温度荷载作用下气化炉的安全评估

New Technol0中新技木新产品生产与安全技术温度荷载作用下气化炉的安全评佔严伊莉1周俊杰1齐冠妮2(1郑州大学化工与能源学院,河南郑州450001;2.中石化第五建设有限公司,广东广州510145)摘要:作为洁净煤技术的代表,整体煤气化联合循环(LGCC- Integrated Gasification Combined Cycle)发电技术是将煤气化技术和高效的联合循环相结合的先进动力系统。本文利用 abaqus软件对lGCC系統关键设备气化炉进行安全性研究,按照对象结构尺寸和运行经验建立了lGCC气化炉正常工况仿真模型。针对炉体温度引起的炉壁应力应变进行仿真分析,从而评价其安全可靠性对GCC关键设备的安全性的实际参考意义。关键词; abaqus;气化炉;可靠性中图分类号:U2948+99文献标识码:A1概述气化炉周围空气温度:20℃,运行压力约26-国内外学者对IGCC系统及特殊设备进2.8Mpa行过充分的研究。建立了适用于GCC特点22用 ABAQUS计算气化炉由温度场引的联合循环系统模型。开拓了基于全工况特起的应力应变性的IGCC联合循环系统设计优化新方法221 ABAQUS/CAE分析气化炉温度场并研究开拓LGCC系统无约束时多变量综合过程优化设计方法。但是对于GCC系统的工艺在 ABAQUS/CAE环境下建立计算模型,与设备评价方面的研究的还不多,尚需深人定义材料,定义截面属性并将其赋予模型,完研究。成装配体,定义分析步,根据需要修改历史变图2.5局部节点温度本文主要针对其安全可靠性进行研究,量和场变量的输出要求保存模型。对模型施使LGCC的研究更加充分加载荷并确定边界条件。划分网格,再次保存2气化炉的数值模拟模型进行计算。图23为简化的模型(因对称.1气化炉仿真建模性只考虑一半),图24为模型的网格划分本文以 shell气化炉为模拟对象,实际模1)在job模块,我们可以得到气化炉壁型见图2.1,其简化的模型见图22。建模区域温度场分布情况如图25所示:为气化炉本体上部至激冷缩口,出口直径为2.2.2气化炉热应力计算分析917mm,下部至排渣口700mm,在用 ABAQUS本节计算为气化炉内温度分别为1300℃模拟时简化为二维平面模型。其材料利用以和1500℃时热应力和热应变。打开 tecplot,导a)XY平面应力(b)XY平面应变上数学模型,可以计算出气化炉在不同的压入f文件,查看热应力分布云图与位移分布(1300℃)(1300℃)力不同炉村材料和不同炉温条件下,炉体的云图,如下图26和21个同温度下气化炉图2.6气化炉底部的应力应变情况气化炉顶部和底部应力应变对比,我们可以得出以炉体的温度场分布计算实例。计算条件下结论为:外炉壳材料:普通碳钢、厚度为96mm1)该种材料下,气化炉正常工况下即炉气化炉炉内壁温度:1300℃-1500℃,内温度为1300℃时,炉壁在高温的作用下产生了热应力,进而造成了热应变。2)正常工况下,该种材料的气化炉虽然产生热应力热应变,但变化极小,在安全范围内,并不影响气(a)XY平面应力化炉的正常运行。由图2.6(c)、(d)及b)XY平面应变27(c)、(d)我们还可看出炉壁沿X(1300℃)(1300℃Y方向的位移都是极小的,甚至是可图2.7气化炉顶部的应力应变情况以忽略的可靠的。3)由于气化炉内温度最高为参考文献1300℃,既然在此温度下气化炉是安1迟全虎CCC联合循环系统建模与设计优安全的,所以该设计满足安全性要20042迟全虎等GCC系统多变量综合优化设计图2.、I气化炉结构简图图22气化炉建模简化的模型3数值模拟结论工热物理学报2004,25(3)361-365本文主要采用 ABAQUS软件对③3林汝谋,等IGCC系统全工况设计优化新IGCC关键设备气化炉进行安全性评方法门工程热物理学报,2004,25(4):541估,对其在正常的工作温度下,炉壁545产生的应力应变进行计算分析,得出一下结论:在 ABAQUS中对气化炉进行简化建模,利用其对称性,我们仅研究了其对称结构的一半,在BAQUs计算处理模块,计算出气化炉在正常运行温度下,炉内壁产生的应力应变;通过在 tecplot360里处理结果分析,我们可以得出,在中国煤化工炉内温度1300℃应力和应变较小,CNMHG图2.3汽化炉简模图24网格划分故气化炉在正常温度下工作是安全中国新技术新产品251