用价值。
摘要：通过对柱塞加药泵、机械隔膜计量泵和液压隔膜计量泵的结构的简单比较, 结合实际使用状况, 给出最适合我站的加药工艺。
选型优化 篇8
烟尘是燃煤电站生产过程中产生的主要污染物之一, 也是大气质量中PM2.5的主要污染源之一, 除尘技术直接影响火电厂烟尘排放情况。在满足严格的环保排放标准下, 合理选用除尘器型式, 对发电企业至关重要。
2 各型式除尘器除尘机理简介
2.1 静电除尘器除尘原理
静电除尘器内部布置有接高压直流电的阴极线和接地的阳极板, 阴极线和阳极板形成高压电场, 含有粉尘颗粒的烟气在此通过时, 阴极放电电离气体, 在电场力的作用下, 带负电的气体离子向阳极板运动, 运动时和粉尘颗粒碰撞结合使尘粒带负电, 带电后的尘粒也向阳极运动, 尘粒到达阳极后, 会放出其所带的电子, 尘粒则附着在阳极板上, 净化后的洁净烟气流出除尘器。附着在阳极板上的积灰通常采用振打方式清除, 振打清灰装置需要有足够的振打加速度, 还应考虑电场中积灰的规律。振打加速度应均匀、足够地作用在放电极和集尘极上, 同时又能控制二次扬尘降到最低。
2.2 布袋除尘器除尘原理
布袋除尘器采用过滤式原理, 含有粉尘颗粒的烟气通过纤维编织物制作的袋状物时, 固体颗粒物被捕集, 洁净烟气流出。含有粉尘颗粒的气体从进口烟道流入, 经过一次导流后进入各个滤室, 然后再经过二次导流板, 含尘气流速度降低, 均匀地分布在整个滤室, 通过引风机的负压作用, 缓慢地穿过滤袋, 净化后的气体外排, 粉尘则被拦截在滤袋表面。堆积在滤袋表面粉尘越来越多时, 除尘器的阻力会随之逐渐上升, 当阻力达到设定值时, 自动打开脉冲喷吹阀, 从喷吹管经喷咀喷出压缩空气。在这个空气波的作用下, 滤袋会发生急剧的膨胀变形, 变形到最大时, 滤袋膨胀运动突然停止, 产生一个很大的反向加速度, 在此反向加速度和反向穿透气流的作用下, 滤袋表面堆积的粉饼层脱离滤袋, 落入灰斗。
2.3 电袋复合除尘器除尘原理
电袋复合式除尘器是电除尘器与布袋除尘器的有机结合, 前级采用静电预除尘, 后级采用布袋过滤除尘, 电袋复合除尘器结合了两种收尘技术的优点, 弥补原来单一收尘方式的缺陷。电除尘中的第一个电场除尘效率最高, 当大量烟尘通过电场区被收集下来, 含尘浓度进入布袋除尘区时已经变小到原来的20%左右, 粉尘颗粒粒径也较小。前级电场区的除尘作用使滤袋的工作条件得到改善, 从而使滤袋阻力降低、滤袋寿命延长、清灰周期延长。前级电场区的荷电作用也使得粉尘的特性发生改变, 进入后级布袋区的粉尘成为荷电粉尘, 荷电粉尘在滤袋表面堆积时其结构会起微妙变化, 从而为布袋除尘建立一种新的工作条件。由于荷电粉尘在两种极性荷电作用下的吸附作用而形成的粉尘层的特性发生了根本性变化, 既改变了粉尘粒径状态, 又改变粉尘的堆积特性, 电袋复合式除尘器能保证极高的除尘效率。
3 各型式除尘器的特点及适应性
3.1 静电除尘器的特点
(1) 静电除尘器的优点。除尘器阻力小, 能处理高温烟气, 可得到较高的除尘效率, 对一般性能的烟尘, 在保证有足够的收尘面积的情况下, 通常可达到99%以上的除尘效率。
(2) 静电除尘器的缺点。静电除尘器缺点是对煤种、灰份及粉尘比电阻值的变化较为敏感, 除尘效率易受粉尘比电阻的影响, 不稳定。处理低硫, 高比电阻微细粉尘 (PM10和PM2.5荷电极其困难、易产生二次飞扬) 时除尘效率低, 设备投资高、能耗高, 同时静电除尘器在实际应用中受诸多不利因素影响。
(3) 静电除尘器的适应性。根据电除尘器的除尘机理, 影响电除尘器除尘效率的主要参数是烟气中粉尘的比电阻, 粉尘比电阻高的烟气采用静电除尘器除尘需要采取措施才能满足目前排放要求。
3.2 布袋除尘器的特点
(1) 布袋除尘器优点。除尘效率高, 对煤种的适应性强, 烟尘的性质即烟气温度、烟气量、灰成分、烟气含尘浓度的变化对除尘效率影响基本不大, 即对粉尘排放量影响不大。
(2) 布袋除尘器缺点。滤袋寿命较短, 维护费用较高。运行阻力较高, 风机能耗较大。滤袋承受SO3、NO2、O2及高温等的能力较弱。
(3) 布袋除尘器的适应性。根据纯布袋除尘器的除尘原理, 煤种和粉尘的特性对布袋除尘器的除尘效率造成影响不大, 布袋除尘器的适应性强, 在对细微和超细微烟尘颗粒的捕集上其效果要优于其它类型除尘装置, 且其排放浓度具有长期的高效性和稳定性、能满足不同工况条件下的运行要求。
3.3 电袋复合式除尘器的特点
(1) 电袋复合式除尘器的优点。电袋的阻力上升率平稳, 平均阻力低。维护工作量相对较少, 操作便捷, 节能明显。
(2) 电袋复合式除尘器的缺点。由于布袋除尘区进口与电除尘区无法有效完全隔开, 在烟气温度过高时会对滤袋产生一定的影响。
(3) 电袋复合式除尘器的适应性。电袋复合式除尘器的除尘效率不受煤种和粉尘特性的影响, 适应性很强, 排放浓度长期稳定, 具有长期的高效性和稳定性、能满足不同工况条件下的运行要求。由于粉尘带负电, 布袋表面的积灰比较松散, 阻力低, 布袋清灰不需要很高的冲击力, 对布袋损害较小, 延长了布袋的使用寿命。
4 结论
(1) 从技术分析上看, 要求的除尘效率和出口排放浓度, 低低温静电除尘器、布袋除尘器和电袋复合除尘器均能满足, 电袋除尘器和布袋除尘器粉尘特性的适应性较好, 但抗高温烟气能力较差, 烟气布袋寿命有限, 维护工作量大, 静电除尘器对烟温不敏感, 使用寿命长, 维护简单, 但对燃煤煤质适应性差。
(2) 从风险分析看, 布袋除尘器能长期保证排放限值, 除尘效率基本上不受烟尘性质的影响, 但其阻力较大且易受粉尘浓度的影响, 风机能耗大。静电除尘器受煤种、烟气工况、飞灰特性等因素的影响较大, 当燃煤煤质变动严格控制在合理范围内时, 采用静电除尘器较合适。
参考文献
[1]李奎中, 莫建松.火电厂电除尘器应用现状及新技术探讨[J].环境工程学报, 2013.