懸掛省煤器的SCR脫硝反應(yīng)器結(jié)構(gòu)受力分析

彭 偉

(大唐環(huán)境產(chǎn)業(yè)集團(tuán)股份有限公司，北京 100097)

懸掛省煤器的SCR脫硝反應(yīng)器結(jié)構(gòu)受力分析

彭 偉

(大唐環(huán)境產(chǎn)業(yè)集團(tuán)股份有限公司，北京 100097)

以某電廠660 MW機(jī)組脫硝工程為背景，利用ANSYS軟件，按照實(shí)際工程的結(jié)構(gòu)形式和尺寸建立SCR反應(yīng)器本體結(jié)構(gòu)三維有限元模型。計(jì)算并分析反應(yīng)器在自重、省煤器、催化劑、積灰、煙氣壓力荷載作用下的應(yīng)力和變形，為實(shí)際工程設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

反應(yīng)器，省煤器，有限元分析，應(yīng)力，變形

0 引言

位于寧夏某660 MW燃煤鍋爐機(jī)組脫硝裝置采用選擇性催化還原法(SCR)，選擇液氨作為還原劑。SCR煙氣脫硝系統(tǒng)采用高灰段布置方式，反應(yīng)器布置在鍋爐二級(jí)省煤器出口和空氣預(yù)熱器之間，一級(jí)省煤器吊掛于SCR反應(yīng)器出口煙道內(nèi)部，不設(shè)SCR反應(yīng)器煙氣旁路及省煤器旁路。催化劑采用“2+2”模式布置，最上2層為預(yù)留層(見圖1，圖2)。脫硝裝置處理100%煙氣量，在鍋爐正常負(fù)荷范圍內(nèi)，SCR入口NOx濃度為270 mg/nm3(6%O2，干基)時(shí)，初裝2層催化劑煙氣脫硝效率不低于85.2%，反應(yīng)器出口NOx濃度不高于40 mg/nm3(6%O2，干基)。

1 建立有限元計(jì)算模型

1.1幾何模型

該660 MW機(jī)組脫硝工程SCR反應(yīng)器長(zhǎng)寬高尺寸為(22.36×14.66×17.9)m，采用考慮壁板參與計(jì)算的鋼框架結(jié)構(gòu)形式，結(jié)構(gòu)層數(shù)為4層，下部布置2層催化劑(兩用兩備)，頂部安裝整流格柵和入口煙道。結(jié)構(gòu)平面布置要同時(shí)考慮催化劑模塊的支撐和下部省煤器的懸掛，縱向和橫向支撐梁的布置根據(jù)催化劑模塊的尺寸和省煤器的支吊位置確定。主要結(jié)構(gòu)部件包括支柱、橫梁、水平撐、加勁肋及壁板。角柱采用箱型500×500×40×40，中間柱截面采用箱型400×400×40×40，底層框架主梁采用400×

1 200×20×30，催化劑模塊支撐梁采用箱型250×1 200×30×40，省煤器支撐梁采用箱型250×1 000×20×30。SCR反應(yīng)器整體結(jié)構(gòu)有限元模型見圖3。

1.2材料參數(shù)與單元類型

反應(yīng)器立柱、橫梁和加勁肋采用梁?jiǎn)卧狟eam188模擬，外壁板采用殼單元Shell63模擬，斜撐采用桿單元Link8模擬。材料全部采用Q345-B鋼材，BMCR工況下煙氣溫度385 ℃，運(yùn)行工況煙氣壓力6.5 kPa，彈性模量1.6×105MPa，密度7 850 kg/m3，泊松比0.3。

1.3荷載和約束

反應(yīng)器恒荷載包括結(jié)構(gòu)自重、催化劑、省煤器、保溫、整流格柵、入出口煙道。催化劑模塊支撐梁間距根據(jù)模塊尺寸確定，承受模塊的均布自重荷載。催化劑模塊采用7×22的布置方式，催化劑模塊大小為1 910(L)mm×970(W)mm×1 405(H)mm，單個(gè)模塊重量1 300 kg，每層88個(gè)，4層，總重8 008 kN。省煤器總荷載5 800 kN，設(shè)置6排吊掛，每排吊掛967 kN。吊掛位于催化劑模塊支撐梁下部，承受吊點(diǎn)均布荷載。結(jié)構(gòu)自重由程序自動(dòng)計(jì)算，催化劑模塊荷載按照均布荷載施加于支撐梁頂，省煤器荷載根據(jù)懸掛吊點(diǎn)位置和分布按照均布荷載施加于支撐梁底部，整流格柵折算成均布荷載施加于頂層催化劑支撐梁頂部，出入口煙道以集中荷載形式施加于反應(yīng)器頂部和底部支撐梁上?；詈奢d主要包括積灰荷載和煙氣壓力荷載，積灰荷載按照40 kg/m2施加于催化劑模塊支撐梁上，煙氣壓力取最不利工況下的正壓6.5 kN/m2均布作用于外壁板面。本工程鍋爐及反應(yīng)器外部全封閉維護(hù)，反應(yīng)器不考慮風(fēng)荷載。反應(yīng)器四個(gè)立柱下部采用滑動(dòng)支座，模型中釋放水平方向的約束，施加豎直向上的單向位移約束。在四個(gè)滑動(dòng)支座中間分別設(shè)置四個(gè)水平限位支座。水平限位支座施加單向水平位移約束。地震荷載采用等效側(cè)力法進(jìn)行分析。催化劑及省煤器荷載施加見圖4。

2 計(jì)算結(jié)果分析

2.1省煤器和催化劑模塊支撐梁計(jì)算結(jié)果分析

高溫狀況下，反應(yīng)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用許用應(yīng)力法。根據(jù)《火力發(fā)電廠煙風(fēng)煤粉管道設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》[1]規(guī)定，Q435鋼材在385 ℃時(shí)設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力約為124.5 MPa。

底層縱向模塊支撐梁同時(shí)承擔(dān)催化劑模塊荷載、省煤器荷載和出口煙道荷載，根據(jù)計(jì)算結(jié)果顯示，縱向模塊支撐梁的豎向變形為17.3 mm(見圖5)，橫向支撐梁跨中最大位移為17.6 mm(見圖6)，均滿足1/800的撓度限值要求。在應(yīng)力分布方面，梁兩端與立柱剛性連接，兩端存在最大負(fù)彎矩，跨中存在最大正彎矩，梁端部和跨中存在較大應(yīng)力，最大應(yīng)力值分別為31.53 MPa和81.1 MPa(見

圖7,圖8)，均未超出許用應(yīng)力要求。

2.2反應(yīng)器立柱計(jì)算結(jié)果分析

反應(yīng)器立柱的應(yīng)力應(yīng)變分布圖見圖9,圖10，柱最大應(yīng)力出現(xiàn)在位于中間位置的催化劑支撐立柱下端。四個(gè)角的立柱由于沒有直接與催化劑和省煤器支撐梁連接，傳遞彎矩較小，應(yīng)力和變形較小。四邊中部立柱由于與催化劑和省煤器支撐梁剛接，下部采用聚四氟乙烯復(fù)合板滑動(dòng)支座，除承受較大豎向荷載外，還承受梁端傳遞的負(fù)彎矩，導(dǎo)致立柱下部出現(xiàn)最大的應(yīng)力和位移，由分析結(jié)果得出，立柱最大應(yīng)力為90 MPa，最大水平位移為5.7 mm。

3 結(jié)語

1)采用反應(yīng)器懸掛省煤器的結(jié)構(gòu)形式，不僅可以優(yōu)化鍋爐尾部煙道布置，而且可以簡(jiǎn)化省煤器支撐方式，降低脫硝鋼結(jié)構(gòu)用量。

2)采用ANSYS對(duì)下部懸掛省煤器的SCR反應(yīng)器進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算，可以利用軟件的參數(shù)化分析功能，考慮高溫作用下的鋼材受力特性，根據(jù)鋼材許用應(yīng)力進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和構(gòu)件設(shè)計(jì)。并可根據(jù)反應(yīng)器整體和局部的應(yīng)力和變形分布情況，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

[1] DL/T 5121—2000,火力發(fā)電廠煙風(fēng)煤粉管道設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程[S].

StructuralstressanalysisofSCRdentrificationreactorwhichhangedbyeconomizer

PengWei

(DatangEnvironmentIndustryGroupCo.,Ltd,Beijing100097,China)

Taking the 660 MW power plant denitrification engineering as the background and applying ANSYS software, establish three-dimensional finite element model of SCR reactor ontological-structure according to actual engineering structure forms and sizes. Calculate and analyze the stress and deformation of the reactor under the load of self-weigh, economizer, emcatalst, dust and flue gas pressure, and provid some guidance for the project design.

reactor, economizer, finite element analysis, stress, deformation

1009-6825(2017)32-0025-02

2017-09-01

彭 偉(1985- )，男，碩士，高級(jí)工程師

TU311

A