火電廠煙氣脫硝的鋼結構支架設計技術

張 輝

（福建龍凈環保股份有限公司，福建 龍巖 364000）

火電廠煙氣脫硝的鋼結構支架設計技術

張 輝

（福建龍凈環保股份有限公司，福建 龍巖 364000）

按照我國“十二五”期間對火電廠氮氧化物的排放要求，我國火電廠火電機組脫硝工程勢在必行。本文通過對火電廠煙氣脫硝的鋼結構支架結構設計分析進行闡述來明確火電廠煙氣脫硝的鋼結構支架的設計要點。

分析假定；穩定設計；有側移；無側移；長度系數

目前，全國各地的脫硝改造項目正在大規模的進行中，在改造中脫硝鋼結構支架設計是最主要的部分，不僅涉及結構安全，也對經濟指標有著非常重要的影響。

1 脫硝鋼結構支架的設計及結構布置特點

脫硝改造項目設計，脫硝鋼結構主要參照《鍋爐鋼結構設計的規范》及《火力發電廠土建結構設計技術規程》中的設計條款要求進行設計。

在結構布置方面，由于我國火電廠脫硝裝置內的大部分系統主要采用催化劑還原法（SCR）進行脫硝，因此脫硝反應器裝置布置于鍋爐爐后部位，支架的結構布置有以下兩種方式：（1）脫硝鋼架支承在鍋爐引風機房混凝土框架的頂層；（2）新增獨立鋼支架。

值得注意的是：若支架落在鍋爐引風機房混凝土框架頂層，設計時需要重新核算下部的原結構以及地基的基礎，必要時需進行加固處理。

由于脫硝工藝布置的制約，脫硝反應器需穿越各層平臺，因此脫硝支架結構的布置變的復雜和不規則，跨度大、荷載大、開洞多，平面剛度較弱，因此各結構層需設置大量的水平支撐，以保證樓層剛度。

在結構體系上，結構通常采用框架結構，在工藝條件許可的情況下也可以采用框架-支撐結構，不同的結構體系的鋼支架用鋼量差別較大。

2 脫硝鋼結構支架的荷載特點

在脫硝鋼架的荷載分類上，按照規范我們可以把脫硝鋼支架的荷載分為：永久荷載、可變荷載和偶爾荷載三種。

脫硝鋼支架的永久荷載主要考慮結構自重、平臺、鋼樓梯以及反應器、煙道、催化劑的重量。而可變荷載主要為：（1）煙道及反應器內積灰的重量；（2）平臺和樓梯的活荷載，催化劑運輸使用的吊車；（3）對于有圍護的支架，要考慮風荷載；（4）在煙道與反應器溫度的作用下，熱膨脹引發的大板梁頂面支承點處的水平摩擦力。

對于偶然荷載，考慮反應器和煙道在事故狀態下內部壓力升至爆炸臨界點，對支架產生作用力。

3 脫硝鋼支架結構設計分析指標

3.1 結構分析假定

樓層剛度的合理簡化決定了結構分析的效率、精度以及可靠性。不同樓板簡化假定直接影響整體結構的計算結果。

目前，我們在結構分析計算時可以采用四種樓板簡化假定：剛性樓板假定、彈性樓板6、彈性樓板3和彈性膜。

剛性樓板及彈性樓板假定的工程適用情況：

1）設置現澆混凝土樓板、組合樓板，可采用剛度樓板假定。

2）樓板為花紋鋼板或者壓型鋼板。由于該類鋼板和下面的肋條、次梁、檁條等共同作用，準確考慮這種鋼板的剛度比較困難。對于這類情況，為滿足剛性樓板計算假定及鋼支架節點變形的協調一致實際設計時采用鋼梁頂敷設花紋鋼板，鋼梁下翼緣設置水平支撐體系實現。

3.2 結構抗震控制與設計分析

鋼結構的整體分析須滿足《抗規》（2010）及《火力發電廠土建結構設計技術規程》有關要求如各樓層最小地震剪力、層剛度比、位移比、周期比、最大位移角等要求。

應特別注意的是采用振型分解反應譜法進行結構地震反應分析，計算振型數的選取直接影響計算的效率和計算精度。為了確保不喪失高振型的影響，結構分析計算時要求考慮更多的結構計算振型數，從而保證結構的抗震安全性。

脫硝鋼結構支架落在鍋爐引風機房混凝土框架頂部時，保證鋼支架剛度與下部混凝土結構剛度基本一致，可通過層間相對側移值來控制，當鋼支架剛度遠小于混凝土結構時，原混凝土結構加固設計時應考慮鋼支架“鞭梢效應”放大上部結構地震作用力。

4 火電廠煙氣脫硝鋼結構支架的結構穩定性設計

4.1 結構的整體穩定分析

在進行結構分析時，當結構各樓層柱子平均長細比和平均軸壓比及結構按一階線性彈性計算所得的各樓層層間相對側移值滿足《高層民用建筑鋼結構技術規程》（JGJ 99-98）第5.2.10條規定時，可不驗算結構的整體穩定。

對于不符合本規程第5.2.10條的高層建筑鋼結構，可按下列要求驗算整體穩定：

a.對于有支撐的結構，且Δu/h≤1/1000，按有效長度法驗算。柱的計算長度系數可按現行國家標準《鋼結構設計規范》（GBJ 17）附錄四附表4.1采用。

b.對于無支撐的結構和Δu/h≤1/1000的有支撐的結構，應按能反映二階效應的方法驗算結構的整體穩定。

4.2 結構“有側移”及“無側移”的判定

根據《鋼結構設計規范》（GB 50017-2003）第5.3.3條相關規定，純框架結構按有側移框架計算，確定柱的計算長度系數；對于有支撐框架，應根據是“強支撐”還是“弱支撐”來選擇“有側移”還是“無側移”。

在結構分析計算時，結構的“有側移”或“無側移”也可以按以下原則考慮：

1）有支撐的結構（支撐體系可以是鋼支撐、剪力墻和核心筒體等），且層間最大位移角Δu/h≤1/1000時，可以按無側移結構來計算柱計算長度系數。

2）有支撐的結構（支撐體系可以是鋼支撐、剪力墻和核心筒體等），且層間最大位移角1/1000≤Δu/h≤1/300時，柱計算長度系數可以按1.0設計。

3）純框架結構，或者有支撐的結構且層間位移角Δu/h＞1/250時，按有側移結構來計算柱計算長度系。

5 結論

綜上所述，復雜和不規則脫硝鋼支架設計的關鍵在于：概念應清楚，結構選型應合理；分析假定應正確，鋼結構穩定設計應充分、構造做法與計算應一致，這樣才能實現最佳設計。

［1］秦軍，李紅星，趙春蓮，朱軍.火力發電廠結構全壽命設計基礎性研究［J］.武漢大學學報（工學版），2011（20）：37.

［2］陳紹蕃.鋼結構穩定設計指南［M］.北京：中國建筑工業出版社，1996.

張輝（1982—），男，漢族，福建永定人，本科，學士，工程師，研究方向：結構工程，工業類結構設計。