基于ANSYS的脱硫烟道结构有限元分析
基于ANSYS的衬鳞烟道结构有限元设计分析
可 靠性 高 、 脱 硫 剂利 用率 高 、 适 应 大容 量机组 和 高硫
分 煤种 以及 副产 品 可 综 合 利 用 等 特 点 ¨ 。 其 中脱 硫 烟道 是湿 法 烟气脱 硫 系统 的重要 组 成部 分 。脱硫 烟 道是 由钢板 和型 钢 加 固肋 组 成 的矩 形 壳 体 ， 带 有 玻 璃鳞 片 内衬 ， 壁 板 厚 度 通 常 ≤６ｍ ｍ， 具有截面大 、
中 图分 类 号 ： Ｘ Ｔ Ｏ １ ． ３
文 献标 识 码 ： Ｂ
文章编号 ： １ ６ ７ ４—８ ０ ６ ９ ｆ ２ ０ １ ３ ） ０ ４—０ ２ ９— ０ ２
Ｏ 引 言
石 灰 石 湿 法烟 气 脱 硫工 艺 具 有 脱 硫率 高 、 运 行
片 防腐 层 。为满 足 衬 鳞 烟 道结 构 载 荷 要求 ， 通 常有
力， 其 受力 较为 复 杂 ， 同时承受 弯矩 、 剪力 、 轴力 的复
合作 用 ， 通 常采 用 Ｓ Ｈ Ｅ Ｌ Ｌ单元 。 （ ２ ） 由于 加 固 肋 与 烟 道 壁 为 焊 接 结 构 ， 它们 共 同承担 内壁传 来 的荷 载 及 自重 ， 其 承受 荷 载 类 型 为
弯矩 轴力 、 剪力 ， 通 常采用 Ｂ Ｅ Ａ Ｍ 单元 。
取， 但是 这 种设 计 方式 没 有 考 虑 到 烟 道 内壁 进 行 鳞 片涂层 防腐 处理 之 后 ， 烟 道 壁 允 许 挠 度相 应 降低 的 情况 ， 因此 不能 满足 精确设 计 的要 求 。 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ是 大 型通 用 有 限元 数 值分 析 软件 ， 利用 它 对火 电厂 湿法 脱 硫工 程大 型衬鳞 烟 道结 构 的形式 和 安全 性进 行分 析 ， 可 以及早 发现 设计 缺 陷 ， 并 进行
基于 ANSYS的脱硫塔应力分析计算
基于 ANSYS的脱硫塔应力分析计算李卫卫;顾礼新【摘要】根据脱硫塔结构的重复对称性,选择脱硫塔对称部分建立力学模型. 考虑自重、风载荷、地震载荷及温度场的分布,利用ANSYS有限元软件对脱硫塔的主体结构及各主要部位进行结构应力和热应力分析,得到其相应的应力强度云图. 根据JB4732 -95《钢制压力容器———分析设计标准》进行强度校核,结果表明,强度满足要求.%According to the symmetry of the structure of the desulfurizing tower , the symmetry part model of the desulfurizing tower iscreated .Considering the gravity , wind load, earthquake load and distribution of temperature field, the stress analysis and thermal stress analysis on the structure and some im-portant components are carried out by use of the finite element software ANSYS , the stress intensity contour are obtained.The intensity check are made according to JB4732—95 Steel pressure vessel – analysis and design criteria.The results show that intensity of the desulfurizing tower meet the require-ments.【期刊名称】《化肥设计》【年(卷),期】2015(053)006【总页数】6页(P28-33)【关键词】脱硫塔;ANSYS有限元软件;应力分析;强度校核【作者】李卫卫;顾礼新【作者单位】上海克硫环保科技股份有限公司,上海 201203;上海克硫环保科技股份有限公司,上海 201203【正文语种】中文【中图分类】TQ441.41有色金属冶炼排放的烟(废)气中含有SO2等有害气体，造成大气污染和酸雨危害。
ANSYS有限元分析软件在除尘管道改造中的应用
ｔ ｈｅ ｎ ｇ ｕ ｉ ｄ ｅ ｔ ｈｅ ｍｏ ｄｉ ｉｃ ｆ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｄ ｕｓ ｔ ｉ ｎ ｇ ｐｉ ｐｅ ．
【 Ｋ ｅ ｙ ｗ ｏ ｒ ｄ ｓ ］ Ｄ ｅ ｄ ｕ ｓ ｔ ｉ ｎ ｇ ｐ ｉ ｐ ｅ ｒ ｅ ｎ ｏ ｖ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ， ｉ ｆ ｎ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ， Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ
２ 有 限元 建模
丌
图 １ 除尘器 出口至风 机入口管路图
根 据管 道压 力 损失 经验 公式 计算 。 初 始条件 及载 荷设定 ： 风温设 定 ５ ０ ￣ Ｃ， 密 度
Ｐ＝ １ ． １ ０ ５ ｋｇ ／ ｍ。
原管路走 向最不合理 的是在 除尘 器出 口处 ， 管路布置如图 １ 所示。在 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ ／ Ｌ Ｓ — Ｄ Ｙ Ｎ Ａ 有限 元 软件 中， 建 立 板 式 除 尘 管 道 三维 几 何 模 型 。 再 经网格划分 ， 加载边界条件 ， 结果计算等几步 ， 得 到 了模拟 结 果 。 ２ ． １ 参数设置及仿真计算 根据《 除尘器设计手册》 的局部阻力系数 ∈的 取值 ， 弯头一般取 ０ ． ２ ２ ～ ０ ． ３ ３ ， 变断面矩形直角弯管 般取 ２ ２ Ｅ 右， 而矩形 ｚ 形弯管一般取在 ３ ～ ４ ． ２ 。
基于ANSYS软件的排气管模态有限元分析报告
基于ANSYS软件的排气管模态有限元分析报告一、概述本次大作业主要利用ANSYS软件对排气管的模态进行分析,计算出排气管的固有频率和振型。
然后与实际情况进行比较,证明分析的正确性,从而为排气管的优化分析提供了充分的理论依据，并且通过对ANSYS软件的实际操作深刻体会有限元分析方法的基本思想，对有限元分析方法的实际应用有一个大致的认识。
二、问题分析如图1所示为简单排气管模型，包含三段尾管模型，采用Workbench软件建立几何模型，模型尺寸自行定义，尺寸定义要符合实际，并分析三段尾管的自由模态，不同尾管之间采用绑定接触连接，每段尾管的材料均为不锈钢。
图1 排气管三、有限元建模首先进行几何模型建立，先建立中间断尾管的几何模型，排气管建立面体模型即可，首先建立线体截面，然后通过旋转生成几何实体。
旋转草绘面，并进行对称，最终建立中间段尾管几何模型。
再建立第三段尾管模型，首先建立端部直径为50mm的圆，并拉伸16mm，再在距离该圆端部15mm位置建立基准平面，并建立直径为40mm的草绘图，并拉伸80mm通过融合功能，连接直径50mm和40mm的两个圆的端面将上图最右端的圆环面绕距离Y轴200mm的中心轴旋转20°，随后拉伸180mm，最终几何模型如下所示：同理再建立第一段尾管，并对几何过度位置进行适当倒角，最终排气管模型如下图所示：如图 2所示，采用材料默认的结构钢材料即可，材料的杨氏模量为2e11Pa，泊松比为0.3，密度7850kg/m3，三个部件材料均为结构钢。
图 2 材料定义对排气管模型进行网格划分，网格尺寸设置为4mm，网格模型如下所示，自由模态分析不需要施加任何载荷。
图8 网格模型四、有限元计算结果模态分析是研究结构动力特性一种方法，一般应用在工程振动领域。
其中，模态是指机械结构的固有振动特性，每一个模态都有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。
分析这些模态参数的过程称为模态分析模态分析的作用，往往是为了能够知道所分析结构的模态频率、模态振型等结果。
脱硫塔结构的有限元分析及动力简化计算
脱硫塔结构的有限元分析及动力简化计算
叶献国;钟维军;赵书锋
【期刊名称】《钢结构》
【年(卷),期】2007(022)010
【摘要】利用有限元方法对某电厂烟气脱硫吸收塔进行结构计算分析,得到塔体的频率、振型等动力特性,然后对塔体结构建立等效简化地震反应分析模型.分别对实体模型和简化模型输入地震波,进行动力分析,研究塔体结构的抗震性能,数据比较表明:实体模型与简化模型的地震反应吻合较好.建议在设计脱硫吸收塔结构时可采用此简化方法对其进行地震作用的计算分析,以满足工程设计的实际需要.
【总页数】5页(P42-46)
【作者】叶献国;钟维军;赵书锋
【作者单位】合肥工业大学,土木建筑工程学院,合肥,230009;合肥工业大学,土木建筑工程学院,合肥,230009;合肥工业大学,土木建筑工程学院,合肥,230009
【正文语种】中文
【中图分类】TU3
【相关文献】
1.脱硫塔结构有限元动力特征分析 [J], 薛嵩;唐怀忠;盛宏玉;徐延忠
2.脱硫塔结构的有限元分析及动力简化计算 [J], 叶献国; 钟维军; 赵书锋
3.基于ANSYS Workbench的动力电池箱有限元分析及结构改进 [J], 梁冲;邓腾树
4.车载动力电池包有限元分析及结构优化 [J], 刘娜;高媛媛;崔长青;刘鹏;王成诺;刘
永辉
5.基于有限元法的动力输出主轴结构分析及优化 [J], 李云鹏;程自力;张红涛;万国伟
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
国内脱硫塔多种主流塔型有限元分析
国内脱硫塔多种主流塔型有限元分析张华1, 王吉特2, 陈瞻3(1. 中国华电工程（集团）有限公司，北京市，100044；2.大唐环境科技工程有限公司，北京市，100097；3. 北京康瑞健生环保工程技术有限公司，北京市，100089)［摘要］采用壳单元、梁单元，利用ANSYS软件APDL对喷淋塔进行参数化建模，对结构的自重、液体静压力、风压及地震荷载各种组合工况下进行了强度和稳定性研究。
通过分析，可以找到该结构形式的薄弱环节，为进一步设计提供了良好的依据。
［关键词］脱硫塔；有限元；ANSYSFinite element analysis of several primary desulfurizationabsorber in chinaZhang-hua1, Wangji-te2, Chen-zhan3(1. China Huadian Engineering Co.,Ltd，beijing 100044,China；2. Datang Environmental Technologies & Engineering Co.,Ltd，beijing 100097,China；3. Beijing Krjs Environment protection Engineering-tech Co.,Ltd，beijing 100089,China)［Abstract］With shell63,beam188 element,parametric FEA modal is established for large desulfurizer by using APDL of the finite element software ANSYS.The structure is analyzed strength and stability under combined load of weight,wind and seismic load. Results show that there exist week links,providing with good basis for further designing.［Keywords］Desulfurizer; Finite element analysis ; ANSYS0 引言受国家环保政策对燃煤二氧化硫排放控制要求的推动，近几年，烟气脱硫市场呈井喷状扩大，庞大的脱硫产业应运而生。
ANSYS有限元软件在脱硫塔原烟道结构大开口的应用研究
ANSYS有限元软件在脱硫塔原烟道结构大开口的应用研究本文利用ANSYS软件建立了脱硫塔的有限元模型，施加载荷，在不同载荷工况下对结构大开口部分进行分析研究和设计优化，既保证了脱硫塔结构的强度，又降低了工程成本。
标签：有限元;结构大开口;应用研究1 引言2018年10月26日修正的大气污染防治法，要求保护环境，防治大气污染，保障人民健康，推进建设生态文明，促进社会可持续的发展。
火力发电厂燃煤产生的污染物主要有烟尘、SOX、NOX和CO2等，需要通过对废气进行脱硫、脱硝的设备处理，才能排入大气，所以脱硫塔应运而生。
脱硫塔主要由底板基础环、圆柱（台）形塔侧壁、原烟道、净烟道、过滤装置、喷淋装置、扶梯、顶盖、操纵平台以及其附属结构等组成[1] 。
本文着重介绍ANSYS有限元软件在塔体大开口结构（原烟道段）力学分析的应用。
塔体结构承受的载荷，除了与压力容器相同的载荷外，还有至关重要的风载荷、地震载荷和重量载荷、偏心质量载荷（集尘载荷、积雪载荷、附属装备等）等。
要保证塔设备在多种载荷联合作用下安全运行，就必须对各种工况下，多种载荷的联合作用进行结构方案设计计算，以确保设备有足够的强度和稳定性。
2建立脱硫塔有限元模型对结构模型进行简化处理，根据图纸尺寸进行有限元模型建立。
建模时需要单位制，本次建模使用的相關单位是：长度m、时间s、重量Kg、力N、密度Kg/mm3、应力Pa。
建立的模型如图3所示。
脱硫塔结构有限元模型由三种单元组成：塔壁、过路层和烟道等采用板壳单元SHELL63;支架、进口烟道上眉线补强板和烟道口膨胀节法兰采用梁单元BEAM188;支架上的附加质量采用质量单元Mass21。
原烟道结构大开口尺寸参数为12.5*6米，开口巨大，对整体结构传力路线有一定的破坏，结构强度、刚度削弱严重，需对开口部分进行补强处理。
3载荷加载及结果分析根据不同载荷工况计算，塔体结构大开口段的有限元计算结果，载荷工况如表1所示。
脱硫塔结构的有限元分析及动力简化计算
严 格控 制有 毒有 害物 质 的排 放 已经成 为 当前 电
２ ． ｍ 处分 别设 置 ３道 喷 淋 管 道 ， 道 直 径从 进 口 ７６ 管
部分 逐 渐 递 减 ， 别 为 １ ０ ８ ０ ６ 、 ． ｍ， 度 为 分 、． 、 ． ５ ０４ 厚
力 环保 领域 的重 要课题 。烟气脱 硫 是降低 煤燃 烧所
此 简化 方 法 对 其 进 行 地 震 作 用 的 计 算 分 析 ， 满足 工程 设 计 的 实 际需 要 。 以
关键词
烟 气脱 硫 吸 收 塔
有 限 元 分 析 简化模 型 动 力 特 性
抗 震性 能
ＦＩ Ｉ Ｎ ＴＥ ＥＬＥＭ ＥＮＴ ＡＮＡＬＹＳ Ｓ ＡＮＤ Ｉ ＰＬＩ ＥＤ Ｉ ＳＭ ＦＩ ＤＹＮＡＭ Ｉ ＣｏＭ ＰＵＴＡＴＩ Ｃ ｏＮ ｏＦ ＴＲ ＵＣＴＵＲＥ Ｓ
塔 体 结 构 建 立 等 效 简化 地 震 反 应 分 析 模 型 。分 别 对 实体 模 型 和 简化 模 型 输 入 地 震 波 ， 行 动 力 分 析 ， 究 塔 体 结 进 研
构 的 抗震 性 能 ， 据 比较 表 明 ： 数 实体 模 型 与 简化 模 型 的 地 震 反 应 吻 合 较 好 。建 议 在 设 计 脱 硫 吸 收 塔 结 构 时 可 采 用
ＡＢＳＴＲＡＣＴ Ａ ｎａｙｓｓ ｕ ｉ ｇ ｆｎ ｔ ｌ ｍ ｅ ｅ ｈｏ ｏ ｈｅｓ ｒ ｃ ｕｒ ｈｅ ｆｕ ａ ｓ ｆ ｒ ｔｏ ｂ ｏｒ ｎｇ ｔ ｌ ｉ ｓ ｎ ｉ ｉｅ ｅｅ ｎｔｍ ｔ ｄ ｆ ｒ ｔ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏｆｔ ｌ ｅ ｇ ｓ ｄｅ ｕｌｕ ａ ｉｎ ａ ｓ ｂｉ ｏｗｅ ｒｏｆ
ANSYS结构有限元分析流程
ANSYS结构有限元分析流程下面将介绍ANSYS结构有限元分析的流程，包括前处理、求解和后处理三个主要步骤。
1. 前处理（Preprocessing）:首先，需要将结构的几何形状导入到ANSYS中，并对其进行几何建模和网格划分。
几何建模可以使用ANSYS自带的几何建模工具，也可以导入CAD套件的几何模型。
然后，对结构进行网格划分，将其划分为有限元网格。
ANSYS提供了多种不同类型的有限元单元，可以根据具体情况选择合适的单元类型，并进行适当的划分。
在划分网格之后，还需要定义边界条件和加载条件。
边界条件包括约束和支撑条件，用于限制结构的自由度。
加载条件包括施加在结构上的载荷和其它外部作用，如压力、温度等。
这些边界条件和加载条件可以通过ANSYS界面设置或者通过命令的方式输入。
2. 求解（Solving）:在设置好边界条件和加载条件之后，可以进行求解。
ANSYS使用有限元法将结构离散成许多小的有限元素，并通过求解线性或非线性方程组来预测结构的响应。
求解过程中需要选择求解方法、步长等参数，并可以通过迭代求解来稳定计算过程。
在求解过程中，可以观察结构的应力、应变、变形、位移等结果，并进行后处理分析。
ANSYS提供的针对不同目的的分析工具，如静力学分析、动力学分析、热力学分析等，可以根据需要选择相应的分析类型。
3. 后处理（Postprocessing）:求解完成后，可以对计算结果进行后处理和分析。
ANSYS提供了多种后处理工具，用于可视化计算结果、绘制结构的应力、应变、变形等图形，并进行数据分析等。
可以根据需要导出计算结果，用于生成工程报告、论文等。
此外，在分析过程中还可以根据需要进行参数化分析、优化设计等。
参数化分析可以通过改变结构的几何形状、材料性质等参数，来研究这些参数对结构响应的影响。
优化设计可以根据指定的优化目标和约束条件，通过反复分析和优化，得到满足要求的最优结构。
总的来说，ANSYS结构有限元分析流程包括前处理、求解和后处理三个主要步骤。
烟气脱硫塔结构有限元分析
烟气脱硫塔结构有限元分析潘胜;周俊波;郭淑芬【摘要】针对在风载作用下有大量人孔的脱硫塔易产生挠度变形的特点,对其进行强度分析和模态分析.通过使用有限元软件ANSYS建立脱硫塔简化模型,根据实际工况计算出塔体重力载荷和不同高度的风载,利用稀疏矩阵求解器求解脱硫塔的结构特性和模态特性,得到其应力场、固有频率和振型.研究结果表明:脱硫塔上大量的人孔对其强度有一定的削弱,需要在开孔区域设有强度补强.脱硫塔前几阶自振频率小,振动周期大,体现了塔体的整体动态特性.在实际工作中,脱硫塔工作频率需避免其自振频率,以保证塔的稳定工作.【期刊名称】《中北大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2012(033)005【总页数】7页(P583-589)【关键词】脱硫塔;有限元法;结构分析;模态分析【作者】潘胜;周俊波;郭淑芬【作者单位】北京化工大学机电工程学院,北京100029;北京化工大学机电工程学院,北京100029;北京化工大学机电工程学院,北京100029【正文语种】中文【中图分类】TQ051.1;TP391我国是煤燃烧大国,大量的煤燃烧致使酸雨和 SO2污染日益严重.工业中对烟气脱硫日益重视,形成了很多成熟的脱硫工艺.烟气脱硫塔是脱硫工艺中重要的化工设备,为大型薄壁壳体钢结构.烟气从塔底入口进入脱硫塔,与塔内碱性液体接触,气体中的SO2被碱性液体吸收,完成脱硫工艺.脱硫塔安装方便,操作弹性大,脱硫效果好,运行成本低,因此成为对工业废气进行脱硫的主要设备.为了满足工艺要求,在塔体上有烟气的进、出口,人孔,内部设有多层的喷淋装置,各种管道、支撑结构,塔内有多种流体反应.整体结构复杂,在分析中存在很多值得研究的问题[1].对脱硫塔的现有研究主要集中在塔内部流场的运动以及流体对塔体的影响.宫国卓等采用 RNG k-X湍流模型对脱硫塔气体流场进行了模拟,结果表明该模型的模拟效果较好,脱硫塔内中下部的气体流场分布不均匀,发现采用改进导流叶片的方式优化效果较好[2].盛朝晖等通过使用室内振动台对缩小比例的脱硫塔进行试验,研究了脱硫塔的流固耦合动力特性,结果表明在相同加速度峰值的正弦波作用下,考虑流固耦合的塔体加速度峰值反应小于无液体时的情况[3].本文通过有限元数值模拟方法,建立了某工厂烟气脱硫塔三维模型,对塔体模型进行了数值模拟计算,分析了脱硫塔上大量人孔对塔体强度的影响,并对脱硫塔在风载作用下进行了模态分析.本文结果可供工程设计脱硫塔提供参考.1 脱硫塔有限元模型1.1 几何参数和设计条件本文以某工厂烟气脱硫塔为研究对象.塔顶标高 43.61 m,标高 39 m以下为筒体,直径 5 m,厚度 20 mm;筒体两端封头为椭圆形封头,厚度20 mm;标高 1.06 m处为煤气入口;上封头顶端为煤气出口;在标高 3.80 m,1.24 m,1.74 m,1.89 m,2.05 m,2.55 m,2.74 m,2.90 m,3.40 m,3.58 m,3.75 m,3.80 m,3.85 m处分别设置人孔;在标高 4.0 m,1.5 m,2.3 m,3.1 m处分别设置环向加强筋.表1为脱硫塔的主要设计参数,表2为塔体的材料参数.表1 设计参数Tab.1 Design parameter项目参数设计压力 /M Pa 0.1设计温度/℃ 60.0基本风压值/(kN·m-2) 0.4地震烈度 /级 8.0场地土类型 /类Ⅱ表2 材料参数Tab.2 Material parameter1.2 建立模型和划分网格采用大型通用有限元分析软件 ANSYS建立脱硫塔有限元模型.本例中脱硫塔尺寸大,塔壁薄,塔体上人孔多,若选用实体单元建模,则网格数多,计算成本高[4].由于脱硫塔结构的壁厚小于典型整体结构尺寸的 1/10,所以选用壳单元建立模型.使用壳单元是对薄壳结构的一种简化,将空间三维单元简化为二维单元,可以有效地减小计算量.由于本例中的脱硫塔为细长圆筒形且承受风载,因此塔体顶部会有较大挠度,所以选用shell181壳单元,该单元可模拟大应变和大扭转.本单元有 4个节点,每个节点有6个自由度,分别为沿着节点 X,Y,Z方向的平动及绕节点 X,Y,Z轴的转动[5].脱硫塔筒体、封头、裙座和底板材料均为Q245R,材料的屈服点为 245 MPa,设计应力强度值为 163 MPa;筋板材料为 Q235B,材料的屈服点为 235 M Pa,设计应力强度值为 157 MPa;烟气进出口管法兰和人孔管法兰根据 HG20615-2009《钢制管法兰》选择带颈对焊法兰,材料为Q235B[6].由于本文中的脱硫塔上有很多人孔,模型不规则,所以使用自由网格划分.自由网格划分复杂模型时省时省力,是自动化程度最高的网格划分计算之一[7].通过多次划分和计算,得到模型最适宜的网格尺寸大小,在保证计算结果精度的同时减少了计算模型时间.确定脱硫塔筒体、封头和裙座的网格尺寸大小为 0.2 m;煤气进出口接管的网格尺寸大小为 0.1 m;塔体上人孔接管和底板的网格尺寸大小为 0.05 m;筋板的网格尺寸大小为 0.02 m.有限元模型节点总数为 29 810个,单元总数为 27 894个.图1是脱硫塔有限元整体模型及人孔处局部网格放大图.图1 整体模型及人孔处局部放大网格图Fig.1 Overall model and enlarged trellis at the manhole1.3 固定约束及载荷计算实际工作中脱硫塔的固定方法是在底部的基础环板上安装 36个M 56×5.5地脚螺栓,在有限元计算中,简化为模型底板施加全约束,即6个自由度完全约束.本文中由于脱硫塔塔径比大,塔壁薄,根据JB4710-2005《钢制塔式容器》中对此类设备的规定,在计算中该脱硫塔模型施加的载荷为塔内操作压力、液柱静压力、重力载荷和风载荷[8].图2 脱硫塔风载计算模型Fig.2 Desulfurization tower model for calculating wind load塔内的操作压力为设计压力,其大小为0.1 MPa.经过计算,液柱静压力小于 5% 的设计压力,因此可以不考虑液柱静压力.重力载荷包括塔体自重(包括填料和内件),以及正常操作条件下或试验状态下内装物料的重力载荷[9].本例中重力载荷为 3 092 k N.风吹在脱硫塔上,在迎风面产生风载荷.本例中脱硫塔标高为 43.61 m,根据JB4732-1995《钢制压力容器——分析设计标准》将塔分为 7段[10],每段风载大小不同.塔体自下而上计算段长度分别为 5 m,5 m,5 m,5 m,10 m,10 m,3.61 m,如图2所示.每段的水平风力按公式 (1)计算[11]式中:Pi为塔式容器各计算段的水平风力,N.K 1为体型系数,塔为 0.7.K 2i为塔式容器各计算段的风振系数,当塔高H≤20 m时,取 K 2i=1.7;当 H＞20 m时,K=1+(其中a为脉动增2i大系数,根据基本风压值选取;vi为脉动影响系数,根据地面粗糙度类别和塔体高度选取;h zi为振型系数,根据塔体高度选取).q0为基本风压值,本例中为 400 N/m2.f i为风压高度变化系数,从表3进行选取.li为第 i段计算长度.D e i为塔内容器各计算段的有效直径,本例中为 5 m.最后计算得到各段的水平风力,如表4所示.表3 风压高度变化系数Tab.3 Wind pressure factor注:A类系指近海海面及海岛、海岸、湖岸及沙漠地区;B类系指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较系数的乡镇和城市郊区;C类系指有密集建筑群的城市市区;D类系指有密集建筑群且房屋较高的城市市区.距地面高度/m地面粗糙度类别A B C D 5 1.17 1.00 0.74 0.62 10 1.38 1.00 0.74 0.62 15 1.52 1.14 0.74 0.62 20 1.63 1.25 0.84 0.62 30 1.80 1.42 1.00 0.62 40 1.92 1.56 1.13 0.73 50 2.03 1.67 1.25 0.84表4 各段的水平风力Tab.4 Horizontal wind for each section2 有限元分析2.1 脱硫塔强度分析结果使用 ANSYS软件进行结构分析.ANSYS求解器分为稀疏矩阵求解器,波前求解器,预条件求解器,雅可比共轭梯度求解器等.根据本例中模型的实际情况,选择稀疏矩阵求解器对脱硫塔进行强度计算[12].稀疏矩阵求解器通过变换刚度矩阵使得非零元素最少,计算精度高,运算次数少,可以有效地减小计算量.图3为脱硫塔不同方向的应力云图.从图中可以看出,塔体下端应力总体大于塔体上端应力,这是因为在风载和重力载荷的作用下,脱硫塔下面的部分承受了较大的载荷.在人孔附近应力大于其他位置的应力,有效地验证了人孔应力集中.塔体最大应力出现在加强筋上,为 185 MPa,属于局部弯曲应力+薄膜应力,小于设计温度60℃下的3倍许用应力,满足强度要求.图4为加强筋区域的局部应力云图.图5为塔体沿 X方向的挠度变形,从图中可以看出,由于塔体为细长型圆筒,塔体的变形随着塔高度的增加而增大,在顶端时达到最大值,为 0.092 m.通过加强筋等组件可以有效地提高筒体的刚度.2.2 脱硫塔模态分析结果模态分析是研究结构动力特性的一种近代方法.模态分析是弹性结构固有的、整体的特性,通过将线性定常系统振动微分方程组中的物理坐标转换为模态坐标,将方程组解耦为以模态坐标及模态参数描述的独立方程,确定设计结构的振动特性,包括每一个模态的固有频率、振型等[13].通过模态分析可以得到物体在某一受影响的频率范围内各阶主要模态的特性,是结构动态设计及设备的故障诊断的重要方法[14]. 由于脱硫塔塔体形状复杂,载荷分布不均匀,不能用解析的方法计算出整个求解域,所以需要将连续的塔体分为离散的系统,使用有限元方法计算无阻尼多自由度线性系统的振动模态方程,即可求得脱硫塔的模态特性参数.离散后的振动模态方程为[15]式中:M为质量矩阵;K为刚度矩阵;u为振幅;通过使用有限元软件 ANSYS计算脱硫塔模型的模态特性参数.图6为脱硫塔前 30阶的振动频率.前 4阶频率较小,分比为2.433,2.463,4.963,4.986.前几阶振动频率是结构整体特性的反应,而高阶则主要涉及局部特性,所以前几阶振动频率对脱硫塔的动力学影响较大.脱硫塔振动频率应避开风载荷和地震载荷的振动频率及其整数倍以免发生共振.图7为脱硫塔前 30阶的振动周期.塔型化工设备的振动周期是设计塔时重要的数据.从图中可以看出,前 4阶振动周期最大,而后面的振动周期较小,且大小相差较小. 图6 塔的自振频率Fig.6 Natural vibration frequency of tower图7 塔的振动周期Fig.7 Frequency cycle of tower图8 第1阶频率下脱硫塔的振型图Fig.8 Vibration mode of the first frequency 图9 第2阶频率下脱硫塔的振型图Fig.9 Vibration mode of the second frequency由于脱硫塔前几阶自振频率小,塔产生自振动的概率大,对于脱硫塔的整体动力特性有主要影响.为了更好地观察塔体的振动情况,给出了脱硫塔前 4阶的振型图,如图8～图11所示.振型是无阻尼结构在一定初始条件下自由振动的幅值向量[16].从图中可以看出,第 1阶振动是以塔底为中心的单摆运动,塔顶的挠度最大;第 2阶振动为绕塔中心轴的扭转振动,塔体的扭转振动随着塔体高度的增加而变大,在顶部达到最大值;第3阶振动为塔体的收缩变形,在塔体中部收缩量最大;第 4阶振动是塔体的膨胀变形,在塔体中部膨胀变形最大,而在两端变形较小.图10 第3阶频率下脱硫塔的振图Fig.10 Vibration mode of the third frequency图11 第4阶频率下脱硫塔的振型图Fig.11 Vibration mode of the fourth frequency图12 第7阶频率下脱硫塔的振型图Fig.12 Vibration mode of the seventh frequency为了进一步研究脱硫塔的模态特性,有必要选取模型前 30阶比较有特点的振型进行分析,如图12～图15所示.从图中可以看出,第 7阶振动是有一个拐点的弯曲振动,拐点在塔体的中间部位,塔体振动最大值点在塔体的下端;第 9阶振动是上筒体收缩,下筒体膨胀的振动,可以明显看出下筒体膨胀变形量远大于上筒体收缩变形的量,整个筒体呈花瓶型;第 14阶振动是有两个拐点的弯曲振动,拐点沿着筒体均匀分布,塔体变形最大值点在塔体的下端;第 29阶振动是有 3个拐点的弯曲振动,振动最大值点在塔体的下端.结合前 4阶的振型图可看出,脱硫塔上 13个人孔对塔的整体振动没有产生很大的影响.图13 第9阶频率下脱硫塔的振型图Fig.13 Vibration mod e of the ninth frequency图14 第14阶频率下脱硫塔的振型图Fig.14 Vibration mode of the fourteenth frequency图15 第29阶频率下脱硫塔的振型图Fig.15 Vibration mode of the 29th frequency从以上分析可以看出,脱硫塔前几阶振型体现了塔体的整体动态特性,而后面阶数的振型则更加体现了局部的振动特点.在实际工作中,脱硫塔工作频率需避免其自振频率.在脱硫塔的设计中,要充分考虑塔体的强度特定和自振频率,以保证脱硫塔安全稳定地工作.3 结论1)脱硫塔结构复杂,人孔较多,手工计算繁琐且结果粗糙.本文通过用壳体单元模拟塔体、加强筋和裙座,对于脱硫塔的强度和模态分析是可行的.2)脱硫塔上大量的人孔对其强度有一定的削弱,需要在开孔区域设有强度补强,但其对脱硫塔的振动未产生较大的影响.3)从脱硫塔模态分析中可以看出,随着模态阶数的增大,筒体会发生不同形态的变形,易使塔体失效,在实际生产过程中应尽量避免这种情况.4)计算出了脱硫塔的自振频率及振动周期,当塔体的自振频率与地震载荷和风载荷的振动频率相近时,易产生共振,引起塔体的失效.参考文献:[1]郭予超.我国火电厂烟气脱硫现状及展望[J].华东电力,2001,29(9):1-7.Guo Yuchao. Current status and propect of fossil power plant’s FGD in China[J].East China Electric Power,2001,29(9):1-7.(in Chinese)[2]宫国卓,叶树峰,陈运法.循环流化床烟气脱硫塔进口流场模拟及优化 [J].中国矿业大学学报,2010,39(1):104-108.Gong Guozhuo, Ye Shufeng, ChenYunfa.Characterization and modification of inlet configuration on gas flow in a circulation fluidized bed desulfurization reactor [J]. Journal of China University of Mining& Technology,2010,39(1):104-108.(in Chinese)[3]盛朝晖,宋波.流固耦合对大型脱硫塔动力特性的影响 [J].建筑科学与工程学报,2010,27(1):36-42.Sheng Chaohui,Song Bo.Influence of fluid&solid coupling on dynamic characteristics of large desulfurizationtower[J].Journal of Architecture and Civil Engineering,2010,27(1):36-42.(inChinese)[4]王新敏.ANSYS工程结构数值分析 [M].北京:人民交通出版社,2007:104-105.[5]刘国庆,杨庆东.ANSYS工程应用教程——机械篇[M].北京:铁道出版社,2003:97-98.[6]中国化工设备设计技术中心站.HG/T 20615-2009钢制管法兰[S].北京:中国标准出版社,2009.[7]贺秋冬,李丽君,李坤.对旋轴流式局部通风机叶轮的模态分析[J].煤矿机械,2012,33(9):120-121.He Qiudong,Li Lijun,Li Kun.Modal analysis for impeller of contra-rotating axial local fan[J].Coal MineMachinery,2012,33(9):120-121.(in Chinese)[8]全国压力容器标准化委员会.JB4710-2005钢制塔式容器[S].北京:中国标准出版社,2005.[9]沈国辉,余关鹏,孙炳楠.大型冷却塔风致响应的干扰效应 [J].浙江大学学报(自然科学版),2012,46(1):33-38.Shen Guohui, Yu Guanpeng, SunBingnan.Interference effect of wind-induced response on large hyperbolic cooling tower[J]. Journal of Zhejiang University(Engineering Science),2012,46(1): 33-38.(in Chinese)[10]全国压力容器标准化委员会.JB4732-1995钢制压力容器——分析设计标准[S].北京:中国标准出版社,1995.[11]刘锦,高炳军,赵慧磊.脱硫塔的强度和稳定性有限元分析[J].辽宁工程技术大学学报(自然科学版),2008,27:104-106.Liu Jin, Gao Bingjun, Zhao Huilei. FEM for strength and stability analysis of desulfurizer[J].Journal of Liaoning Technical University(Natural Science),2008,27:104-106.(in Chinese) [12]张彬,张海荣,陈小玮.钢筋混凝土空心板梁加固及其有限元分析 [J].广西大学学报(自然科学版),2012,37(4):630-635.Zhang Bin, Zhang Hairong, Chen Xiaowei.Reinforcement of concrete hollow slab beam and its finite element analysis[J]. Journal of Guangxi University(Nature ScienceEdition),2012,37(4):630-635.(in Chinese)[13]薛嵩,唐怀忠 ,盛宏玉,等.脱硫塔结构有限元动力特征分析 [J].合肥工业大学学报,2008,31(2):220-224.Xue Song,Tang Huaizhong,Sheng Hongyu,et al.Finite element analysis of the dynamic properties of smokedesulfurization absorption tower structure[J].Journal of Hefei University of Technology,2008,31(2):220-224.(in Chinese)[14]郭春洁.基于有限元分析的脱硫塔结构简化与模态分析的研究 [D].青岛:青岛大学 ,2009.[15]王正,郑静,王璐.烟气脱硫洗涤塔大开孔应力分析及评定 [J].炼油技术与工程,2010,40(8):31-34.Wang Zheng,Zheng Jing,Wang Lu.Stress analysis and evaluation of flue gas desulf urization scrubber with large openings[J]. Petroleum Refinery Engineering,2010,40(8):31-34.(in Chinese)[16]李圭,戴佑才,戴宏亮.应变模态法在桥梁损伤识别中的应用 [J].公路工程,2012,37(4):185-190.Li Gui,Dai Youcai,Dai Hongliang.Application of strain mode method in bridge damage detection[J].HighwayEngineering,2012,37(4):185-190.(in Chinese)。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
侯 庆伟 ， 李永 臣， 高善彬
（ 山东 电力＿ Ｔ程咨询 院 ， 山东 济南 ２０ １ ） ５０３
摘 要 ： 用 Ａ Ｓ Ｓ有 限 元 数 值 分 析 软 件 ， 章 丘 电厂 二 期 烟 气脱 硫 系统 烟道 结构 进 行 ３ 利 ＮＹ 对 Ｄ数 值 计 算 ， 察 烟 道 结 构 考 受 力和 变形 情 况 ， 而 对 加 固肋 和 内撑 杆 规 格 进 行 设 计 选 型 。 结 果 表 明 ， 限 元 分 析 方 法 对 于 脱硫 系统 结 构 的精 从 有
维普资讯
２０ ０ ７年 ８月
电 力 环 境
保 护
第２ ３卷 第 ４期
基 于 Ａ ＹＳ的 脱 硫 烟 道 结 构 有 限 元 分 析 ＮＳ
Ｆｉ ｉ ｌｍ ｅ ｔａ ａｙ ｉ ｆｇ ｓ ｄ ｃ ｔｕ ｔ ｒ ａ ｅ ｎ ＡＮＳ ｎ Ｗ Ｆ ｎ ｔ ｅｅ ｎ ｎ ｌ ｓｓ ｏ ａ — ｕ ｔｓｒ ｃｕ ｅ ｂ ｓ ｄ ｏ ｅ ＹＳ ｉ ＧＤ
上 还要 进行 进一 步 的设计 选型 。
本 文 利 用 有 限 元 分 析 软 件 ＡＮＳ ＹＳ对 烟 道 进 行
行环 保 的要求 。
Ａ Ｓ Ｓ是 大 型通 用有 限元数 值 分析 软件 ， ＮＹ 利用
它对 火 电厂湿 法脱硫 工程 中大 型烟道 结构 的形 式 和
安 全 性 进 行 分 析 ， 以 及 Байду номын сангаас 发 现 设 计 缺 陷 ， 进 行 结 可 并
构优 化设计 ， 高 脱硫 装 置 的安 全性 和经 济性 。本 提 文 以章丘 电厂 二 期 ２ｘ３ ０ ０ ＭＷ 机 组 烟气 脱 硫 工 程
结 构设 计分 析 。
１ ２ 模 型 与 单 元 ．
为例 ， 针对典 型 的净 烟 道 结构 进 行 有 限 元研 究 和 数
净烟道 截 面尺寸 为 ４ ４ｌＸ７ ２ｌ 面板 厚 度 为 ． Ｉ ． Ｉ； ｌ ｌ
６１１ 。 Ｉ Ｉ ＴＴ
净烟道 载荷 参数 见表 １ 。
表 ｌ 净 烟道 载 荷 参数
费用 高 、 适应 国 内运 行 方 式 等 问题 。产 生这 些 问 不 题 的一 个 重 要 原 因 是 传 统 设 计 技 术 较 为 粗 放 ， 而
中 图 分类 号 ： ７ １ ３ Ｘ ０ ．
文 献 标 识 码 ： Ｂ
文章 编 号 ：０ ９— ０ ２ ２ ０ ） ４— ４ —０ ｌ０ ４ ３ （ ０ ７ ０ ０ ７ ３
石 灰石湿 法烟气 脱硫 工艺 是 ２ ０世纪 ６ ０年 代发
展起 来 的一种 成熟脱 硫技 术 ， 有脱 硫率 高 、 行可 具 运
用 直 焊式并 设有 环 向型 钢加 固肋 ， 内部 对应 加 固肋
设 有 内撑杆 ， 用 刚 接形式 。 采
靠性 高 、 硫 剂利用率 高 、 脱 适应 大容量 机组 和高硫 分
煤种 以及 副产 品 可综 合 利 用 等特 点 。 因此 ， 工 艺 该 在 国内外 燃 煤 电 站 脱 硫 中得 到 广 泛 应 用 。 国 内 运 行 和在建 的大型火 电厂烟气 脱硫装 置 大部分 采用 国外技 术和关 键设备 进 口的方 式 。虽 然 这些装 置运 行 稳定 ， 硫效 果较 好 ， 存 在 建 设 投 资 巨大 、 行 脱 但 运
准设计具有一定的指导意义。 关 键 词 ： 法 脱 硫 ； Ｎ Ｙ ； 限 元 ； 构设 计 湿 Ａ Ｓ Ｓ有 结
Ａｂ ｔａｃ ： ｓｅ ｏｎ ｓ ｒ ｔ Ｂａ ｄ ＡＮＳＹＳ ｓｏ ｔ ａｒ ， ｈ ｇａｓ — ｄｕ ｒ ｔ ｉ ａｎａｌ ｅｄ ｆｗ ｅ ｔ ｅ ｃｔｓｔｕｃ ｕｒ ｓ ｅ ｙｚ ｂｙ ｕｍｅｒ ａｌ ｅ ｈｏ ｉ Ｗ ＦＧ Ｄ ｏｆ ｎ ｉ ｍ ｔ ｄ ｎ ｃ Ｚｈａｎ ｇｑｉ Ｐｏ ｅｒＰｌ ｔ Ｓｔｅ ｄ ｄｉｔ ｉ ｕ ｗ ａｎ ． ｒ ｓｓ ａｎ ｓ ｏｒ ｏｎ ｃｏｎ ｔ ｓ — ｄｕ ａｓ ｂｅｅｎ ｅｓ ｈｅｄ ｂ ｉ ｔ ｅｍ ｅｎｔｍ ｅｔ ． ｔ ｄｉｉ ｏｆｇａ ｏｎ ｃｔｈ ｒ ｅａｒ ｃ ｙ ｆｎｉ ｅｌ ｅ ｈ ｏ ｄ．Ａｃｃ ｎ ｏ ｔ ｅ ｔ ｒ ｎｆ ｃｅｍ ｅｎｔ ｅａｍ ｓ ａｎｄ ｔｆｅｎ ａｒ ｃ ｒ ｔ ｅｃ ｅｄ． ｅ ｏｒ ｇ ｔ ｈｅ ｒ ｓｕＩ ｄｉ ｓ，ｅｉ ｏｒ ｂ ｓ ｉ ｆ ｅｒ ｅ ｏｒｅｃ ｌ ｓｅｌ ｔ ｙ Ｔｈ ａｎ ｙ ｓ ｄａｔ ｓ ｗ ｓ ａｌｓｉ ａ ｈｏ ｔ ｉｉｅ ｅｅｍ ｅｎ ｅ ｈｏ ｓ ｈｅｌ ｕｌ ｏ ｐｒ ｃｉｉ ｄｅ ｇｎ ｆｆ ｈａｔｆｎｔ ｌ ｔ ｍ ｔ ｄ ｉ ｐｆ ｅ ｓｏｎ ｔ ｓｉ ｏ ｌ ｇａｓ ｄｅｓｕｆ ｚ ｉ ｒ ｔ ｅ ｕｅ ｌｕｒ ａｔｏｎ ｓｔｕｃ ｕｒ ． ｉ Ｋｅｙ ｗｏｒ ｓ： ｅ ｌ ｄ ｗ ｔｆ ｕｅ ｇａｓ ｄｅｓ ｆ ｚ ｉ Ａ ＮＳＹＳ ；ｉ ｔ ｅｍ ｅｎ ｅ ｈｏ ： ｔｕ ｕｒ ｕｌ ｒ ａｔ ｕ ｉ ｏｎ； ｆ ｅ ｅｌ ｎｉ ｔｍ ｔ ｄ ｓ ｒ ｃｔ ｄｅｓｇｎ ｅ ｉ
Ｆ Ｄ系 统投资 和运 行 消耗 很 大 ， Ｇ 又缺 乏 直 接经 济 效
益 ， 此 不 能 满 足 Ｆ Ｄ 系 统 以 最 小 的 投 入 和 消 耗 进 因 Ｇ
根据 烟 风道 设 计 计算 方 法 ， 合考 虑应 力 和频 综 率 控制 条件 ， 选 加 固肋 规 格 为 ｌ 钢 １ ， 初 Ｔ字 ４ 间距 为 ０ ９ ｌ内支 撑 杆 为 ８ ．５ｌ ｒ， ９×４ ５的钢 管 。但 是 这 ． 种 选 型方式 没有 考虑 到净 烟道 内壁进 行鳞 片衬里 之 后， 烟道壁 允许 挠度 相应 降低 的情 况 ， 因此 在此基 础