曹友洪

(福建鑫澤環(huán)保設備工程有限公司,福建福州 350002)

煙囪與吸收塔合一結構分析

曹友洪

(福建鑫澤環(huán)保設備工程有限公司,福建福州 350002)

通過手工計算和ANSYS有限元軟件計算兩種方法對安徽新源熱電有限公司煙囪與吸收塔合一結構進行結構計算。分析了結構在風載荷、地震載荷作用下的應力和變形,比較了手工計算和有限元電算結果,可為類似工程的計算提供理論參考。

煙囪;吸收塔;有限元;載荷

0 引言

近年來,國家對燃煤鍋爐 SO2排放濃度控制日益嚴格,要求燃煤鍋爐加裝脫硫裝置。工藝成熟、脫硫效率高達 95%的石灰石—石膏濕法煙氣脫硫技術成為大多數燃煤鍋爐主選脫硫工藝。由于現在很多脫硫系統(tǒng)未設置煙氣換熱器 (GGH),脫硫后的凈煙氣溫度 (約 50℃)低于煙氣酸露點,煙囪正壓運行,殘余的 SO2和 SO3結露后可通過混泥土滲入煙囪內部而腐蝕鋼筋。因此,必須對原有煙囪進行防腐改造,這樣一方面增加了工程投資,另一方面煙囪防腐施工期影響機組的正常運行。為解決上述問題,引入了煙囪與吸收塔合一結構。

1 工程概況

安徽新源熱電有限公司 2×220 t/h鍋爐脫硫改造工程屬于老鍋爐加裝煙氣脫硫裝置項目,采用石灰石—石膏法脫硫工藝,吸收塔采用逆流噴淋空塔,不設 GGH,脫硫后的煙氣溫度低于 50℃,按常規(guī)必須對原煙囪進行防腐處理。原煙囪防腐施工周期估計需要 2～3個月,如果鍋爐停機施工,必將給電廠造成巨額的經濟損失,因此決定采用煙囪與吸收塔合一結構,此煙囪與吸收塔合一結構總高度 80m,設計為脫硫后煙氣的永久性煙囪。

本工程地處蚌埠市區(qū),廠址區(qū) 50年超越概率10%的地震動峰值加速度 0.1 g,地震基本烈度為 7度,場地類別Ⅱ類,地震動反應特征周期為 0.30 s,50年一遇基本風壓為 0.35 kN/m2。

煙囪與吸收塔合一結構采用自立式,頂部標高80.000m,標高 +0.030～+33.500為塔體部分,標高 +33.500～80.000為煙囪部分。底環(huán)厚度30mm,標高 +0.030～ +7.530為Φ 10m筒體,標高在 +7.530～+9.030之間為Φ 10m/Φ 8.6m的圓臺,標高 +9.030～+26.080為Φ 8.6m筒體,標高 +26.080～+33.500為Φ 8.6m/Φ 3.7m圓臺,標高 +33.500～+80.000為Φ 3.7m筒體,在塔體標高 +10.735處開有 4.8m×3m矩形原煙氣進口,在塔體標高 +28.780處開有 4m×3m矩形預留凈煙氣出口。塔體、煙囪、原煙氣進口和預留凈煙氣出口材料為 Q235-B鋼,密度 7850 kg/m3,彈性模量2.06×1011Pa,泊松比為 0.3,屈服極限為 235MPa,許用應力為 113MPa。

2 結構手工計算

2.1 風載荷和地震載荷計算

根據文獻[1],為了便于分析和計算,把煙囪與吸收塔合一沿高度分為 8段,計算結構風載荷、地震載荷,計算結果見表 1和表 2。

表 1 煙囪與吸收塔合一結構風載荷計算結果

表 2 煙囪與吸收塔合一結構地震荷載計算結果

2.2 橫向風振分析

根據文獻[1],高度 H>30m,且高度與平均直徑之比 H/D>15的自承式塔式容器應考慮橫向風振的影響。對于不等徑的塔,平均直徑為各直徑的加權平均值,計算公式為:

式中:D1、D2……為不等徑各段塔直徑,m;L1、L2……為不等徑各段塔的長度,m。利用式 (1)計算煙囪與吸收塔合一結構的高度與平均直徑之比H/D=14<15,由此可知,煙囪與吸收塔合一結構不會發(fā)生橫向風振。

2.3 應力計算

根據文獻[1],煙囪與吸收塔合一結構任意截面的應力計算公式為:

表 3 煙囪與吸收塔合一結構截面 0-0～7-7應力值計算結果

3 ANSYS有限元軟件計算

運用 ANSYS有限元分析軟件的 APDL(ANSYS Parametric Design Language)語言對煙囪與吸收塔合一結構進行參數化建模,煙囪和吸收塔板選用 Shell 63殼單元,按文獻[1]定義結構的載荷,計算煙囪與吸收塔合一在定義載荷情況下的應力和變形,截面0-0～7-7的最大節(jié)點應力值見表 4。

表 4 手工計算與 ANSYS有限元軟件計算結果比較

結構手工計算結果和 ANSYS有限元電算結果(見表 4)比較接近,兩者計算截面應力誤差基本在10%左右。兩種計算表明,煙囪與吸收塔合一的應力分布不均勻,最大應力約為最小應力的 8倍,最大應力處為煙囪與塔體交接處,最小應力在煙囪頂部。結構計算的最大應力 25.32MPa,小于 Q235-B的許用應力 113MPa,說明結構強度滿足要求。

4 結語

(1)煙囪與吸收塔合一結構主要承受風載荷,結構的危險點在煙囪與塔體的結合部(4-4截面),這個部位需要加強。在實際工程設計中,煙囪與塔體結合部通過焊接 40塊筋板來加強結構。

(2)煙囪與吸收塔合一結構計算是基于結構不發(fā)生腐蝕情況下能滿足設計要求,由于脫硫液和脫硫后煙氣極具腐蝕性,為保證結構的安全,必須對結構進行防腐蝕措施。

(3)結構手工計算和 ANSYS有限元電算兩種方法計算煙囪與吸收塔合一應力結果比較接近,煙囪與吸收塔合一結構強度滿足設計要求。

[1]JB/T 4710-2005,鋼制塔式容器[S].

[2]GB 50051-2002,煙囪設計規(guī)范[S].

[3]GB 50009-2001,建筑結構載荷規(guī)范[S].

[4]GB 50011-2001,建筑抗震設計規(guī)范[S].

[5]GB 50071-2003,鋼結構設計規(guī)范[S].

[6]博弈工作室.ANSYS9.0經典產品高級分析技術與實例詳解[M].北京:中國水利水電出版社,2005.

[7]王勖成.有限單元法[M].北京:清華大學出版社,2003.

[8]龍馭球,包世華.結構力學[M].北京:高等教育出版社,2000.

[9]曹友洪,潘 伶.電除塵器鋼架有限元分析 [J].電力環(huán)境保護,2007,23(6):10-12.

Structural analysis of chimney and absorber tower integrated

U sing m anual calculation m ethod and ANSYS finite elementm ethod,the structural analysis of ch im ney and absorber tower integrated is carried out forAnhuiXinyuan Power Plant.The stress and defor m ation of structure underw ind load and earthquake load are analyzed.The results ofmanualcalculation and finite element calculation are compared,which could provide theo ry reference for calculation of s im ilar devices.

ch imney;absorber tower;finite elem ent;load〗

X701.3

B

1674-8069(2011)05-029-03

2011-06-24;

2011-08-20

曹友洪 (1980-),男,福建長汀人,碩士,工程師,從事煙氣脫硫工程設計工作。E-mail:cyh3278@163.com