圆形烟道在烟气脱硫装置中的应用探讨.pdf

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1、第40卷第3期化工机械369圆形烟道在烟气脱硫装置中的应用探讨石亚超+朱桂明都若锦王鲁斐(江苏省安全生产科学研究院)摘要利用大型有限元分析软件ANSYS对某电厂发电机组烟气脱硫装置的方形烟道进行了强度计算，并针对烟道内压、外压及自重等因素对结构应力的影响进行了分析，并以此为基础，研究了等截面的圆形烟道的受力情况，延伸了大直径圆形烟道横向加固肋的规格型号，研究结果可作为日后工程优化设计的参考。关键词烟气脱硫装置圆形烟道优化设计ANSYS中图分类号TQ054+．9文献标识码A文章编号0254-．6094(2013)03-0369-05烟气脱硫(F

2、lueGasDesulfurization，FGD)装置是目前大型燃煤发电机组实现烟气达标排放的关键设备⋯，而烟道作为烟气运输和排放的主要通道，是整个脱硫装置的重要组成部分。目前国内已建成的大型FGD装置大都采用方形烟道的形式，尽管这些装置的运行效果良好，但由于FGD系统的投资和运行费用较高，同时又缺乏直接经济效益的驱动，故考虑到总体的经济性，在某些工程中已经采用了圆形烟道代替方形烟道。对于圆形烟道必须精确、定量地对设计参数进行精准优化设计，以期最大限度地降低工程费用，此外，几乎每一套FGD装置都需要度身定制，对一些特殊环节若不进行验证就很难

3、保证系统的可靠性、经济性和一次投入成功率。然而由于FGD系统庞大，小规模的实验室试验很难解决实际工程问题，而大型的试验在财力和时间上均难以接受。实践证明，采用以数值模拟或系统仿真为基础的现代设计技术则可很好地解决上述问题旧1。1研究背景采用有限元分析软件ANSYSpl对某电厂发电机组烟气脱硫装置的方形烟道进行强度计算，并对烟道内压及自重等因素对结构应力的影响进行分析。此外，还分析了等截面的圆形烟道”3的受力情况。本课题研究的烟道为薄壁钢结构，其壳体厚6ram，主要设计参数为：压力2kPa，温度50．5℃，基本压力423Pa，灰载1kPa。雪载

4、250Pa。对于方形烟道，其截面尺寸为4812mm×6012ram，内壁压力2kPa。加固肋选用槽钢20a，每隔1m设置一道，弹性模量210GPa，泊松比0．3，密度为7800kg／m3。圆形烟道作为项目的主要研究目标，以DL／T5121-2000(火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程》配套设计计算方法(以下简称《计算方法》)"再’中所涉及的管道横向加固肋规格作为参照的设计标准，结构尺寸采用与上述方形烟道等截面的方法，等效后截面直径为6m，壳体壁厚6ram，内壁压力2kPa；考虑到烟道总体结构的稳定性和经济性，确定圆形烟道加固肋的选型和加固肋间

5、距是本次优化设计的主要考量¨’81。2烟道有限元模型建立2．1单元的选择由于烟气脱硫装置所用的烟道为薄壁钢结构，外表面设有环向型钢加固肋约束，内部对应加固肋的地方设有内撑杆，因此针对不同的承载构件应选用不同的单元类型进行模拟。烟道壁面承受的荷载主要为自重和内壁压力，其受力较为复杂，同时承受弯矩、剪力和轴力的复合作用，宜采用SHELL63(壳)单元进行模拟；加固肋与烟道壁为焊接结构，它们共同承担由内壁面传递的荷载·石亚超，男，1982年8月生，工程师。江苏省南京市，210042。370化工机械2013年与自重，其承受荷载类型为弯矩、轴力和剪力，

6、因此采用BEAMl88(梁)单元进行模拟；而内撑杆仅承受轴力，宜采用3DLINK4(杆)单元或BEAM单元进行模拟。2．2单元的连接方式在结构分析中，必然会遇到单元与单元之间的连接问题，本课题涉及的基本连接为SHELL(壳)单元与BEAM(梁)单元的连接。不同单元连接时，各单元对应节点应具有相同自由度以保证单元间协调，也即它们必须具有相同数目和类型的位移自由度和旋转自由度。在本文的分析中，梁单元与壳单元的连接通过将梁单元的两个节点与壳单元一边的两个节点重合以形成公共节点来实现。烟道外部加固肋通常为槽钢或角钢，当梁单元与壳单元连接时，连接点在梁

7、横截面位置的不同将使组合结构截面产生不同的惯性矩，从而得到不同的承载力计算值。根据实际工程，近似选取连接点于焊缝的心形轴上(图1)。●711¨J勘i掣／图1加固肋与烟道壁面连接点示意图3数值模拟结果讨论分析3．1等截面圆形烟道结构优化设计图2和图3分别给出了方形烟道和圆形烟道的有限元分析模型。计算结果表明，无论方形烟道还是圆形烟道，烟道壁板面中心处上的挠度值较大。结构整体受力方面，对于方形烟道，在烟道截面边角处存在明显的应力集中；对于圆形烟道除支座处有明显的应力集中外，中间加固肋上的应力值较大。因此，选用合理的加固肋形式，才能实现减小过大变形

8、和应力集中对结构的不利影响，同时满足经济性的需求。图2方形烟道的有限元模型图3圆形烟道的有限元模型在整个圆形烟道优化设计的过程中，首先对“《计算方法》”中所涉及的圆