王美春

摘要：现如今我国二氧化硫对自然环境的污染日益增多，火电厂需要增加烟气脱硫系统，以减少城市二氧化硫的排放状况，其中该系统设施的核心设备是吸收塔，必须具备安全可靠的特点，才能保证提高脱硫的工作效果。本文以下针对烟气脱硫工程吸收塔结构强度有限元进行详细分析。

关键词：烟气脱硫；吸收塔；有限元

面对含有二氧化硫的组成酸雨已经对我国自然环境产生很严重的危害，按照我国相关环保部门发布的通知，火电厂需要增加烟气脱硫设备，减少该有害气体总量的排放。其核心装置吸收塔的原理是二氧化硫与石灰石浆液通过吸收、溶解以及氧化等过程，最后形成的石膏浆液，经过脱水从而得到的将状态石膏[1]。

一、关于烟气脱硫装置内部核心吸收塔介绍

关于某火电厂的600MW烟气脱硫工程内部核心装置吸收塔为圆形，其内径大小为15米，并且总体的高度为40米。吸收塔内部是应用喷淋组管与除雾器组成，含二氧化硫烟气沿着通道进入到吸收塔当中，吸收塔塔入口烟道设置在吸收塔的中心位置，并且高度在10米左右，其浆液池的位置要和最后一层的喷淋层直接平行。吸收塔设置4层喷淋层，烟气进入塔内后往上逆流通过吸收区，经噴淋雾化的石灰石浆液与SO2烟气在吸收区发生接触反应生产亚硫酸钙，落入吸收底部浆液池，通过在吸收塔浆液池内实施充分的氧化反应后生成石膏。在进行吸收塔喷淋层上方装置除雾器，可以有效减少烟气当中所夹带的液滴，净化烟气在吸收塔顶部以饱和度离开吸收塔。核心装置吸收塔为钢制薄壁形状，其中它的外壁由钢板和型钢构成，并且其中还设置很多接口[2]。吸收塔为薄壁结构需要承受所有的重量，而且内部结构零件自身就存在不同的重量。烟气脱硫吸收塔的尺寸很大，并且运行的负荷也比较多，承受的重量复杂，对设计的要求也比较多。

1、分析吸收塔的有限单元法

面对有限单元法的基本原则是将求解区域中的离散作为一个组织，并且按照一定的形式相互串联成组合单元，由于单元能够按照不同的结合方式进行组合，并且单元自身也存在很多不同的形状，此外，可以根据模型化出几何来进行求解最后得出相关的答案。

2、计算形式

针对有限元实施ANSYS 大型通用有限元程序进行计算分析，该软件是为我国机械设计唯一全国压力容器标准委员会认准的专业分析软件。并且在烟气脱硫工程中，核心装置的吸收塔材料主体实施原材料为 Q235-B，内衬丁基橡胶或鳞片树脂防腐。

二、针对烟气脱硫核心设备吸收塔组织结构进行分析

将有限元模型坐标应该柱体坐标系，其设置为X、R、Y，分析应用Shell63单元将吸收塔进行系统化的网络分析，应用3节单元体对增强筋实施网络策划，详细情况如以下图[3]。

1、关于吸收塔的载荷工情况

在本文分析当中，为了能够有效突出载荷叠加，分别作为做出了一下几种分析：载荷工程的重量和吸收塔以及楼梯内部元件并不相同；吸收塔内壁出现的保温加内衬重量等都是钢制形式；吸收塔以及内部件的出现结垢情况，及其持液体和浮力内部件等出现下管道重力[4]。

2、分析工程机械中的应用材料特性

3、分析吸收塔内的约束条件

我国机械中，针对吸收塔是可以应用基础环板下的抗剪件以及螺栓进行束缚，本文分析的模型对基础的环板底部以及地脚螺栓进行全部约束控制。

4、针对吸收塔安全判据分析

面对该吸收塔装置的设计方法需要对容器每个部位进行详细分析和核实，并且对应于在容器上分布的零件都要无比清楚，因此，对于失效或是起到作用的差异分为一次型应力和二次型应力。每个载荷公况计算的应力需要实施无限叠加，最后得出应力需要，不同的位置上出现的强度分析效果也是不同的，根据机械工程经常用的JB4732 《钢制压力容器-分析设计标准》，吸收塔的强度需要根据以下的判断进行分析，1、一次总体薄膜应力强度 SⅠ应不超过设计应力强度值 ；一次局部薄膜应力加一次弯曲应力的在最危险工况下吸收塔应力强度云图中强度的许用极限为 1.5KSm，即：SⅢ≤1.5KSm。如果这种危险组合工况中能够满足强度要求，则整个吸收塔强度是可靠的。

7、分析吸收塔应力强度校核

根据本文上述分析的图可以看得出来，最危险的组合工程下，吸收塔变化最大，其强度最大值发生在底部加劲环区域，本区域应按照一次局部薄膜应力加一次弯曲应力的应力强度 SⅢ作为评判标准 ，故用一次局部薄膜加一次弯曲应力的许用极限偏于保守，则结构其它部位的应力也必满足要求。

三、总结

综合上述分析得知，因为吸收塔的高度是L与直径D的比例统一小于5，并且钢制塔的容器分析理论在我国工程中还不完全通用。吸收塔内部的组织结构很是复杂化，并且内部的压力达不到正常标准，真空度也比较低，不能够按照钢制压力的容器来相同对比。此外，应用ANSYS 有限元分析软件对吸收塔进行强度分析是合理而必要的。

参考文献：

[1]陈庭芳. 特种钢结构有限元分析——脱硫塔结构托架部分静力分析[J]. 建材与装饰， 2018（18）.

[2]黄勇， 李三平. 民用飞机结构强度设计中的全机精细有限元分析技术及其应用[J]. 计算机辅助工程， 2018， 27（3）：35-38.

[3]杨凯， 李雪. Jack-Up中Surge Tank处甲板结构强度有限元分析[J]. 科技创新与应用， 2018（5）：4-6.

[4]王巍巍. 基于ANSYS软件的平台局部结构有限元分析探讨[J]. 中国石油和化工标准与质量， 2017， 37（4）：100-101.

（作者单位：四川苏源环保工程有限公司江苏分公司）