SCR反应器结构有限元分析及其改进措施.pdf

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1、758化工机械2012年SCR反应器结构有限元分析及其改进措施沈海涛¨程伟华1郑水英2(1．浙江天地环保工程有限公司；2．浙江大学)摘要利用Ansys软件，按照实际工程的结构形式和尺寸建立SCR反应器的三维有限元模型，在考虑自重、烟气压力及风栽等荷载的组合工况下，计算反应器各个构件的内力和整体变形，参考分析设计标准，校核数值模拟结果，为反应器结构的可靠性和优化措施提供了依据。关键词反应器SCR脱硝技术有限元分析．中圈分类号TQ052．5文献标识码A文章编号0254-6094(2012)06-0758-04氮氧化物是造成大气污染的主要污染

2、源之一。我国氮氧化物排放量的70％来自于煤炭的直接燃烧，电力工业又是我国的燃煤大户，因此火力发电厂成为主要的污染源之一。随着环保标准进一步的提高，全国大中型火力发电厂大规模的推行脱硝工程，脱硝成为“十二五”节能环保产业的重点资助的方向之一。目前火电厂应用的脱硝手段主要有3种，其中选择性催化还原法(SCR)脱硝技术是最先进、效率最高的一种。SCR脱硝技术是喷入氨气的烟气通过催化剂层时，与氮氧化物反应分解为无害的氮气和水。催化剂层需要大型钢结构来支撑，这些钢结构体型庞大，结构布置形式及受力情况复杂，节点连接形式众多，结构形式与常规结构形式不

3、同需要针对这些特种钢结构进行研究。笔者按照实际工程的结构形式和尺寸建立SCR反应器的三维有限元模型，主要由柱、梁、斜撑、壁板以及一些附加桁架等组成。在考虑自重、烟气压力，风载等荷载的组合工况下，利用Ansys有限元软件¨’2o，计算反应器各个构件的内力和整体变形情况，参考分析设计标准，校核数值模拟结果，并对反应器结构进行优化，为设计方案的可靠性提供了依据。1有限元模型的建立旧娟’1．1几何模型SCR反应器由烟气入口段、催化反应的中段和烟气出口段3部分组成，尺寸约13m×12m×21m(长x宽×高)。主要由柱、梁、斜撑以及一些附加桁架等组

4、成，外面由钢板包裹。中段是催化反应区，共有三层催化荆支撑钢梁和一层均流格栅支撑钢梁，格栅层位于中段的最上面，从上往下分别是第一、二、三层催化剂层。整个反应器结构由4根立柱支撑，4根立柱偏置处理。所有荷载通过壁板和钢梁传给立柱，由立柱最终传至反应器的支撑钢架。1．2单元的选择建立SCR反应器的有限元模型时，反应器的各种梁采用不同截面的BEAMl88梁单元来模拟，钢板采用壳单元SHELL63来模拟，钢板的厚度等参数可指定。一些斜撑和附加桁架采用LINK8单元。1．3材料．反应器结构的钢架中有角钢、H型钢、槽钢及钢管等多种截面形状，材料为低合

5、金钢Q345．B，钢材在400。C的弹性模量为1．63GPa，密度值为7850kg／m3，泊松比为0．3。壁板的材料属性和梁的属性是相同的，但是’由于壁钢外有保温层，保温层不承受力和弯矩，因此通过增加钢板密度把保温层的重量等效加在壁板上，这样既真实反映反应器自重，又不影响壁板的抗弯刚度等，力学特性也不变化。·沈海涛，男，1982年6月生，工程师。浙江省杭州市，310003。第39卷第6期化工机械7591．4载荷和约束考虑自重影响，对整个钢结构施加重力加速度。催化剂的重量以线载荷的形式加载在每层催化剂的支撑梁上，烟气压力和风载以面载荷的形

6、式加载。因为立柱底部设置的滑动片会产生摩擦力，建好模型后先计算出支反力，根据支反力求出摩擦力，然后再加上摩擦力载荷后，重新计算。梁的铰接分3种情况处理。壁板上的横梁(包括H型钢和角钢)与立柱的连接方式为铰接，但义不是严格意义上的铰接，工程上这些横梁是通过钢板与立柱连接的，因此建模时，在横梁和立柱中间留有一段空隙，通过一块钢板(壳单元)把横梁和立柱连接在一起。因为钢板比较薄，使得横梁可以在一个方向有转动，而另外两个方向的转动很小。催化剂和均流格栅支撑钢梁两端的铰接通过CP耦合实现，耦合3个位移方向的运动。一些斜撑或者附加桁架采用杆单元，与

7、其他构件之问铰接。出口段和人口段做同样处理。考虑热膨胀的影响，4根立柱支撑点的约束方式为：一根立柱3个位移方向全约束；一根立柱在水平面两个方向的约束全释放掉；另外两根立柱分别在水平面内各释放一个方向的约束；图l给出了建立的有限元模型图，因为整体结构被钢板包围看不到里面的钢梁结构。图l三维有限元模型2有限元计算结果分析2．1整体钢架结构分析钢梁的强度和刚度是工程关心的重点内容，因此笔者直接给出的是钢梁结构的分析、“。图2、3分别是整个钢粱结构的位移图和应力分布图，可以看出位移最大值出现在催化剂支撑钢梁上，最大是30．9mm。整个钢梁的应力

8、最大是2lOMPa。为厂分析最大应力出现的位置和原因，分别给出每层催化剂钢梁、出口段和进口段的最大应力值见表l。可以看出所有梁的最大应力出现在第三层催化剂钢梁的圈梁。为了详细分析最大应力产生的原因，对圈梁附