1、设计结构
1.1设计参数
设计压力：0.65MPa;设计温度：280℃；内直径：7 400 mm;有效容积：692 m3;操作介质：烟气、空气；支座型式：裙式；壳体承吊锅炉重量：160 t：气压试验压力：0.93 MPa;射线探伤百分比：100%;地震烈度：7级。
1.2壳体
圆筒型壳体内径为7400 mm，壁厚28mm，上、下为半球形瓜片拼接封头，材料为16MnR。压力壳立式安装，在圆筒体的下部装设了强固的裙式支座。在圆筒体的上部设置了一套组合式焊接梁，锅炉本体的全部重量通过8个吊点上的U形螺栓支承在焊接梁上。在圆筒体的壳壁上焊接了8只托架，支架托起焊接梁和锅炉本体的重量。
圆筒体全长11 170 mm，考虑到运输和现场吊装能力，将整个筒体分为5个短节，每节4块弧形板预弯出厂，每块板的展开尺寸为5 856 mm×2 234 mm。
1.3球形封头
上、下球形封头设计时，在其封头的顶部各带有一个直径d=2700 mm的球冠，其余部分沿圆周均分为12块瓜瓣。球形封头的内半径SR=3 700 mm，壁厚20mm，材料为16MnR。与简体对接处的壁厚差异用在筒体上的斜面削薄进行过渡。采用球形封头型式除了考虑了球形结构受力状态好、节省材料之外，最主要的因素是可以用工厂现有的半径略小于3700mm的球形压模在常温下用点压法制成形，成形后由于冷变形的回弹作用，球形封头的内半径将能控制到3 700 mm的最终尺寸。从水压机最大开挡确定用12块瓜瓣片，这样可减少焊缝金属耗量和现场安装工作量。
三门峡30码期期必中销售生物质锅炉，这种生物质锅炉主要用来燃烧木屑颗粒机、秸秆颗粒机压制的生物质颗粒燃料，如下图所示：
悬吊锅炉的吊架是由两根大梁和4根小梁组成的，小梁搭接在大梁上并用螺栓将二者连接起来，整个吊架呈井字型布置，使锅炉本体的8个吊点能均匀分布在大、小梁的各对应位置上。所有大、小梁都是用钢板焊接结构，在设计工况下要求梁的最大挠度不得大于其跨度的1/1 000。整个吊架要由焊在简体壁上的8只托架托起。
1.5加强圈设计
因为整台设备是现场安装的，在顶封头未安装、圆筒体敞口的情况下，在圆筒体上部的8个托架上承吊了锅炉本体的全部重量，使壳体的局部区域有出现失稳的危险。为了解决这一问题，在吊架部位的圆筒体外壁上设计了三道工字形焊接板梁圈，圈间距800 mm，大梁托架正好位于中间加强圈的位置上，三道圈之间用36号工字钢连接起来，在8个吊点的位置用斜支撑连接而成米字形结构，这样使吊梁部位的圆筒体有一个牢固的结构，消除了局部失稳的可能性。
由于压力壳和锅炉本体重量全部作用到裙座上，所以设计了一个较为坚固的裙座结构，在裙座和加强圈之间的简体上等距离布置了5圈10号角钢环，各环之间用立式角钢相联接，使圆筒体的薄壳为许多方框形角钢所加固，增加了它抵御局部加载、风载和地震的能力。角钢圈还起到壳体外部绝热层的支托作用。
1.6接管设计
由于锅炉本体吊装在压力壳内，有许多管子如锅炉的上、下水管、烟气出口管、启动燃烧室管、灰渣排放管等都要穿过压力壳引至壳体外部，仅各种接管就多达58根，分别布置在上、下封头和筒体上。这些管子引出后和固定在不同标高水泥框架上的汽包及设备相连接。因为温度变化，接管相对于压力壳的热膨胀量很大，最大膨胀量高达66 mm。由于管道的热膨胀将会增加管道应力和产生管道对压力壳巨大的外加载荷，在操作压力和操作温度变化的情况下还可能引起管道和压力壳局部高应力区的疲劳破坏。
为此对所有管道用有限元法进行应力和变形计算，计算发现除了下封头底部的灰渣排敖管用填料函密封的滑动连接型式不需采用措施外，其余接管都产生较大的热膨胀应力，必须在接管上加焊一个4波单层波形膨胀节，用来吸收壳体和管道之间的变形量。最大接管外载荷发生在上封头所开的一排接管孔，该排管子是由锅炉本体上联箱引出和汽包之间的连接管，因为处于同一标高上，管子短且无足够的弯曲空间，故采用双关节型膨胀节来解决变形的补偿问题。
壳体上还有两个较大的开口，一处是在下封头上开一个d=1424 mm的启动燃烧室管；另一处是筒体上部开的d=l396 mm的烟气出口管。在管孔上除了用补强板进行补强外，还均匀设置了加强筋板以增大开孔连接部位的强度和刚度，烟气出口管还有较大的管道载荷，以上两孔都经过了有限元应力计算。
因为壳体在受内压工况时均按GB150-89《钢制压力容器》规范进行设计，因此壳体应力是满足设计要求的。锅炉本体吊装对壳体施加的局部载荷主要由壳体外部加强框架来承受，所以对壳体的有限元计算主要是计算梁的挠曲和加强结构的变形，侧重计算总体刚度而不是壳体的应力，因此壳体的网格划分得较．粗。计算总体变形时忽略了烟道管和启动燃烧器管口的存在，而对两处作局部区的应力计算来处理。
2、壳体的有限元计算
2.1 力学模型
由于整个压力壳和吊梁布置对空闻直角坐标系具有对称性，取压力壳顶视图的1/4为计算模型，壳体和裙座用板单元，大、小吊梁加强圈和角钢用梁单元来划分。本题共有21 1个板单元和206个梁单元，板壳和梁上相对应节点用主从自由度来约束，假定地脚螺栓将裙座和地基紧固在一起。除了在壳体内壁面受0.65MPa压力外，在大、小吊梁的锅炉本体两个吊点上各施加20 t集中力。
2.2计算结果
有限元计算数据经整理如表所示。
表各种杆件表面最大弯曲应力值(MPa)
在设计压力0.65 Mpa时，圆筒体与球形封头的计算应力分别为90 MPa和64 MPa，均大大低于16MnR钢板280℃下的许用应力130.8 MPa。
由于壳体上存在两个较大的加载区，即吊梁区和裙座区，所以在该两区及其邻近部位的杆件有较大的应力波动，随着和该两区距离的增大应力波动迅速减少。
由于5个角钢圈对壳体的加强作用，每段立置角钢均呈向壳体外弯曲使应力呈现正弦分布。
中间粱是将两组吊装连在一起，并起到减少大梁扭转的作用。中间梁l号起到较大的抗扭作用，因此它的表面弯曲应力最大，达到117.5 MPa。
材料Q235-A在280℃时的许用应力≤89.2 MPa，因所有的杆件上的应力均为表面弯曲应力值，其许用应力应为1.5-133.8MPa，故以上各杆件的应力均在允许值之内，材料处在弹性范围之内，不存在失稳问题。MW,即此时联合循环出力最大。
5、结论
通过以上计算与分析，在联合循环电站中所采用的燃气轮机的压比不应选择过高。燃气轮机和汽轮机的最佳功率比约为2:1。补燃型余热锅炉和常规余热锅炉在效率上相比较，循环效率提高不大。采用双压余热锅炉联合循环比单压余热锅炉的联合循环在效率上略有提高。采用本文优化设计双压余热锅炉的计算方法设计出的余热锅炉，可确保联合循环出力最大、效率高。
