基于ANSYS的袋式除尘器壳体有限元分析

杨 秀 杰

(大唐环境产业集团股份有限公司，北京 100097)

基于ANSYS的袋式除尘器壳体有限元分析

杨 秀 杰

(大唐环境产业集团股份有限公司，北京 100097)

以某电厂袋式除尘器壳体为研究对象，利用ANSYS有限元分析软件进行了优化分析。对设计方案进行了详细计算分析，优化后的结构重量下降了15%以上，为袋式除尘器壳体设计和工程实践提供了可靠依据。

袋式除尘器，除尘器壳体，有限元分析

1 概述

近年来我国工业发展迅猛，随之而来的是化石能源特别是煤炭大量消耗，从而导致大气污染日趋严重，其中粉尘是造成大气污染的主要因素之一。粉尘污染对环境造成了威胁，影响人类身体健康，越来越受到人们的重视。随着大气污染物排放标准最新版的颁布和实施，燃煤锅炉烟尘排放浓度要求十分严格。袋式除尘器具有除尘效率高、不受粉尘和烟气特性影响、运行稳定的优点[1]。因此，袋式除尘器作为一种高效除尘设备，得到了越来越广泛的应用。

除尘器壳体是除尘器的重要组成部分，它构架了工艺流程与空间主体，是完成烟气除尘的主要装置，其壳体是骨架式箱型结构。除尘器壳体出入口、灰斗、壁板、骨架式框架等，结构比较复杂，属于多次超静定框架结构，其内力分析比较复杂。企业大部分是依靠经验或半经验设计，在设计中采用估计或简化计算方法，设计人员为保证设计安全，往往会加大材料的用量，设计中随意性比较大，造成材料浪费，生产成本高[2]。因此有必要对袋式除尘器壳体结构进行研究。本文利用ANSYS有限元分析软件分析了某电厂袋式除尘器壳体结构承载能力情况，能为结构设计与优化提供一定的参考。

2 袋式除尘器结构简述

袋式除尘器通常由上箱体(净气室)、中箱体(过滤室)、灰斗、框架、脉冲喷吹装置等部分组成。除尘器钢框架是除尘器的主要承重体系，它把各种竖向和横向荷载传递到基础。中箱体是最大的壳体结构，支撑于框架结构上。袋式除尘器的中箱体壳体结构通常为全钢结构，由钢骨架和围护板组成。它是安放滤袋，完成烟尘气体净化的空间。

本项目袋式除尘器过滤室壳体结构主要包括骨架和密封板。主要采用型钢，如工字钢、H型钢、槽钢、圆钢管等。

3 壳体结构优化分析

3.1分析软件

本分析采用大型通用有限元分析软件ANSYS。该软件是集结构、热、流体、电磁、声学于一体的大型通用有限元分析软件，是美国机械工程师协会(ASME)、美国核安会(NRC)、美国宇航局(NASA)、中国铁路机车车辆工业总公司、全国压力容器标准化技术委员会(CNSCPV)等近二十种专业技术协会认可的标准分析软件。本分析中仅用了其中的多物理场分析模块。

3.2荷载及组合

过滤室壳体结构荷载主要由操作运行条件产生，它所受的载荷主要有：箱体自重、积灰、烟气压力、风载荷及上箱体相关设备的重力。所考虑荷载如下：

1)自重：包括壳体本身自重及上部净气室重量;

2)附件检修荷载：除尘器上所有附件重量及检修荷载;

3)灰斗积灰荷载：灰斗中积灰按8 h灰量考虑;

4)烟气压力荷载：设计压力;

5)风荷载。

以上所考虑的各种荷载系数如表1所示。

表1 荷载分项系数与组合系数

3.3结构模型建立

根据壳体结构的几何特点，在Ansys软件中使用壳单元Shell181和梁单元Beam188组合建立模型。Shell181单元是三维壳单元，适用于薄壳和中厚壳结构的分析。该单元具有4个节点，每个节点具有6个自由度，即沿着X,Y,Z方向的平动和绕着X轴,Y轴,Z轴的转动。Beam188适合作细长的或适当短粗一些的梁结构，这种单元基于Timoshenko梁理论，并包含了剪切变形的影响。Beam188单元有两个节点，但它是立体的，可以通过定义截面形状来定义它的各个尺寸，可模拟的各种截面形状。

该项目过滤室壳体总长40 m，宽22.6 m，高10.2 m。根据该项目袋式除尘器结构尺寸，建立了有限元模型，如图1所示。

表2 分析结果校核表

3.4分析结果

使用ANSYS软件施加所考虑的各种荷载，得出了有限元分析结果，根据分析结果对杆件进行了优化，最终结构应力分布以及变形云图如图2，图3所示，计算结果校核表如表2所示。

本工程最初设计方案，依据经验选取杆件，但是结构用钢量较大，经济性较差，通过有限元分析后，对过于保守的杆件进行了优化减重，最终结构用钢量明显减少，比最初设计方案减小了15%以上，达到了优化的目的，该项目最终采用了优化方案进行结构设计。

4 结语

本文利用ANSYS有限元分析软件，对某电厂袋式除尘器壳体结构进行了分析和优化，最终得到了壳体结构的优化截面尺寸并且减少了钢材用量。优化后的结构重量下降了15%以上，为袋式除尘器壳体结构设计和工程实践提供了可靠依据。

[1] 谭志洪，刘来瑞，刘丽冰，等．大型袋式除尘器钢支架结构的稳定性优化设计[J]．机械设计与研究，2013，29(2)：121-125．

[2] 姜凤有.工业除尘设备[M]．北京：冶金工业出版社，2007:384-432．

[3] 钱 磊,朱 勇.袋式除尘器结构优化设计的探讨[J]．工业安全与环保，2011，37(4)：23-24．

[4] 侯永超,杨兆建,王义亮.大型电除尘器底梁及支架的有限元分析[J].太原理工大学学报，2005，36(3)：293-295．

[5] GB 13223—2011，火电厂大气污染物排放标准[S].

AfiniteelementanalysisofbagfilterprecipitatorshellbasedonANSYS

YangXiujie

(DatangEnvironmentIndustryGroupCo.,Ltd,Beijing100097,China)

Optimum analysis on precipitator shell structure of bag filter in a power plant was studied on with ANSYS software used in finite element analysis. According to the analysis results, the structures of the precipitator shell can be optimized. After the optimization, the weight of precipitator shell reduces more than 15 percent. The result has certain reference significance in the design of precipitator shell of bag filter.

bag filter, precipitator shell, finite element analysis

1009-6825(2017)28-0204-02

2017-07-25

杨秀杰(1982- )，男，硕士，工程师

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