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        SCR脫硝反應(yīng)器立柱設(shè)計(jì)方案分析

        發(fā)布時(shí)間:2018-06-26 來源: 日記大全 點(diǎn)擊:


          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:
          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)
          [1]黃福安,李博,侯亞委.溫度效應(yīng)對(duì)脫硝反應(yīng)器結(jié)構(gòu)與保溫的影響[J].湖南電力. 2014(06)
          [2]彭偉. 某SCR脫硝反應(yīng)器本體結(jié)構(gòu)抗震性能分析[J]. 山西建筑. 2015(35)

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