對脫硝煙道異形件設計的研究

□ 白 蘭 宋心東 王宗滿

一、引言

隨著新的《火電廠大氣污排放標準GB13223-2011》自2012年1月1日起實施，國家對允許的氮氧化物最高排放濃度控制越來越嚴格，國內大型燃煤機組均需脫硝改造。在煙氣脫硝領域，國內外都進行了大量的研究工作，選擇性催化還原法(SCR)煙氣脫硝技術是研究比較多且應用廣泛的技術。該技術的反應器布置在鍋爐省煤器與空氣預熱器之間。在加裝脫硝裝置前，此部分煙道屬于鍋爐的一部分，是鍋爐廠的設計范圍。目前很多脫硝煙道由鍋爐廠設計，其設計思路及煙道的加固形式與電力設計院差別很大。

脫硝煙道大都具有截面大、高飛灰且所處的煙溫高等特點，一些設計特征已超出《火力發電廠煙風煤粉管道設計技術規程》(簡稱《煙規》)(DL/T5121-2000)［1］的規定要求，故在該煙道設計時應特別注意《煙規》的適用范圍。本文結合工程實例就脫硝煙道設計中超出《煙規》適用范圍的異形件的加固肋設置進行分析和研究。

二、脫硝煙道加固肋及內撐桿的設置

煙道必須具有足夠的強度、剛度和整體穩定性，避免產生強烈的振動。

(一)加固肋的設置。道體面板及加固肋各自同時滿足強度、剛度和防振(頻率)要求;以強度和頻率條件作為控制依據，剛度條件作為校核依據，按防止共振頻率的差異分為振動設計和常規設計兩種。矩形道體宜采用橫向加固肋。縱向加固肋僅作為負壓道體橫向加固肋防失穩用。

(二)內撐桿的設置。當大截面矩形道體加固肋超過頻率控制極限跨度或為減小加固肋規格時宜設置橫向內撐桿;對于僅需單邊內撐桿的矩形道體，內撐桿也可在寬邊上做成縱向桁架式。負壓道體內撐桿滿足壓桿不失穩條件。內撐桿對準每道橫向加固肋設置。而適當加大加固肋規格，可減小內撐桿規格，降低運行阻力和磨損，可達到既經濟又安全的目的。

依據設計溫度和所用材質，根據面板橫向加固肋作用在內撐桿上的軸向荷載和內撐桿長度，在表T3．7［2］上選擇內撐桿規格。正壓道體按抗拉力選用，負壓道體按抗壓力選用。

異形件立面圖

三、加固肋及內撐桿設置的工程實例

圖2

下面以某工程300MW機組脫硝反應器出口煙道的一個異形件為例來分析脫硝煙道的加固肋及內撐桿的設置。煙道外形尺寸如下圖:在彎頭處內撐桿在彎頭內側無法支撐，將能支撐處設計成桁架結構，并將加固肋設計成網格狀。在1-1剖面以上的煙道的內撐桿及加固肋可參照規則矩形煙道設置，如A向視圖所示;在1-1剖面以下部分，由于彎頭內側弧面較小，無法按規則矩形煙道設置內撐桿，做如1-1、2-2、3-3視圖所示處理，在1-1視圖的兩根縱向內撐桿上向下至煙道底部做兩桁架式支撐，并將該煙道處加固肋設計成網格狀。在彎頭出口第一道內撐桿也設計成桁架，如B向視圖所示，以加固彎頭整體結構，防止彎頭運行時振動。

下面按規則寬11．7m，長5．63m矩形煙道算出加固肋表1及內撐桿。

(一)原始數據。設計等級(振動或常規):常規設計;額定煙氣量(單側/爐):391m3/s;煙道斷面:寬 11．7m，長 5．63m;煙氣額定流速:5．94m/s;介質設計溫度:400℃;道體板厚:6mm;材質:Q345;許用應力:125MPa;E:171GPa。

(二)設計荷載的確定。道體設計壓力:±5．6kPa;基本風載:0．5kPa;雪載:0．3 kPa;保溫及保護層材料:主保溫材料:50mm硅酸鋁+100mm巖棉(容重150kg/m3);保護層:0．7mm壓型鋁合金板;保溫總重:34．7kg/m2;積灰荷載:按0．35BMCR工況煙氣量，流速8m/s，算出積灰高度0．6m，積灰密度取1t/m3，則積灰荷載為6 kPa;道體(板肋)自重取0．9 kPa;作用在各面板上的壓力如表1:

表1

(三)加固肋及內撐桿的選擇。綜合正負壓兩種情況選加固肋間距選擇1m，加固肋型號16a，兩個方向內撐桿均布2根，型號φ89×4．5。考慮到彎頭處無法支撐，將加固肋型號增加至20a。

(四)對異形件特殊處理的分析。鋼板的強度、剛度及控制振動條件與規則煙道控制條件一樣，故鋼板的強度、剛度及控制振動已滿足跨度要求，在此不作詳細分析。內支撐已做成桁架結構，其強度、剛度及控制振動已滿足設計要求，在此也不作詳細分析。

下面就正負壓兩種情況分析各面上的加固肋是否滿足強度、剛度及控制振動的要求。因頂面小圓弧面已滿足規則煙道的條件，其上的加固肋不另作分析。只分析側面及底面的加固肋是否滿足要求。

1．內壓為正壓情況下，各面加固肋情況。結合立面圖及2-2、3-3剖面可看出，側面上兩豎直紅色加固肋分別對應煙道內兩排桁架，可把這兩紅色加固肋看作兩個鋼梁，粉色加固肋是這個面上最長的肋。只要這個肋能滿足各項要求，就可看作這個面的肋均滿足要求。

下面就分析這個肋在規格為20a、荷載為7．1kPa下各項控制條件最大跨度。經按簡支計算:強度跨度Lmax=5．48m;剛度跨度Lmax=5．13m;振動跨度 Lmax=5．47m;各跨度均大于圖中跨度2．31m。

結合立面圖及C向可看出，底面上兩豎直紅色加固肋分別對應煙道內兩排桁架，可把這兩紅色加固肋看做兩個鋼梁，粉色加固肋是這個面上最長的肋。只要這個肋能滿足各項要求，就可看作這個面的肋均滿足要求。

下面就分析這個肋在規格為20a、荷載為7．1kPa下各項控制條件最大跨度。經按簡支計算:強度跨度Lmax=4．09m;剛度跨度Lmax=4．08m;振動跨度 Lmax=5．47m;各跨度均大于圖中跨度2．717m。

2．內壓為負壓情況下，各面加固肋情況。下面就側面分析這個肋在規格為20a、荷載為-7．1kPa下各項控制條件最大跨度。經按簡支計算:強度跨度Lmax=5．48m;剛度跨度Lmax=5．13m;振動跨度Lmax=5．47m;各跨度均大于圖中跨度2．31m。

底面的肋在規格為20a、荷載為0．21kPa下各項控制條件最大跨度。經按簡支計算:強度跨度Lmax=19．04m;剛度跨度Lmax=10．36m;振動跨度Lmax=5．47m;各跨度均大于圖中跨度2．717m。

在正負內壓兩種情況下各面上最不利加固肋跨度均小于各控制值，通過以上分析，可知異形件各面上的加固肋及面板能滿足脫硝煙道強度、剛度和整體穩定性要求，說明這種處理是可以的，而且相當保守，還有很多優化余地。

四、結語

本文通過對脫硝煙道異形件設計的分析得出結論:對超出《煙規》計算方法范圍的異形件的特殊處理方法是可行的，而且還很保守。本文對脫硝煙道異形件設計的分析及結論對脫硝煙道的工程設計有一定的參考價值。

［1］中華人民共和國電力行業標準．DL/T5121-2000，火力發電廠煙風煤粉管道設計技術規程［S］．

［2］錢成緒．火力發電廠煙風煤粉管道設計技術規程配套計算方法［M］．北京:中國電力出版社，2004:104～106