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除尘器是火力发电厂除尘系统中用于过滤和吸收有毒有害气体的设备,湿式除尘器因具有可防止二次扬尘等优点,正被越来越广泛的使用。圆形湿式除尘器根据阴阳极悬挂要求,采用骨架式结构安装,钢框架为其关键受力部分,筒壁钢板主要起维护作用。壳体内部设支撑梁,筒壁设有烟气进出口,壳体壁板通过型钢进行加强,整个体系结构复杂。目前该类结构的设计很大程度上依赖工程经验,缺少对其受力特性的准确模拟分析。所以,深入细致的研究圆形湿式除尘器静力特性就具有非常重要的工程意义,这可以为设计部门提供可靠的理论依据。 本文以华能上海发电厂圆形湿式除尘器设计项目为实际工程背景,利用Midas gen有软件建立四个有限元计算模型,分别是:整体实体计算模型、骨架简化计算模型、顶盖局部计算模型和筒壁无大开口计算模型。对不同计算模型的静力计算结果进行对比分析,进行的主要研究工作如下: (1)分析圆形湿式除尘器结构特点,明确结构所受的荷载及约束情况。采用梁单元模拟钢框架,平面应力单元模拟筒壁,板单元模拟检修通道和顶盖钢板,建立整体结构的有限元实体计算模型,研究钢框架与钢板协同作用下的静力特性。 对比实体模型在不同荷载组合工况下的静力计算结果发现,梁单元的最大应力出现在支撑进烟口顶盖外环梁的柱下端与筒壁的连接处,在此处出现应力集中。板单元的最大变形发生在筒壁点状凹陷处,同时检修通道出现波浪型翘曲。实体模型最大竖向变形出现在集尘管束层十字支撑梁交叉点上,其主要原因是:一是该层作用的灰载值较大;二是因为该层中间没有中柱,十字梁跨度较大,导致在梁交叉点处发生较大的竖向位移。需对此处十字梁进行加强处理,适当增大其截面。 (2)应用有限元软件建立骨架简化计算模型,忽略钢板,将圆形湿式除尘器简化为空间钢框架结构。对圆形湿式除尘器所承受的荷载进行等效换算处理,对比恒载与活载组合作用下骨架简化计算模型与实体模型的有限元结果。 在恒载与活载组合作用下,骨架简化模型的水平变形较实体模型大,原因是骨架简化计算模型没有筒壁钢板约束其水平位移。骨架简化模型中标高11.935层检修平台外环梁处竖向变形较实体模型中增大43.5%。两模型立柱轴力由高标高处向低处递增,符合结构受力规律。骨架简化模型中立柱轴力值平均为实体模型的1.8倍,原因是实体模型中维护钢板分担了部分轴力;实体模型中立柱轴力在筒壁大开口处突增,而骨架简化模型没有筒壁钢板,立柱轴力由高向低平缓增大。 (3)为保证结构安全可靠,取顶盖建立局部有限元实体计算模型,分析对比顶盖局部模型和整体实体模型下静力计算结果,讨论局部模型的可靠性。顶盖局部模型中内力、位移,应力与整体模型差别很小,工程设计中可以考虑局部建模,以减少工作量。 (4)本文所研究的圆形湿式除尘器筒壁下方设大出烟口,通过对比原实体计算模型和筒壁无大开口实体计算模型中框架在荷载作用下的静力计算结果,研究筒壁大开口对结构的影响。该圆形湿式除尘器中筒壁钢板主要起维护作用,筒壁大开口对结构整体影响不大。在竖向荷载作用下,筒壁大开口周边柱的应力较该层其他柱增大15MPa。在负压荷载作用下,筒壁大开口对实体模型影响较大,其造成在大开口边缘处的梁、肋和板均大幅度向内挤压变形,该处梁和肋出现应力集中现象。在圆形湿式除尘器的设计中,需对出烟口边缘梁和肋进行加强处理以防止钢板出现失稳现象。