ANSYS有限元软件在脱硫塔原烟道结构大开口的应用研究

孙荣国　张颖　于佳　徐健　孙燕燕

摘要：本文利用ANSYS软件建立了脱硫塔的有限元模型，施加载荷，在不同载荷工况下对结构大开口部分进行分析研究和设计优化，既保证了脱硫塔结构的强度，又降低了工程成本。

关键词：有限元;结构大开口;应用研究

1  引言

2018年10月26日修正的大气污染防治法，要求保护环境，防治大气污染，保障人民健康，推进建设生态文明，促进社会可持续的发展。火力发电厂燃煤产生的污染物主要有烟尘、SOX、NOX和CO₂等，需要通过对废气进行脱硫、脱硝的设备处理，才能排入大气，所以脱硫塔应运而生。脱硫塔主要由底板基础环、圆柱（台）形塔侧壁、原烟道、净烟道、过滤装置、喷淋装置、扶梯、顶盖、操纵平台以及其附属结构等组成^[1] 。

本文着重介绍ANSYS有限元软件在塔体大开口结构（原烟道段）力学分析的应用。塔体结构承受的载荷，除了与压力容器相同的载荷外，还有至关重要的风载荷、地震载荷和重量载荷、偏心质量载荷（集尘载荷、积雪载荷、附属装备等）等。要保证塔设备在多种载荷联合作用下安全运行，就必须对各种工况下，多种载荷的联合作用进行结构方案设计计算，以确保设备有足够的强度和稳定性。

2建立脱硫塔有限元模型

对结构模型进行简化处理，根据图纸尺寸进行有限元模型建立。建模时需要单位制，本次建模使用的相關单位是：长度m、时间s、重量Kg、力N、密度Kg/mm³、应力Pa。建立的模型如图3所示。脱硫塔结构有限元模型由三种单元组成：塔壁、过路层和烟道等采用板壳单元SHELL63;支架、进口烟道上眉线补强板和烟道口膨胀节法兰采用梁单元BEAM188;支架上的附加质量采用质量单元Mass21。原烟道结构大开口尺寸参数为12.5*6米，开口巨大，对整体结构传力路线有一定的破坏，结构强度、刚度削弱严重，需对开口部分进行补强处理。

3载荷加载及结果分析

根据不同载荷工况计算，塔体结构大开口段的有限元计算结果，载荷工况如表1所示。

根据表1载荷工况，利用有限元对塔体整体模型进行分析计算，并提取原烟道大开口段的强度刚度特性。最大等效应力，发生在工况8作用下，应力云图如图4所示。根据计算结果对原烟道大开口段进行优化设计，具体结构参数如图5所示。

4 结束语

此种超大尺寸和特定形状的塔器目前国内尚无可依据标准，结构受力复杂、载荷大，开口尺寸超大，这都对结构方案的设计与计算提出了难题，运用Ansys有限元软件，对结构进行有效的建模仿真，结合工程理论计算的载荷，进行分析优化，结果真实、合理、准确，节约了设计成本，为工程实际提供了有力的设计依据^[3] 。

参考文献：

[1] 赵忠丽.橡胶密封制品的有限元模拟与结构优化[D].青岛：青岛科技大学，2006.

[2] 黄娟.基于有限元分析的脱硫塔结构优化设计[D].哈尔滨工业大学，2014.

[3] 李杰，周玉.火电厂烟气脱硫塔钢结构有限元计算与分析[J].中国水运（下半月），2010，10（12）：122-123.

作者简介：

孙荣国，男，1981.4，，辽宁省东港市，中级职称，农业机械化及其自动专业。

（作者单位：1、4辽宁联合航空发展有限公司;2辽宁省重大技术装备战略基地建设工程中心;3沈阳工程学院;5辽宁装备制造职业技术学院）