煙氣脫硫工程吸收塔結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有限元分析

王美春

摘要：現(xiàn)如今我國二氧化硫?qū)ψ匀画h(huán)境的污染日益增多，火電廠需要增加煙氣脫硫系統(tǒng)，以減少城市二氧化硫的排放狀況，其中該系統(tǒng)設(shè)施的核心設(shè)備是吸收塔，必須具備安全可靠的特點(diǎn)，才能保證提高脫硫的工作效果。本文以下針對(duì)煙氣脫硫工程吸收塔結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有限元進(jìn)行詳細(xì)分析。

關(guān)鍵詞：煙氣脫硫；吸收塔；有限元

面對(duì)含有二氧化硫的組成酸雨已經(jīng)對(duì)我國自然環(huán)境產(chǎn)生很嚴(yán)重的危害，按照我國相關(guān)環(huán)保部門發(fā)布的通知，火電廠需要增加煙氣脫硫設(shè)備，減少該有害氣體總量的排放。其核心裝置吸收塔的原理是二氧化硫與石灰石漿液通過吸收、溶解以及氧化等過程，最后形成的石膏漿液，經(jīng)過脫水從而得到的將狀態(tài)石膏[1]。

一、關(guān)于煙氣脫硫裝置內(nèi)部核心吸收塔介紹

關(guān)于某火電廠的600MW煙氣脫硫工程內(nèi)部核心裝置吸收塔為圓形，其內(nèi)徑大小為15米，并且總體的高度為40米。吸收塔內(nèi)部是應(yīng)用噴淋組管與除霧器組成，含二氧化硫煙氣沿著通道進(jìn)入到吸收塔當(dāng)中，吸收塔塔入口煙道設(shè)置在吸收塔的中心位置，并且高度在10米左右，其漿液池的位置要和最后一層的噴淋層直接平行。吸收塔設(shè)置4層噴淋層，煙氣進(jìn)入塔內(nèi)后往上逆流通過吸收區(qū)，經(jīng)噴淋霧化的石灰石漿液與SO2煙氣在吸收區(qū)發(fā)生接觸反應(yīng)生產(chǎn)亞硫酸鈣，落入吸收底部漿液池，通過在吸收塔漿液池內(nèi)實(shí)施充分的氧化反應(yīng)后生成石膏。在進(jìn)行吸收塔噴淋層上方裝置除霧器，可以有效減少煙氣當(dāng)中所夾帶的液滴，凈化煙氣在吸收塔頂部以飽和度離開吸收塔。核心裝置吸收塔為鋼制薄壁形狀，其中它的外壁由鋼板和型鋼構(gòu)成，并且其中還設(shè)置很多接口[2]。吸收塔為薄壁結(jié)構(gòu)需要承受所有的重量，而且內(nèi)部結(jié)構(gòu)零件自身就存在不同的重量。煙氣脫硫吸收塔的尺寸很大，并且運(yùn)行的負(fù)荷也比較多，承受的重量復(fù)雜，對(duì)設(shè)計(jì)的要求也比較多。

1、分析吸收塔的有限單元法

面對(duì)有限單元法的基本原則是將求解區(qū)域中的離散作為一個(gè)組織，并且按照一定的形式相互串聯(lián)成組合單元，由于單元能夠按照不同的結(jié)合方式進(jìn)行組合，并且單元自身也存在很多不同的形狀，此外，可以根據(jù)模型化出幾何來進(jìn)行求解最后得出相關(guān)的答案。

2、計(jì)算形式

針對(duì)有限元實(shí)施ANSYS 大型通用有限元程序進(jìn)行計(jì)算分析，該軟件是為我國機(jī)械設(shè)計(jì)唯一全國壓力容器標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)認(rèn)準(zhǔn)的專業(yè)分析軟件。并且在煙氣脫硫工程中，核心裝置的吸收塔材料主體實(shí)施原材料為 Q235-B，內(nèi)襯丁基橡膠或鱗片樹脂防腐。

二、針對(duì)煙氣脫硫核心設(shè)備吸收塔組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析

將有限元模型坐標(biāo)應(yīng)該柱體坐標(biāo)系，其設(shè)置為X、R、Y，分析應(yīng)用Shell63單元將吸收塔進(jìn)行系統(tǒng)化的網(wǎng)絡(luò)分析，應(yīng)用3節(jié)單元體對(duì)增強(qiáng)筋實(shí)施網(wǎng)絡(luò)策劃，詳細(xì)情況如以下圖[3]。

1、關(guān)于吸收塔的載荷工情況

在本文分析當(dāng)中，為了能夠有效突出載荷疊加，分別作為做出了一下幾種分析：載荷工程的重量和吸收塔以及樓梯內(nèi)部元件并不相同；吸收塔內(nèi)壁出現(xiàn)的保溫加內(nèi)襯重量等都是鋼制形式；吸收塔以及內(nèi)部件的出現(xiàn)結(jié)垢情況，及其持液體和浮力內(nèi)部件等出現(xiàn)下管道重力[4]。

2、分析工程機(jī)械中的應(yīng)用材料特性

3、分析吸收塔內(nèi)的約束條件

我國機(jī)械中，針對(duì)吸收塔是可以應(yīng)用基礎(chǔ)環(huán)板下的抗剪件以及螺栓進(jìn)行束縛，本文分析的模型對(duì)基礎(chǔ)的環(huán)板底部以及地腳螺栓進(jìn)行全部約束控制。

4、針對(duì)吸收塔安全判據(jù)分析

面對(duì)該吸收塔裝置的設(shè)計(jì)方法需要對(duì)容器每個(gè)部位進(jìn)行詳細(xì)分析和核實(shí)，并且對(duì)應(yīng)于在容器上分布的零件都要無比清楚，因此，對(duì)于失效或是起到作用的差異分為一次型應(yīng)力和二次型應(yīng)力。每個(gè)載荷公況計(jì)算的應(yīng)力需要實(shí)施無限疊加，最后得出應(yīng)力需要，不同的位置上出現(xiàn)的強(qiáng)度分析效果也是不同的，根據(jù)機(jī)械工程經(jīng)常用的JB4732 《鋼制壓力容器-分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》，吸收塔的強(qiáng)度需要根據(jù)以下的判斷進(jìn)行分析，1、一次總體薄膜應(yīng)力強(qiáng)度 SⅠ應(yīng)不超過設(shè)計(jì)應(yīng)力強(qiáng)度值 ；一次局部薄膜應(yīng)力加一次彎曲應(yīng)力的在最危險(xiǎn)工況下吸收塔應(yīng)力強(qiáng)度云圖中強(qiáng)度的許用極限為 1.5KSm，即：SⅢ≤1.5KSm。如果這種危險(xiǎn)組合工況中能夠滿足強(qiáng)度要求，則整個(gè)吸收塔強(qiáng)度是可靠的。

7、分析吸收塔應(yīng)力強(qiáng)度校核

根據(jù)本文上述分析的圖可以看得出來，最危險(xiǎn)的組合工程下，吸收塔變化最大，其強(qiáng)度最大值發(fā)生在底部加勁環(huán)區(qū)域，本區(qū)域應(yīng)按照一次局部薄膜應(yīng)力加一次彎曲應(yīng)力的應(yīng)力強(qiáng)度 SⅢ作為評(píng)判標(biāo)準(zhǔn) ，故用一次局部薄膜加一次彎曲應(yīng)力的許用極限偏于保守，則結(jié)構(gòu)其它部位的應(yīng)力也必滿足要求。

三、總結(jié)

綜合上述分析得知，因?yàn)槲账母叨仁荓與直徑D的比例統(tǒng)一小于5，并且鋼制塔的容器分析理論在我國工程中還不完全通用。吸收塔內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)很是復(fù)雜化，并且內(nèi)部的壓力達(dá)不到正常標(biāo)準(zhǔn)，真空度也比較低，不能夠按照鋼制壓力的容器來相同對(duì)比。此外，應(yīng)用ANSYS 有限元分析軟件對(duì)吸收塔進(jìn)行強(qiáng)度分析是合理而必要的。

參考文獻(xiàn)：

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[2]黃勇， 李三平. 民用飛機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)中的全機(jī)精細(xì)有限元分析技術(shù)及其應(yīng)用[J]. 計(jì)算機(jī)輔助工程， 2018， 27（3）：35-38.

[3]楊凱， 李雪. Jack-Up中Surge Tank處甲板結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有限元分析[J]. 科技創(chuàng)新與應(yīng)用， 2018（5）：4-6.

[4]王巍巍. 基于ANSYS軟件的平臺(tái)局部結(jié)構(gòu)有限元分析探討[J]. 中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量， 2017， 37（4）：100-101.

（作者單位：四川蘇源環(huán)保工程有限公司江蘇分公司）