火電廠煙氣脫硝的鋼結(jié)構(gòu)支架設(shè)計(jì)技術(shù)

張 輝

（福建龍凈環(huán)保股份有限公司，福建 龍巖 364000）

火電廠煙氣脫硝的鋼結(jié)構(gòu)支架設(shè)計(jì)技術(shù)

張 輝

（福建龍凈環(huán)保股份有限公司，福建 龍巖 364000）

按照我國(guó)“十二五”期間對(duì)火電廠氮氧化物的排放要求，我國(guó)火電廠火電機(jī)組脫硝工程勢(shì)在必行。本文通過(guò)對(duì)火電廠煙氣脫硝的鋼結(jié)構(gòu)支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析進(jìn)行闡述來(lái)明確火電廠煙氣脫硝的鋼結(jié)構(gòu)支架的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

分析假定；穩(wěn)定設(shè)計(jì)；有側(cè)移；無(wú)側(cè)移；長(zhǎng)度系數(shù)

目前，全國(guó)各地的脫硝改造項(xiàng)目正在大規(guī)模的進(jìn)行中，在改造中脫硝鋼結(jié)構(gòu)支架設(shè)計(jì)是最主要的部分，不僅涉及結(jié)構(gòu)安全，也對(duì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有著非常重要的影響。

1 脫硝鋼結(jié)構(gòu)支架的設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)布置特點(diǎn)

脫硝改造項(xiàng)目設(shè)計(jì)，脫硝鋼結(jié)構(gòu)主要參照《鍋爐鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的規(guī)范》及《火力發(fā)電廠土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》中的設(shè)計(jì)條款要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。

在結(jié)構(gòu)布置方面，由于我國(guó)火電廠脫硝裝置內(nèi)的大部分系統(tǒng)主要采用催化劑還原法（SCR）進(jìn)行脫硝，因此脫硝反應(yīng)器裝置布置于鍋爐爐后部位，支架的結(jié)構(gòu)布置有以下兩種方式：（1）脫硝鋼架支承在鍋爐引風(fēng)機(jī)房混凝土框架的頂層；（2）新增獨(dú)立鋼支架。

值得注意的是：若支架落在鍋爐引風(fēng)機(jī)房混凝土框架頂層，設(shè)計(jì)時(shí)需要重新核算下部的原結(jié)構(gòu)以及地基的基礎(chǔ)，必要時(shí)需進(jìn)行加固處理。

由于脫硝工藝布置的制約，脫硝反應(yīng)器需穿越各層平臺(tái)，因此脫硝支架結(jié)構(gòu)的布置變的復(fù)雜和不規(guī)則，跨度大、荷載大、開(kāi)洞多，平面剛度較弱，因此各結(jié)構(gòu)層需設(shè)置大量的水平支撐，以保證樓層剛度。

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

2 脫硝鋼結(jié)構(gòu)支架的荷載特點(diǎn)

在脫硝鋼架的荷載分類上，按照規(guī)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(jié)構(gòu)自重、平臺(tái)、鋼樓梯以及反應(yīng)器、煙道、催化劑的重量。而可變荷載主要為：（1）煙道及反應(yīng)器內(nèi)積灰的重量；（2）平臺(tái)和樓梯的活荷載，催化劑運(yùn)輸使用的吊車；（3）對(duì)于有圍護(hù)的支架，要考慮風(fēng)荷載；（4）在煙道與反應(yīng)器溫度的作用下，熱膨脹引發(fā)的大板梁頂面支承點(diǎn)處的水平摩擦力。

對(duì)于偶然荷載，考慮反應(yīng)器和煙道在事故狀態(tài)下內(nèi)部壓力升至爆炸臨界點(diǎn)，對(duì)支架產(chǎn)生作用力。

3 脫硝鋼支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析指標(biāo)

3.1 結(jié)構(gòu)分析假定

樓層剛度的合理簡(jiǎn)化決定了結(jié)構(gòu)分析的效率、精度以及可靠性。不同樓板簡(jiǎn)化假定直接影響整體結(jié)構(gòu)的計(jì)算結(jié)果。

目前，我們?cè)诮Y(jié)構(gòu)分析計(jì)算時(shí)可以采用四種樓板簡(jiǎn)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(shè)置現(xiàn)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(zhǔn)確考慮這種鋼板的剛度比較困難。對(duì)于這類情況，為滿足剛性樓板計(jì)算假定及鋼支架節(jié)點(diǎn)變形的協(xié)調(diào)一致實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)采用鋼梁頂敷設(shè)花紋鋼板，鋼梁下翼緣設(shè)置水平支撐體系實(shí)現(xiàn)。

3.2 結(jié)構(gòu)抗震控制與設(shè)計(jì)分析

鋼結(jié)構(gòu)的整體分析須滿足《抗規(guī)》（2010）及《火力發(fā)電廠土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》有關(guān)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(yīng)特別注意的是采用振型分解反應(yīng)譜法進(jìn)行結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析，計(jì)算振型數(shù)的選取直接影響計(jì)算的效率和計(jì)算精度。為了確保不喪失高振型的影響，結(jié)構(gòu)分析計(jì)算時(shí)要求考慮更多的結(jié)構(gòu)計(jì)算振型數(shù)，從而保證結(jié)構(gòu)的抗震安全性。

脫硝鋼結(jié)構(gòu)支架落在鍋爐引風(fēng)機(jī)房混凝土框架頂部時(shí)，保證鋼支架剛度與下部混凝土結(jié)構(gòu)剛度基本一致，可通過(guò)層間相對(duì)側(cè)移值來(lái)控制，當(dāng)鋼支架剛度遠(yuǎn)小于混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)，原混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮鋼支架“鞭梢效應(yīng)”放大上部結(jié)構(gòu)地震作用力。

4 火電廠煙氣脫硝鋼結(jié)構(gòu)支架的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)

4.1 結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定分析

在進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析時(shí)，當(dāng)結(jié)構(gòu)各樓層柱子平均長(zhǎng)細(xì)比和平均軸壓比及結(jié)構(gòu)按一階線性彈性計(jì)算所得的各樓層層間相對(duì)側(cè)移值滿足《高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ 99-98）第5.2.10條規(guī)定時(shí)，可不驗(yàn)算結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定。

對(duì)于不符合本規(guī)程第5.2.10條的高層建筑鋼結(jié)構(gòu)，可按下列要求驗(yàn)算整體穩(wěn)定：

a.對(duì)于有支撐的結(jié)構(gòu)，且Δu/h≤1/1000，按有效長(zhǎng)度法驗(yàn)算。柱的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)可按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GBJ 17）附錄四附表4.1采用。

b.對(duì)于無(wú)支撐的結(jié)構(gòu)和Δu/h≤1/1000的有支撐的結(jié)構(gòu)，應(yīng)按能反映二階效應(yīng)的方法驗(yàn)算結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定。

4.2 結(jié)構(gòu)“有側(cè)移”及“無(wú)側(cè)移”的判定

根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50017-2003）第5.3.3條相關(guān)規(guī)定，純框架結(jié)構(gòu)按有側(cè)移框架計(jì)算，確定柱的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)；對(duì)于有支撐框架，應(yīng)根據(jù)是“強(qiáng)支撐”還是“弱支撐”來(lái)選擇“有側(cè)移”還是“無(wú)側(cè)移”。

在結(jié)構(gòu)分析計(jì)算時(shí)，結(jié)構(gòu)的“有側(cè)移”或“無(wú)側(cè)移”也可以按以下原則考慮：

1）有支撐的結(jié)構(gòu)（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(shí)，可以按無(wú)側(cè)移結(jié)構(gòu)來(lái)計(jì)算柱計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)。

2）有支撐的結(jié)構(gòu)（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(shí)，柱計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)可以按1.0設(shè)計(jì)。

3）純框架結(jié)構(gòu)，或者有支撐的結(jié)構(gòu)且層間位移角Δu/h＞1/250時(shí)，按有側(cè)移結(jié)構(gòu)來(lái)計(jì)算柱計(jì)算長(zhǎng)度系。

5 結(jié)論

綜上所述，復(fù)雜和不規(guī)則脫硝鋼支架設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于：概念應(yīng)清楚，結(jié)構(gòu)選型應(yīng)合理；分析假定應(yīng)正確，鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計(jì)應(yīng)充分、構(gòu)造做法與計(jì)算應(yīng)一致，這樣才能實(shí)現(xiàn)最佳設(shè)計(jì)。

［1］秦軍，李紅星，趙春蓮，朱軍.火力發(fā)電廠結(jié)構(gòu)全壽命設(shè)計(jì)基礎(chǔ)性研究［J］.武漢大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版），2011（20）：37.

［2］陳紹蕃.鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計(jì)指南［M］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1996.

張輝（1982—），男，漢族，福建永定人，本科，學(xué)士，工程師，研究方向：結(jié)構(gòu)工程，工業(yè)類結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。