李賓賓

摘 要：在SCR脫硝系統(tǒng)中，反應器是其核心部件，整個催化還原反應都在其中進行，本文針對一些大型的SCR反應器，對其底座的結構形式和布置方式進行優(yōu)化，使其盡可能的消除系統(tǒng)安全運行的隱患。

關鍵詞：脫硝 SCR 反應器 支撐梁 熱應力

隨著國內(nèi)氮氧化物排放標準的越來越嚴格，火電廠作為污染重地對脫硝技術的要求也越來越高。常用的煙氣脫硝技術中，以SCR技術效率最高，在SCR脫硝系統(tǒng)中，反應器是其核心部件，其主要作用是承載催化劑并提供脫硝反應的空間，由于采用全焊透系列結構框架，在工作時候反應器本體的熱膨脹是一個設計不得不考慮的因素。

國內(nèi)的煙氣脫硝工程以舊機組改造為主，一般沒有為脫硝裝置的建設預留充足的條件。新建機組一般在空預器或電除塵器上方預留脫硝空間，距地面高度20m以上。因此，反應器的設計與布置是在現(xiàn)場既定的諸多約束條件下進行的，為適配現(xiàn)場條件，有時甚至不得不采用削足適履的技術方案。脫硝反應器的設計開發(fā)，必須綜合考慮現(xiàn)場空間狹小、重量載荷大、工作溫度高、反應器三維尺度大、不易與機組主體自然地適配兼容、脫硝過程對氣流參數(shù)要求嚴格等問題。

SCR反應器是煙氣脫硝系統(tǒng)的核心設備，其主要功能是承載催化劑，為脫硝反應提供空間，同時保證煙氣流動的順暢與氣流分布的均勻，為脫硝反應的順利進行創(chuàng)造條件。SCR反應器的設計溫度一般為400?C，由于受水平方向的最大絕對膨脹量可達5mm/m，一般跨度10米的反應器膨脹量就能達到50mm，這對鋼結構是非常不利的，所以為了消除這部分熱膨脹應力，根據(jù)SCR反應器的不同結構、不同的荷載傳遞方式，一般有吊掛和支撐兩種結構形式。目前國內(nèi)反應器設計主要采用支撐式結構，即將反應器整體架空、高層布置，其荷載通過反應器承重底座傳遞到外部鋼結構支撐梁后由整個鋼結構承擔。由于反應器及其附屬設備（催化劑）荷載較大，少則幾百噸，多則上千噸，當支撐梁跨度較大時將出現(xiàn)較大的撓度變形，再加上運行時產(chǎn)生的熱膨脹應力，會造成支撐梁扭矩劇增，引起局部荷載過大，給系統(tǒng)安全運行帶來較大風險。

為了消除這種風險，改善支撐梁上荷載分布的均勻性，提高系統(tǒng)安全運行，多數(shù)反應器底座設計都采用聚四氟乙烯板墊在底座和支撐梁之間，使其能按設計者的意向自由膨脹，消除熱應力，不對支撐梁造成傷害?，F(xiàn)就目前國內(nèi)常用的底座布置形式，稍作分析。

1.反應器底座就著支撐梁

這種布置形式只有四根支撐鋼梁，支撐鋼梁與框架柱直接連接，反應器通過多個支腿或者兩根橫擔落在支撐鋼梁的上方，支座盡可能分布在同一平面上，以避免對反應器豎向的熱變形形成約束（圖一）。所有的支座當中，只能有一個支座是完全固定的，各個支座的滑動自由度方向也不完全相同，應根據(jù)熱變形的方向合理設置。固定支座一般設在中部，可使反應器的最大位移降為絕對熱變形量的50%。各支座的滑動自由度沿該支座與固定支座的連線方向，各滑動支座的一對摩擦副之中，至少有一個為耐溫減摩材料（如聚四氟乙烯），以避免過大的摩擦力對反應器本體和主體框架造成破壞。

圖一 反應器底座就著支撐梁布置

由于此種形式的布置反應器各側承重墻的重心連線和對應的支撐梁的中心線不在一條直線上，計算支撐梁時要核算其扭矩，使得支撐梁型號偏大。其特點是不要添加輔助支撐鋼梁，使反應器的荷載直接傳遞到支撐梁再傳遞到鋼柱，充分利用結構空間；但其支撐梁一般選型偏大，對反應器的底座剛度要求較高。有時受現(xiàn)場已有結構和保溫厚度的約束，甚至不得不把吊裝檢修平臺直接做在反應器自身結構上面。

對于改造項目，SCR反應器布置在高空中，其重量最終作用在機組主體的鋼結構框架上，但主體框架一般沒有這么大的承載余量，只能在錯綜復雜的鋼結構間見縫插針地重新打樁，增加承重柱梁。如果將脫硝裝置獨立出來，需要架設在一定高度上，以便和機組主體相協(xié)調(diào)。但脫硝裝置獨立于主機組之外的結構建設成本將成倍增加，包括工期。因此，應盡可能將SCR反應器布置在主機組框架范圍內(nèi)。在滿足工藝和承載要求下，應最大限度地將反應器與主機組框架相適配，減輕反應器的重量，降低反應器和主體框架之間的作用力，同時也可以減少建設成本。因此，節(jié)省空間的布置須優(yōu)先考慮。

2.支撐梁就著反應器底座

此種布置形式需要添加2根或者4根輔助支撐梁，SCR反應器的各個底座直接落在輔助支撐梁上，反應器的各側承重墻的重心連線和對應的輔助支撐梁的中心線在一條直線上（圖二）；其荷載傳遞方式：反應器 → 輔助支撐梁 → 主結構梁 → 鋼柱。

由于SCR反應器各側面底座重心連線和輔助支撐梁的中心線重合，且各個底座都在同一水平面上，支撐梁受力比較理想。中間的兩個底座受到左右單項約束，使反應器產(chǎn)生的熱應力可以沿左右兩側釋放，下側承重墻的兩端部底座受到前后向的約束，反應器產(chǎn)生的熱應力可以向上側釋放，且限制反應器的整體位移，這樣即使不把一個底座固定，也可以讓反應器不至于偏離原位，造成整個支撐結構受力偏心、局部荷載過大，影響結構的安全。

圖二 支撐梁就著反應器底座布置

SCR反應器熱應力最可能發(fā)生的部位是支座和反應器外壁上尺寸較大的加強筋處。加強筋焊接在反應器外壁上，它們之間是剛性連接，在設計壁外的加強結構時，應盡量使鋼結構貼近壁板，且連續(xù)布置，以保證從內(nèi)壁到加強結構之間良好的熱傳導，將其內(nèi)部的熱應力傳導至反應器的鋼梁（鋼柱），再通過反應器的底座消除熱應力的影響。當加強結構徑向尺寸過大時，應將其包在保溫層之內(nèi)，盡可能避免加強結構完全暴露在保溫層之外或部分在保溫層外，以免造成局部熱應力差值，損害鋼材。由于底座對反應器的熱脹冷縮效應會起到約束作用，所以合理的支座設計是減小熱應力的關鍵。

因此，通過結構分析設計，對反應器進行比較精確力學設計計算，優(yōu)化出簡潔、輕便、適配的結構方案是反應器設計開發(fā)的必然要求。通過合理的底座分布形式，使整體結構既安全又經(jīng)濟是設計者不斷追求的目標

結語

脫硝反應器的底座不僅要維持支撐鋼梁上的荷載均勻分布、釋放反應器熱膨脹產(chǎn)生的應力，而且還要抵抗風荷載、地震荷載作用下的側向位移，在設計時要根據(jù)實際情況，優(yōu)化底座設計，盡量使支撐梁受力均勻、理想。且不要忘記用摩擦力對支撐梁的穩(wěn)定性和機組主體支架的水平剪力進校核。

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