SCR脫硝反應(yīng)器立柱設(shè)計(jì)方案分析

楊華

摘 要：針對(duì)目前SCR脫硝反應(yīng)器立柱設(shè)計(jì)方案確定過程中存在的問題，文章從實(shí)踐角度出發(fā)，分析了立柱方案設(shè)計(jì)的有限元模型建立方法，并對(duì)其運(yùn)用結(jié)果進(jìn)行了計(jì)算討論，其目的是為相關(guān)建設(shè)者提供一些理論依據(jù)。結(jié)果表明，只有將立柱設(shè)計(jì)方案的運(yùn)用結(jié)果通過對(duì)比方式進(jìn)行分析，才能得出最具效用的設(shè)計(jì)方法，進(jìn)而提高設(shè)計(jì)控制的科學(xué)有效性。

關(guān)鍵詞：SCR脫硝反應(yīng)器；立柱設(shè)計(jì)方案；梁偏置

1建立有限元模型

以某火電廠600MW機(jī)組SCR脫硝工程利用反應(yīng)器進(jìn)行三維有限元模型建立過程為例，首先，幾何模型的建立，SCR反應(yīng)器是由催化劑反應(yīng)中段、煙氣入口段以及煙氣出口段，三部分組成，而立柱，則是由斜撐、梁、柱以及附加桁架組成，其外側(cè)用厚度為6mm的鋼板進(jìn)行包裹。經(jīng)分析，整個(gè)反應(yīng)器結(jié)構(gòu)，是由四根立柱提供支撐，因此，設(shè)計(jì)人員利用焊接方式來連接四根立柱翼緣與鉸接的鋼梁腹板。此情況下，反應(yīng)器所有的荷載，需通過立柱傳遞至基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。

其次，方案設(shè)計(jì)人員在選擇單元時(shí)，應(yīng)根據(jù)反應(yīng)器梁采用不同截面的兩單元。對(duì)于鋼板，應(yīng)采用殼單元SHELL63進(jìn)行模擬，其厚度等技術(shù)參數(shù)，則可通過指定控制。而附加桁架，應(yīng)采用LINK8單元。

再次，材料的選用，其壁板與梁的屬性，應(yīng)在反應(yīng)器外壁敷設(shè)保溫層，并通過增加壁板密度，即將保溫層重量等效加設(shè)在壁板上。這樣一來，就能保證反應(yīng)器重量不發(fā)生改變，且不會(huì)對(duì)鋼板的抗彎強(qiáng)度效果或是力學(xué)特性帶來影響。

最后，對(duì)于壁板抗彎剛度的增設(shè)，設(shè)計(jì)人員需在壁板外側(cè)設(shè)置角鋼或是H型鋼，使其與壁板焊接共同受力。但在實(shí)際建模過程中，如不進(jìn)行處理，梁與壁板的中心會(huì)出現(xiàn)不重合現(xiàn)象，故，設(shè)計(jì)人員應(yīng)采用梁偏置方法。此外，四根立柱的設(shè)計(jì)過程也進(jìn)行了偏置控制，如圖1所示，為一根立柱偏置后效果圖。從圖中可以看出立柱催化劑層支撐梁與中心并未重合。

2分析四根立柱的有限元計(jì)算結(jié)果

立柱，作為整個(gè)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性的關(guān)鍵研究對(duì)象，設(shè)計(jì)人員應(yīng)按照組合后運(yùn)行工況效果最差進(jìn)行理論計(jì)算。這里的最差工況是指，煙氣負(fù)壓、風(fēng)載、自重以及摩擦力的綜合作用情況，會(huì)對(duì)SCR反應(yīng)器的靜力強(qiáng)度與變形帶來影響。如表1所示，為四根立柱的位移、應(yīng)力以及軸力等值。

從表中可以看出，在立柱2上的軸力最大，且最大Mises應(yīng)力也在其上。由于最大Mises的應(yīng)力值為114MPa，因此，設(shè)計(jì)控制溫差熱應(yīng)力影響時(shí)，因考慮到立柱的應(yīng)力值偏大。為進(jìn)一步研究立柱偏置對(duì)立柱力學(xué)特性的影響，研究人員對(duì)立柱不偏置的情況進(jìn)行了設(shè)計(jì)分析。如表2所示，為其他條件不變立柱不偏置的計(jì)算結(jié)果。

經(jīng)對(duì)表1、表2的偏置計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，不偏置四根立柱的軸力情況無變化，但彎矩變化，即偏置后的彎矩要大很多，且組合應(yīng)力也比不偏置的情況多出30%。以立柱1為例，立柱1的偏移為229cm，得出彎矩：2080×0.229=476kN·m。該彎矩與不偏置時(shí)的彎矩差近似，即983-523=460kN·m。其余三根立柱，經(jīng)計(jì)算也得出了相同的結(jié)論。由此，基于立柱偏置的作用，在附加偏心彎矩后，能夠使偏置后的彎矩與組合應(yīng)力增加。故，設(shè)計(jì)方案確定人員應(yīng)選用不偏置處理，來對(duì)立柱的強(qiáng)度效果進(jìn)行優(yōu)化控制。

3計(jì)算結(jié)論

根據(jù)對(duì)組合后最危險(xiǎn)的工況進(jìn)行分析，得出了立柱偏置后組合應(yīng)力要大于不偏置的狀況，即差值在40MPa左右。經(jīng)分析，其原因?yàn)椋⒅c偏置需附加偏心力矩，這里的力矩值與立柱軸力乘以偏置距離相近。立柱的不偏置工況，其應(yīng)力小些，因此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)考慮到溫差的應(yīng)力影響，需將立柱的組合應(yīng)力控制在許用的范圍內(nèi)。而立柱的偏置工況，其組合應(yīng)力最大為114MPa，考慮到溫差應(yīng)力影響，應(yīng)將立柱的設(shè)計(jì)方案改為無偏置狀態(tài)。如此，就能最大限度的保證SCR脫硝反應(yīng)器立柱設(shè)計(jì)方案的科學(xué)合理性，進(jìn)而為所處的運(yùn)用環(huán)境提供有效助力。

火電廠應(yīng)用SCR脫硝反應(yīng)器進(jìn)行三維有限元模型構(gòu)建時(shí)，立柱方案設(shè)計(jì)人員應(yīng)綜合考慮其自重、煙氣壓力以及風(fēng)載等工況影響。即通過計(jì)算反應(yīng)器內(nèi)部各構(gòu)件的內(nèi)力與整體變形，來保證實(shí)際SCR脫硝反應(yīng)器運(yùn)用的立柱偏置方案起到應(yīng)有的價(jià)值效果。這樣一來，火電廠的生產(chǎn)建設(shè)就能以高穩(wěn)定狀態(tài)作用于實(shí)踐，以服務(wù)于現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)建設(shè)的全面發(fā)展進(jìn)程。

4結(jié)束語(yǔ)：

經(jīng)對(duì)上述分析內(nèi)容進(jìn)行計(jì)算，得出了以下結(jié)果：

實(shí)際建模過程中，對(duì)于梁與壁板的中心會(huì)出現(xiàn)不重合現(xiàn)象，應(yīng)采用梁偏置方法，來避免反應(yīng)器對(duì)鋼板的抗彎強(qiáng)度效果或是力學(xué)特性帶來影響。

立柱設(shè)計(jì)方案的有效性，設(shè)計(jì)人員應(yīng)按照組合后運(yùn)行工況效果最差進(jìn)行理論計(jì)算，以避免綜合作用工況對(duì)SCR反應(yīng)器的靜力強(qiáng)度與變形帶來影響。

根據(jù)立柱偏置的作用計(jì)算結(jié)果，發(fā)現(xiàn)偏心彎矩的附加，反而使偏置后的彎矩與組合應(yīng)力增加，故，設(shè)計(jì)人員應(yīng)采用不偏置方法，來保證火電廠生產(chǎn)建設(shè)使用的SCR脫硝反應(yīng)器不會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定問題。

參考文獻(xiàn)

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