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,才能保證提高脫硫的工作效果。本文以下針對煙氣脫硫工程吸收塔結(jié)構(gòu)強度有限元進行詳細(xì)分析。
關(guān)鍵詞:煙氣脫硫;吸收塔;有限元
面對含有二氧化硫的組成酸雨已經(jīng)對我國自然環(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)實施充分的氧化反應(yīng)后生成石膏。在進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,并且運行的負(fù)荷也比較多,承受的重量復(fù)雜,對設(shè)計的要求也比較多。
1、分析吸收塔的有限單元法
面對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)模型化出幾何來進行求解最后得出相關(guān)的答案。
2、計算形式
針對有限元實施ANSYS 大型通用有限元程序進行計算分析,該軟件是為我國機械設(shè)計唯一全國壓力容器標(biāo)準(zhǔn)委員會認(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施原材料為 Q235-B,內(nèi)襯丁基橡膠或鱗片樹脂防腐。
二、針對煙氣脫硫核心設(shè)備吸收塔組織結(jié)構(gòu)進行分析
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單元將吸收塔進行系統(tǒng)化的網(wǎng)絡(luò)分析,應(yīng)用3節(jié)單元體對增強筋實施網(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
我國機械中,針對吸收塔是可以應(yīng)用基礎(chǔ)環(huán)板下的抗剪件以及螺栓進行束縛,本文分析的模型對基礎(chǔ)的環(huán)板底部以及地腳螺栓進行全部約束控制。
4、針對吸收塔安全判據(jù)分析
面對該吸收塔裝置的設(shè)計方法需要對容器每個部位進行詳細(xì)分析和核實,并且對應(yīng)于在容器上分布的零件都要無比清楚,因此,對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。每個載荷公況計算的應(yīng)力需要實施無限疊加,最后得出應(yīng)力需要,不同的位置上出現(xiàn)的強度分析效果也是不同的,根據(jù)機械工程經(jīng)常用的JB4732 《鋼制壓力容器-分析設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》,吸收塔的強度需要根據(jù)以下的判斷進行分析,1、一次總體薄膜應(yīng)力強度 SⅠ應(yīng)不超過設(shè)計應(yīng)力強度值 ;一次局部薄膜應(yīng)力加一次彎曲應(yīng)力的在最危險工況下吸收塔應(yīng)力強度云圖中強度的許用極限為 1.5KSm,即:SⅢ≤1.5KSm。如果這種危險組合工況中能夠滿足強度要求,則整個吸收塔強度是可靠的。
7、分析吸收塔應(yīng)力強度校核
根據(jù)本文上述分析的圖可以看得出來,最危險的組合工程下,吸收塔變化最大,其強度最大值發(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)力強度 SⅢ作為評判標(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,因為吸收塔的高度是L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比。此外,應(yīng)用ANSYS 有限元分析軟件對吸收塔進行強度分析是合理而必要的。
參考文獻(xiàn):
[1]陳庭芳. 特種鋼結(jié)構(gòu)有限元分析——脫硫塔結(jié)構(gòu)托架部分靜力分析[J]. 建材與裝飾, 2018(18).
[2]黃勇, 李三平. 民用飛機結(jié)構(gòu)強度設(shè)計中的全機精細(xì)有限元分析技術(shù)及其應(yīng)用[J]. 計算機輔助工程, 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)