SCR脫硝反應器立柱設計方案分析

　　摘 要：針對目前SCR脫硝反應器立柱設計方案確定過程中存在的問題，文章從實踐角度出發(fā)，分析了立柱方案設計的有限元模型建立方法，并對其運用結果進行了計算討論，其目的是為相關建設者提供一些理論依據。結果表明，只有將立柱設計方案的運用結果通過對比方式進行分析，才能得出最具效用的設計方法，進而提高設計控制的科學有效性。
　　關鍵詞：SCR脫硝反應器；立柱設計方案；梁偏置
　　1建立有限元模型
　　以某火電廠600MW機組SCR脫硝工程利用反應器進行三維有限元模型建立過程為例，首先，幾何模型的建立，SCR反應器是由催化劑反應中段、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，其外側用厚度為6mm的鋼板進行包裹。經分析，整個反應器結構，是由四根立柱提供支撐，因此，設計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，反應器所有的荷載，需通過立柱傳遞至基礎結構。
　　其次，方案設計人員在選擇單元時，應根據反應器梁采用不同截面的兩單元。對于鋼板，應采用殼單元SHELL63進行模擬，其厚度等技術參數，則可通過指定控制。而附加桁架，應采用LINK8單元。
　　再次，材料的選用，其壁板與梁的屬性，應在反應器外壁敷設保溫層，并通過增加壁板密度，即將保溫層重量等效加設在壁板上。這樣一來，就能保證反應器重量不發(fā)生改變，且不會對鋼板的抗彎強度效果或是力學特性帶來影響。
　　最后，對于壁板抗彎剛度的增設，設計人員需在壁板外側設置角鋼或是H型鋼，使其與壁板焊接共同受力。但在實際建模過程中，如不進行處理，梁與壁板的中心會出現不重合現象，故，設計人員應采用梁偏置方法。此外，四根立柱的設計過程也進行了偏置控制，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算結果
　　立柱，作為整個結構動力學特性的關鍵研究對象，設計人員應按照組合后運行工況效果最差進行理論計算。這里的最差工況是指，煙氣負壓、風載、自重以及摩擦力的綜合作用情況，會對SCR反應器的靜力強度與變形帶來影響。如表1所示，為四根立柱的位移、應力以及軸力等值。
　　從表中可以看出，在立柱2上的軸力最大，且最大Mises應力也在其上。由于最大Mises的應力值為114MPa，因此，設計控制溫差熱應力影響時，因考慮到立柱的應力值偏大。為進一步研究立柱偏置對立柱力學特性的影響，研究人員對立柱不偏置的情況進行了設計分析。如表2所示，為其他條件不變立柱不偏置的計算結果。
　　經對表1、表2的偏置計算結果進行分析發(fā)現，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。該彎矩與不偏置時的彎矩差近似，即983-523=460kN·m。其余三根立柱，經計算也得出了相同的結論。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力增加。故，設計方案確定人員應選用不偏置處理，來對立柱的強度效果進行優(yōu)化控制。
　　3計算結論
　　根據對組合后最危險的工況進行分析，得出了立柱偏置后組合應力要大于不偏置的狀況，即差值在40MPa左右。經分析，其原因為，立柱與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，其應力小些，因此，設計人員應考慮到溫差的應力影響，需將立柱的組合應力控制在許用的范圍內。而立柱的偏置工況，其組合應力最大為114MPa，考慮到溫差應力影響，應將立柱的設計方案改為無偏置狀態(tài)。如此，就能最大限度的保證SCR脫硝反應器立柱設計方案的科學合理性，進而為所處的運用環(huán)境提供有效助力。
　　火電廠應用SCR脫硝反應器進行三維有限元模型構建時，立柱方案設計人員應綜合考慮其自重、煙氣壓力以及風載等工況影響。即通過計算反應器內部各構件的內力與整體變形，來保證實際SCR脫硝反應器運用的立柱偏置方案起到應有的價值效果。這樣一來，火電廠的生產建設就能以高穩(wěn)定狀態(tài)作用于實踐，以服務于現代化經濟建設的全面發(fā)展進程。
　　4結束語：
　　經對上述分析內容進行計算，得出了以下結果：
　　實際建模過程中，對于梁與壁板的中心會出現不重合現象，應采用梁偏置方法，來避免反應器對鋼板的抗彎強度效果或是力學特性帶來影響。
　　立柱設計方案的有效性，設計人員應按照組合后運行工況效果最差進行理論計算，以避免綜合作用工況對SCR反應器的靜力強度與變形帶來影響。
　　根據立柱偏置的作用計算結果，發(fā)現偏心彎矩的附加，反而使偏置后的彎矩與組合應力增加，故，設計人員應采用不偏置方法，來保證火電廠生產建設使用的SCR脫硝反應器不會出現不穩(wěn)定問題。
　　參考文獻
　　[1]黃福安，李博，侯亞委.溫度效應對脫硝反應器結構與保溫的影響[J].湖南電力. 2014（06）
　　[2]彭偉. 某SCR脫硝反應器本體結構抗震性能分析[J]. 山西建筑. 2015（35）

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