某发电厂1000MW机组烟气脱硫塔强度和稳定性分析 蔡亚东

某发电厂1000MW机组烟气脱硫塔强度和稳定性分析蔡亚东

发表时间：2017-12-25T12:00:07.750Z 来源：《电力设备》2017年第25期作者：蔡亚东[导读] 摘要：文章利用SolidWorks软件对吸收塔进行实体建模，并运用有限元分析软件ANSYS WORKBENCH，在考虑自重、风载荷、地震载荷情况下，对烟气脱硫吸收塔进行动力特性分析，经计算分析，得到吸收塔固有频率和振型，塔体结构发生失效主要表现在大矩形开孔侧的塔壁。

（大唐环境产业集团股份有限公司北京 100097）摘要：文章利用SolidWorks软件对吸收塔进行实体建模，并运用有限元分析软件ANSYS WORKBENCH，在考虑自重、风载荷、地震载荷情况下，对烟气脱硫吸收塔进行动力特性分析，经计算分析，得到吸收塔固有频率和振型，塔体结构发生失效主要表现在大矩形开孔侧的塔壁。为吸收塔的整体设计及维护提供了参考。

关键词：吸收塔；有限元分析；动力特性；应力 Abstract：The FE model software SolidWorks is used to establish the model of absorber.The FE analysis software ANSYS Workbench is used to analyze the dynamic performance and stress of the absorber under combined load of weight，the wind loads and seismic load.The natural frequency and vibration mode of absorber is solved.It is found that the main structure failure is in large rectangular opening side of absorber.It provides reference of designing and maintenance for absorber. Key words：absorber；Finite element analysis；Dynamic performance；stress；

1.引言

大气环境中的二氧化硫污染是当今人类面临的重大环境问题之一，烟气脱硫是降低燃煤所产生的主要污染物二氧化硫的重要措施，吸收塔是烟气脱硫系统中的主体部分，为大型薄壁壳体钢结构。其内部设置各种管道，支撑梁，塔体开设烟气进出口，并通过型钢加强，整个结构形式非常复杂。塔体失效的主要表现形式是由于压应力而导致的局部失稳，因此导致局部失稳的压应力作为重点校核对象。塔体的大开孔对塔体抗弯、抗震能力削弱很大，开孔边缘处存在应力集中。塔体内壁需进行玻璃鳞片防腐，由于玻璃鳞片性质较脆，塔体发生较大弹性变形时，容易引起鳞片的龟裂导致脱落。因此避免塔体发生较大弹性变形也是设计应考虑的。

对于吸收塔的设计计算，我国还没有专门的设计规范，随着数值计算的发展，对于这类结构的动力特性分析，可以利用SolidWorks软件对吸收塔进行实体建模，并利用ANSYS有限元分析技术对其结构进行动力特性分析，提高结构设计的安全性和经济性，为该类工程设计提供参考。

2.吸收塔有限元模型 2.1吸收塔的基本情况

该项目脱硫吸收塔结构分为三部分。下段筒体直径为23m，中段筒体直径为20m，上段烟气出口直径为10.2m。直径变化处采用圆台面过渡，两个圆台面的高度分别为2.6m和4.91m。在标高24.9m，27.4m，29.9m，32.4m，34.9m处分别设置5层喷淋层，在标高38.4m和41.4m处设置两层屋脊式除雾器。进口烟道中心标高为19.6m，宽度为15.6m，高度为4.3m，厚度为6mm，用截面为H型钢和T型钢加强筋。出口烟道中心标高为55.6m，直径为10.2m，外沿用截面为T型钢加强。吸收塔筒体分别环向加强筋，加强筋截面用H型钢。进出口烟道及塔体材料为Q235钢，密度为7800kg/m3，泊松比为0.3。

2.2吸收塔模型的建立与导入 SolidWorks软件具有强大的基于特征的实体建模功能，通过拉伸，旋转，抽壳等操作来建立吸收塔复杂的三维实体模型，该模型包括塔壁，烟气出入口段，加固肋等，其他管道人孔门等对计算结果影响较小而在建模时忽略。在模型中设定不同分段搭壁板和出入口段的壁板厚度，加强筋截面尺寸形状等，完成建模。如图2.1。根据常压容器和塔式容器计算规范推算出吸收塔壁各段的壁板厚度，如表1.1所示。

图2.1 吸收塔模型图2.2 ANSYS模型 3.吸收塔有限元分析

3.1单元选择与网格划分

该吸收塔结构及梁加固结构，属于大型带肋薄壳结构，因此分析中拟采用梁、壳单元结合的有限元分析方法进行计算。网格划分选择划分的塔面按自由方式划分单元，塔面中不含孔洞的规则面用四边形划分，塔面中含孔洞的不规则面用三角形划分，单元边的大小一般控

制为变长不超过0.5m。塔体内附件（湍流层，喷淋层支撑梁、除雾器）用质量单元表示。吸收塔整体结构分析的网格划分如图3.1所示。

3.2载荷施加与约束条件

⑴吸收塔及加固肋自重

本吸收塔及加固肋材料Q235B密度为7850kg/m3。在ANSYS软件模型中施加Y方向重力加速度9.81m/s2即可，软件可根据材料体积自动计算材料质量。

⑵地震荷载

如果发生地震时，，地面运动是复杂的空间运动，分为三个平动和三个转动分量。转动分量实测数据少，一般不予考虑，地面和项运动使设备产生水平方向的震动，危害较大。而垂直方向只有在地震烈度大于八级时才考虑。

水平地震力为：

⑸约束条件

塔底视为固支，六个自由度全部约束。

3.3动力特性分析

根据上述建立的有限元模型及边界条件，计算出脱硫塔的动力特性（固有频率和振型）。其结果见表3.1，该表列出了前10阶固有频率的结果；

通过对吸收塔的动力特征分析，从计算结果及结构模态特征可以看出：第1、2阶振型是结构的主要振型，表现出结构的整体刚度起主要控制作用。第3阶振型表现为吸收塔局部振动，吸收塔的烟气进口和出口都是开设的较大孔洞，故该段局部振动较明显。 4强度分析