Recovery boiler hanger rod arrangement

Abstract

The thesis studied an Andritz recovery boiler’s superheater support structure which involves suspending the superheaters from hanger rods which are tightened so that loads are distributed evenly. In the studied construction the rods were arranged such that the structure was statically indeterminate, and in addition depending on the tensioning condition of each rod, the balancing of loads was affected. This had resulted in inaccuracy determining the location where rods had become loose or had increased load due to ash weight of soot deposits on the superheater. A literature review was conducted to study the loosening phenomena of bolted joints. For the hanger rods, elastic interaction, differential thermal expansion and relaxation in the structure were found to result in changes to the tension condition. Based upon the findings, the static indeterminacy, effect of tightening sequence and torque on load, and thermal effects on the structure were analyzed using Ansys Mechanical 2022 R1 finite element analyses. The findings of the analyses were used to list possible improvements to the structure so that the hanger rod loads would be verifiable more accurately. These involved suggestions on what changes to the structure are most effective in reducing its static indeterminacy, how using certain tightening sequences with tailored preload values result in an evenly distributed load on the hanger rods, and how the thermal effects in the structure should be considered.

Työssä tutkittiin Andritzin soodakattilan tulistimen kannakointia, jossa tulistimet ripustetaan tangoista, jotka kiristetään niin, että kuormat jakautuvat tasaisesti. Tutkitussa rakenteessa tangot oli järjestetty siten, että rakenne oli staattisesti määrittämätön, lisäksi kunkin tangon kiristystilanne vaikutti kuormien tasapainoon. Tämä johti epätarkkuuteen määriteltäessä paikkaa, missä tangot olivat löystyneet tai kuormitus kasvanut johtuen tulistimeen kohdistuvasta tuhkapainosta. Kirjallisuuskatsaus tehtiin ruuviliitosten löystymisilmiöiden tutkimiseksi. Ripustustankojen tapauksessa elastisen vuorovaikutuksen, epätasaisen lämpölaajenemisen sekä rakenteen jäykkyyden vähenemisen lämpötilan kasvaessa havaittiin johtavan muutoksiin jännitystilassa. Havaintojen perusteella analysoitiin staattista määräämättömyyttä, kiristyssekvenssin ja käytettyjen kiristysvoimien vaikutusta kuormituksen jakautumiseen tangoille, sekä lämmön vaikutuksia rakenteeseen Ansys Mechanical 2022 R1 elementtimenetelmällä. Analyysien tulosten perusteella listattiin mahdollisia parannuksia rakenteeseen niin, että ripustustankojen kuormat olisivat todennettavissa tarkemmin. Nämä sisälsivät ehdotuksia siitä, mitkä rakenteen muutokset vähentävät tehokkaimmin sen staattista määräämättömyyttä, kuinka tiettyjen kiristyssekvenssien käyttö räätälöidyillä esikuormitusarvoilla mahdollistaa kannatustankojen tasaisesti jakautuneen kuormituksen ja miten lämmön vaikutukset tulisi ottaa huomioon rakenteessa.