【正文】 ...............................................................17 灰斗基本參數(shù) .................................................................................................17 灰斗殼體模型的基本設(shè)定（按順序） .........................................................17 定義單元格 ...........................................................................................17 材料屬性定義 .......................................................................................18 網(wǎng)格劃分 ...............................................................................................18 施加約束 ...............................................................................................19 施加灰斗載荷 .......................................................................................19 荷載計算方法 .......................................................................................19 灰斗殼體模型的建立與分析 .........................................................................21 模型一 ...................................................................................................21 第五章 灰斗結(jié)構(gòu)的改進 ............................................................................................24 模型二 .............................................................................................................24 模型三 .............................................................................................................25 第六章 灰斗結(jié)構(gòu)的優(yōu)化 ............................................................................................28 定義約束條件 .................................................................................................28 目錄 IV 定義設(shè)計變量 .................................................................................................28 優(yōu)化過程 .........................................................................................................29 優(yōu)化灰斗厚度 .......................................................................................29 優(yōu)化縱向角鋼尺寸 ...............................................................................31 優(yōu)化橫向角鋼 .......................................................................................37 再優(yōu)化 ...................................................................................................42 最終優(yōu)化 ...............................................................................................46 第七章 結(jié)論 ................................................................................................................48 參考文獻 ......................................................................................................................49 致謝 ..............................................................................................................................51 第一章 概述 1 第一章 概述 研究目的與意義 近年來，我國袋式除塵器有了長足的進步，主機、濾料、自動控制和應用技術(shù)的水平都有很大提高，使得袋式除塵器對于煙氣的高溫、高濕、高濃度、微細粉塵、吸濕性粉塵、易燃易爆粉塵等不利工況條件有了更強的適應性，在加強清灰、提高效率、降低消耗、減少故障、方便維 修方面達到一個新的高度。但是，我國目前除塵器結(jié)構(gòu)設(shè)計水平與國外最新發(fā)展水平相比，還存在相當?shù)牟罹啵绕湓诒倔w結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，一些薄弱環(huán)節(jié)需要研究、改進和提高，問題主要表現(xiàn)在以下兩個方面。 ① 耗鋼量。袋式除塵器從小型單室結(jié)構(gòu)發(fā)展到大型多室結(jié)構(gòu)，過濾面積從幾平方米發(fā)展到幾萬平方米，規(guī)模越來越大，耗鋼量越來越多。而除塵器本體較少采用計算機優(yōu)化設(shè)計，選材隨意、結(jié)構(gòu)笨重，缺乏創(chuàng)新意識。有相當一批除塵器產(chǎn)品的耗鋼量指標超過 90 kg/㎡ ，遠遠落后于國外先進水平。因此，優(yōu)化除塵器結(jié)構(gòu)，降低耗鋼量已成為袋式除塵器技術(shù)進步的一 個重要方面。 ② 安全問題。袋式除塵器本體是鋼結(jié)構(gòu)，涉及到結(jié)構(gòu)安全問題。 節(jié)約用材和結(jié)構(gòu)安全，是一對很難調(diào)和的矛盾。武斷地降低耗鋼量，使結(jié)構(gòu)變得輕巧，可能帶來結(jié)構(gòu)安全隱患；盲目地追求結(jié)構(gòu)安全，提高結(jié)構(gòu)重量，可能造成大量浪費。所以，針對不同規(guī)格除塵器結(jié)構(gòu)的安全隱患和薄弱點，研究結(jié)構(gòu)變形規(guī)律及其控制技術(shù)、熱應力消除技術(shù)及其補償措施，以及除塵器結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法，開發(fā)基于 ANSYS 的袋式除塵器結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計計算軟件，以及結(jié)構(gòu)模塊化、快裝化計算機仿真，方便、快捷地實現(xiàn)除塵器結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計及計算，在節(jié)約鋼材與結(jié)構(gòu)安全之間找 到一個平衡點非常有必要。在滿足工藝條件的情況下，對除塵器的本體鋼結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，降低用鋼量，是降低除塵器成本，提高市場競爭力的有效辦法。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 近半個世紀以來 ,我國的經(jīng)濟高速發(fā)展 ,現(xiàn)代化工業(yè) ,尤其是重化工、原材料、能源等工業(yè)更是突飛猛進 ,但加快經(jīng)濟發(fā)展的同時 ,工業(yè)生產(chǎn)所產(chǎn)生的粉塵、纖塵等不僅會破壞作業(yè)環(huán)境 ,還會污染大氣環(huán)境 ,危害人們的健康。隨著我國環(huán)保法規(guī)的日益嚴格 ,除塵器得到越來越廣泛的應用。 袋式除塵器自 1881 年問世至今 ,已經(jīng)得到很大發(fā)展。目前袋式除塵器的應用數(shù)量約占各類除塵器 總量的 60%~70%,這主要得益于濾料的發(fā)展、清灰技術(shù)的進步以及運行控制的逐步現(xiàn)代化。 第一章 概述 2 ① 袋式除塵器主機 脈沖袋式除塵器大型化的趨勢明顯，性能達到國際先進水平。上鋼五廠新建100 噸電爐采用這種設(shè)備處理風量 萬 m3/h，排塵濃度為 8～ 12mg/m3，設(shè)備阻力低于 1200Pa，噴吹壓力 ≤ ，清灰周期長達 75min，運行三年多，濾袋和脈沖閥膜片尚未破損，過濾面積為 11716m2。隨后建設(shè)的一批超高功率電爐也都競相采用大型脈沖袋式除塵器。近幾年，煉鋼轉(zhuǎn)爐的二次煙塵治理多采用大型脈沖，其中最大的過濾面 積達 15880m2，處理風量 150 萬 m3/h，其經(jīng)濟、社會和環(huán)境效益都明顯好于以往。 袋式除塵器在適應高含塵濃度方面實現(xiàn)突破，能夠直接處理含塵濃度1400g/m3的氣體，比以往提高數(shù)十倍，并達標排放。因此，許多物料回收系統(tǒng)拋棄原有的多級收塵工藝，而以一級收塵取代。例如以長袋脈沖袋式除塵器的核心技術(shù)為基礎(chǔ)，強化過濾、清灰和安全防爆功能，形成高濃度煤粉收集技術(shù)，已成功用于煤磨系統(tǒng)的收粉工藝，并在武鋼、鞍鋼等多家企業(yè)推廣應用。實測入口濃度 675～ 879g/m3，排塵濃 度 ～ ，效益顯著并杜絕 了污染。 ② 袋式除塵器用濾料、濾袋 耐高溫濾料多樣化，除了諾梅克斯、美塔斯外， P84，萊登（ RrTUN）濾料的應用越來越多。特氟綸濾料已有少量應用。由微細玻璃纖維與耐高溫 P84 等化學纖維復合，利用特殊工藝制成的新型 FMS— 氟美斯耐高溫針刺氈在鋼鐵、水泥、天然氣、化工等行業(yè)已有不少成功的應用。玻纖濾料在增強其抗折、耐磨性等方面獲得進展，去年還開發(fā)成功了專門適用于垃圾焚燒的玻纖濾料。在凈化180～ 280 ℃的煙氣時，人們有了更多的選擇余地。 針刺氈的后處理技術(shù)多樣化，原來較少應用的防油、防水、阻燃、抗水解等處理日漸普遍，使針刺氈濾料能適應多種復雜環(huán)境，應用更為廣泛。 表面過濾材料的出現(xiàn)和應用，是更為積極的進步，連袋式除塵的機理都有所變化。它對微細粉塵有更高的捕集率，并將粉塵阻留于濾料表面，容易剝離，使設(shè)備阻力降低?，F(xiàn)有三種實現(xiàn)表面過濾的途徑：在普通濾料表面復以聚四氟乙烯薄膜；復以具有大量微孔的涂層；以超細纖維在針刺氈表面形成超細面層。 ③ 袋式除塵器自動控制系統(tǒng) 袋式除塵器的自動控制已普遍采用 PLC 機，工控機（ IPC）也已進入這一領(lǐng)域。中、小型設(shè)備多采用單片機或集成電路為核心的控制技術(shù)。自控系統(tǒng)普遍加強了自身的 抗干擾性能，在供電電壓波動，粉塵侵擾等不利條件下，不少產(chǎn)品都能可靠運行。自控系統(tǒng)的功能更為齊全，對清灰進行程控，自動檢測除塵設(shè)備和第一章 概述 3 系統(tǒng) 的溫度、壓力、壓差、流量參數(shù)、超限報警；對清灰參數(shù)（周期持續(xù)時間等）進行顯示。對各控制參數(shù)的調(diào)節(jié)更加方便。 由于大型袋式除塵器的體積龐大 ,結(jié)構(gòu)復雜 ,傳統(tǒng)的設(shè)計方法是對其結(jié)構(gòu)進行較大的簡化后利用材料力學作簡單的校核計算 ,因此往往造成基礎(chǔ)參數(shù)和安全系數(shù)選擇較大 ,結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)確定具有一定的盲目性和保守性 ,以致消耗材料過多 ,成本增加 ,而且設(shè)計周期長 ,不能快速響應客戶需求。所以 ,有必 要采用更科學的設(shè)計方法 ,建立帶式除塵器關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的模型 ,利用先進的有限元分析軟件 ANSYS 對其進行強度分析 ,合理確定各構(gòu)件的尺寸 ,得出最優(yōu)的結(jié)構(gòu)模型。這樣對袋式除塵器灰斗結(jié)構(gòu)優(yōu)化改進，能有效地提高其設(shè)計技術(shù)水平。 本課題研究內(nèi)容 利用 ANSYS 軟件建立了 灰斗的殼體 模型 ,基于整體結(jié)構(gòu)設(shè)定邊界條件 ,定義約束 ,進行有限元靜力分析計算。分析主要研究了 灰斗結(jié)構(gòu) 的位移、應力、應變等分布情況 ,結(jié)論認為該 方法對普通 的 灰斗分析的 安全系數(shù)較大 ,有較大的優(yōu)化空間。優(yōu)化結(jié)果顯示 ,灰斗結(jié)構(gòu) 優(yōu)化效果明顯。利用優(yōu)化結(jié)果對模型更新 ,再 進行分析證明了優(yōu)化結(jié)果的合理性和可靠性。 論文可為設(shè)計制造部門起到較好指導作用 ,以便節(jié)約鋼材 ,減低成本 ,以產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟效益。 本課題研究方案 ① 利用有限元分析軟件 ANSYS 的 CAD 及 CAE 功能對袋式除塵器灰斗進行結(jié)構(gòu)分析。研究袋式除塵器灰斗結(jié)構(gòu)在承受載荷作用下的最大應力及變形。 ② 利用有限元分析軟件 ANSYS 對大型袋式除塵器的灰斗結(jié)構(gòu)進行分析。研究袋式除塵器灰斗在結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的應力及變形，與其材料所能承受的最大應力極限相比較，從而判斷袋式除塵器結(jié)構(gòu)是否滿足強度、剛度要求。 研究目標與主要特色 ① 通過對袋式除塵器灰斗結(jié)構(gòu)的參數(shù)化建模及有限元優(yōu)化分析，使得袋式除塵器的灰斗在滿足結(jié)構(gòu)要求的情況下達到最優(yōu)的結(jié)構(gòu)和達到最經(jīng)濟的效果。 ② 用先進的大型的計算機輔助設(shè)計及有限元分析軟件 (我將應用 ANSYS 軟