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摘要：随着脱硫超低改造的推进，越来越多的项目出现了在吸收塔上部加装烟囱的系统设置，特别是从占地、支撑及流场等方面考虑，吸收塔顶部设置附加烟囱的项目也在增加。以某电厂脱硫吸收塔塔顶附加烟囱为例，对塔顶烟囱强度及稳定性进行有限元研究分析，为设计方案提供了可靠的技术指导，同时也为其他类似工程设计提供参考和借鉴。
关键词：塔顶烟囱；吸收塔；有限元分析
1 引言
随着火电厂机组容量的扩大，对应的脱硫系统的关键设备——吸收塔也随着变大；而随着脱硫超低的推进，新建或改造项目中，吸收塔顶部设置烟囱的项目也呈现逐渐增多的趋势。吸收塔设置顶部烟囱，从系统设计来说，可以有效降低吸收塔出口阻力；从工程应用来说，既可以作为临时烟囱或检修烟囱，也可以作为永久烟囱使用，特别是对改造项目中全负荷工况脱硫的实现具有重大意义。
然而，如何保证顶部烟囱的强度和结构稳定性，吸收塔本体结构需要有哪些调整，都是需要在设计及应用中需要分析并明确的事项。本文结合某电厂吸收塔顶部烟囱的设计，对其强度及结构稳定性进行有限元分析，力图为类似工程项目的设计提供参考和借鉴。
2 项目概况
本项目为某350MW火力发电机组吸收塔顶加装烟囱改造工程。塔顶烟囱为自支撑形式，载荷全部作用在吸收塔上。由于吸收塔顶盖锥体较弱，不能承受较大的载荷，为避免将塔顶烟囱的载荷力直接作用到吸收塔顶盖锥体上，使烟囱的支撑结构受力更为合理，本设计方案为烟囱的支撑和固定配置了一套梁柱结构。
该项目基本设计参数见下表所示。
3 整体结构优化分析
3.1 分析方法
该脱硫吸收塔及顶部烟囱是一种立式圆筒形设备，属于大型的薄壁结构。结构发生失效的主要表现形式不是强度问题，而是竖直方向的轴向压应力导致的失稳。因此，导致失稳的轴向压缩应力应作为重点校核对象。
筒体轴向压缩应力计算方法根据NB/T47003.1《钢制焊接常压容器》确定。计算时对于载荷中含有风载荷、地震载荷、雪载荷时，应力许用值按乘以载荷组合系数考虑。风载荷和地震载荷等考虑方法参照NB/T47041-2014《塔式容器》标准。
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 载荷及组合
参照NB/T47041-2014《塔式容器》标准，计算中考虑了自重、液柱静压力、设计压力、地震载荷、风载荷、雪载荷，校核时应对各种载荷进行组合。
对本脱硫塔主要考虑以下两种较危险的工况组合：
Ⅰ．自重＋液柱静压力＋外压＋风载荷＋雪载荷
Ⅱ．自重＋液柱静压力＋外压＋地震载荷＋25%风载荷＋雪载荷
3.3 结构模型建立
根据塔体及顶部烟囱的几何特点，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。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。
根据该项目吸收塔及顶部烟囱的结构尺寸，建立了有限元模型，如图1所示。
本工程设计方案结构较复杂，没有经验公式计算可供选择，最终采用有限元分析的方法指导设计，达到了保证设计安全和优化的目的。
4 结论
本文利用ANSYS有限元分析软件，对某电厂吸收塔及顶部烟囱结构进行了应力分析，为设计方案提供了可靠的技术指导，同时也为其他类似工程设计提供参考和借鉴。
参考文献：
[1] 钟莎，单新宇．塔顶可整体拆卸式脱硫临时烟囱[J]．能源与节能，2014，12：176－178．
[2] 赵礼金．电厂湿法烟气脱硫工程临时烟囱的设计[J]．电力科学与工程，2010，26（6）：65-67
[3] NB/T47041-2014，塔式容器[S]
作者简介：
杨秀杰（1982-），男（满族），河北人，工程师，硕士，主要从事电力环保、化工等行业非标设备设计工作。
论文作者:杨秀杰
论文发表刊物:《电力设备》2017年第27期
论文发表时间:2018/1/11
标签：烟囱论文; 吸收塔论文; 载荷论文; 塔顶论文; 结构论文; 有限元论文; 组合论文; 《电力设备》2017年第27期论文;