SCR脱硝反应器立柱设计方案分析

杨华

摘 要：针对目前SCR脱硝反应器立柱设计方案确定过程中存在的问题，文章从实践角度出发，分析了立柱方案设计的有限元模型建立方法，并对其运用结果进行了计算讨论，其目的是为相关建设者提供一些理论依据。结果表明，只有将立柱设计方案的运用结果通过对比方式进行分析，才能得出最具效用的设计方法，进而提高设计控制的科学有效性。

关键词：SCR脱硝反应器；立柱设计方案；梁偏置

1建立有限元模型

以某火电厂600MW机组SCR脱硝工程利用反应器进行三维有限元模型建立过程为例，首先，几何模型的建立，SCR反应器是由催化剂反应中段、烟气入口段以及烟气出口段，三部分组成，而立柱，则是由斜撑、梁、柱以及附加桁架组成，其外侧用厚度为6mm的钢板进行包裹。经分析，整个反应器结构，是由四根立柱提供支撑，因此，设计人员利用焊接方式来连接四根立柱翼缘与铰接的钢梁腹板。此情况下，反应器所有的荷载，需通过立柱传递至基础结构。

其次，方案设计人员在选择单元时，应根据反应器梁采用不同截面的两单元。对于钢板，应采用壳单元SHELL63进行模拟，其厚度等技术参数，则可通过指定控制。而附加桁架，应采用LINK8单元。

再次，材料的选用，其壁板与梁的属性，应在反应器外壁敷设保温层，并通过增加壁板密度，即将保温层重量等效加设在壁板上。这样一来，就能保证反应器重量不发生改变，且不会对钢板的抗弯强度效果或是力学特性带来影响。

最后，对于壁板抗弯刚度的增设，设计人员需在壁板外侧设置角钢或是H型钢，使其与壁板焊接共同受力。但在实际建模过程中，如不进行处理，梁与壁板的中心会出现不重合现象，故，设计人员应采用梁偏置方法。此外，四根立柱的设计过程也进行了偏置控制，如图1所示，为一根立柱偏置后效果图。从图中可以看出立柱催化剂层支撑梁与中心并未重合。

2分析四根立柱的有限元计算结果

立柱，作为整个结构动力学特性的关键研究对象，设计人员应按照组合后运行工况效果最差进行理论计算。这里的最差工况是指，烟气负压、风载、自重以及摩擦力的综合作用情况，会对SCR反应器的静力强度与变形带来影响。如表1所示，为四根立柱的位移、应力以及轴力等值。

从表中可以看出，在立柱2上的轴力最大，且最大Mises应力也在其上。由于最大Mises的应力值为114MPa，因此，设计控制温差热应力影响时，因考虑到立柱的应力值偏大。为进一步研究立柱偏置对立柱力学特性的影响，研究人员对立柱不偏置的情况进行了设计分析。如表2所示，为其他条件不变立柱不偏置的计算结果。

经对表1、表2的偏置计算结果进行分析发现，不偏置四根立柱的轴力情况无变化，但弯矩变化，即偏置后的弯矩要大很多，且组合应力也比不偏置的情况多出30%。以立柱1为例，立柱1的偏移为229cm，得出弯矩：2080×0.229=476kN·m。該弯矩与不偏置时的弯矩差近似，即983-523=460kN·m。其余三根立柱，经计算也得出了相同的结论。由此，基于立柱偏置的作用，在附加偏心弯矩后，能够使偏置后的弯矩与组合应力增加。故，设计方案确定人员应选用不偏置处理，来对立柱的强度效果进行优化控制。

3计算结论

根据对组合后最危险的工况进行分析，得出了立柱偏置后组合应力要大于不偏置的状况，即差值在40MPa左右。经分析，其原因为，立柱与偏置需附加偏心力矩，这里的力矩值与立柱轴力乘以偏置距离相近。立柱的不偏置工况，其应力小些，因此，设计人员应考虑到温差的应力影响，需将立柱的组合应力控制在许用的范围内。而立柱的偏置工况，其组合应力最大为114MPa，考虑到温差应力影响，应将立柱的设计方案改为无偏置状态。如此，就能最大限度的保证SCR脱硝反应器立柱设计方案的科学合理性，进而为所处的运用环境提供有效助力。

火电厂应用SCR脱硝反应器进行三维有限元模型构建时，立柱方案设计人员应综合考虑其自重、烟气压力以及风载等工况影响。即通过计算反应器内部各构件的内力与整体变形，来保证实际SCR脱硝反应器运用的立柱偏置方案起到应有的价值效果。这样一来，火电厂的生产建设就能以高稳定状态作用于实践，以服务于现代化经济建设的全面发展进程。

4结束语：

经对上述分析内容进行计算，得出了以下结果：

实际建模过程中，对于梁与壁板的中心会出现不重合现象，应采用梁偏置方法，来避免反应器对钢板的抗弯强度效果或是力学特性带来影响。

立柱设计方案的有效性，设计人员应按照组合后运行工况效果最差进行理论计算，以避免综合作用工况对SCR反应器的静力强度与变形带来影响。

根据立柱偏置的作用计算结果，发现偏心弯矩的附加，反而使偏置后的弯矩与组合应力增加，故，设计人员应采用不偏置方法，来保证火电厂生产建设使用的SCR脱硝反应器不会出现不稳定问题。

参考文献

[1]黄福安，李博，侯亚委.温度效应对脱硝反应器结构与保温的影响[J].湖南电力. 2014（06）

[2]彭伟. 某SCR脱硝反应器本体结构抗震性能分析[J]. 山西建筑. 2015（35）