李賓賓

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

關(guān)鍵詞：脫硝 SCR 反應(yīng)器 支撐梁 熱應(yīng)力

隨著國內(nèi)氮氧化物排放標(biāo)準(zhǔn)的越來越嚴(yán)格，火電廠作為污染重地對脫硝技術(shù)的要求也越來越高。常用的煙氣脫硝技術(shù)中，以SCR技術(shù)效率最高，在SCR脫硝系統(tǒng)中，反應(yīng)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(yīng)的空間，由于采用全焊透系列結(jié)構(gòu)框架，在工作時候反應(yīng)器本體的熱膨脹是一個設(shè)計不得不考慮的因素。

國內(nèi)的煙氣脫硝工程以舊機(jī)組改造為主，一般沒有為脫硝裝置的建設(shè)預(yù)留充足的條件。新建機(jī)組一般在空預(yù)器或電除塵器上方預(yù)留脫硝空間，距地面高度20m以上。因此，反應(yīng)器的設(shè)計與布置是在現(xiàn)場既定的諸多約束條件下進(jìn)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(shù)方案。脫硝反應(yīng)器的設(shè)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(yīng)器三維尺度大、不易與機(jī)組主體自然地適配兼容、脫硝過程對氣流參數(shù)要求嚴(yán)格等問題。

SCR反應(yīng)器是煙氣脫硝系統(tǒng)的核心設(shè)備，其主要功能是承載催化劑，為脫硝反應(yīng)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(yīng)的順利進(jìn)行創(chuàng)造條件。SCR反應(yīng)器的設(shè)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(dá)5mm/m，一般跨度10米的反應(yīng)器膨脹量就能達(dá)到50mm，這對鋼結(jié)構(gòu)是非常不利的，所以為了消除這部分熱膨脹應(yīng)力，根據(jù)SCR反應(yīng)器的不同結(jié)構(gòu)、不同的荷載傳遞方式，一般有吊掛和支撐兩種結(jié)構(gòu)形式。目前國內(nèi)反應(yīng)器設(shè)計主要采用支撐式結(jié)構(gòu)，即將反應(yīng)器整體架空、高層布置，其荷載通過反應(yīng)器承重底座傳遞到外部鋼結(jié)構(gòu)支撐梁后由整個鋼結(jié)構(gòu)承擔(dān)。由于反應(yīng)器及其附屬設(shè)備（催化劑）荷載較大，少則幾百噸，多則上千噸，當(dāng)支撐梁跨度較大時將出現(xiàn)較大的撓度變形，再加上運(yùn)行時產(chǎn)生的熱膨脹應(yīng)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(yùn)行帶來較大風(fēng)險。

為了消除這種風(fēng)險，改善支撐梁上荷載分布的均勻性，提高系統(tǒng)安全運(yùn)行，多數(shù)反應(yīng)器底座設(shè)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(shè)計者的意向自由膨脹，消除熱應(yīng)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(yīng)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(yīng)器通過多個支腿或者兩根橫擔(dān)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(yīng)器豎向的熱變形形成約束（圖一）。所有的支座當(dāng)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(yīng)根據(jù)熱變形的方向合理設(shè)置。固定支座一般設(shè)在中部，可使反應(yīng)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(yīng)器本體和主體框架造成破壞。

圖一 反應(yīng)器底座就著支撐梁布置

由于此種形式的布置反應(yīng)器各側(cè)承重墻的重心連線和對應(yīng)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(diǎn)是不要添加輔助支撐鋼梁，使反應(yīng)器的荷載直接傳遞到支撐梁再傳遞到鋼柱，充分利用結(jié)構(gòu)空間；但其支撐梁一般選型偏大，對反應(yīng)器的底座剛度要求較高。有時受現(xiàn)場已有結(jié)構(gòu)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(yīng)器自身結(jié)構(gòu)上面。

對于改造項目，SCR反應(yīng)器布置在高空中，其重量最終作用在機(jī)組主體的鋼結(jié)構(gòu)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(fù)雜的鋼結(jié)構(gòu)間見縫插針地重新打樁，增加承重柱梁。如果將脫硝裝置獨(dú)立出來，需要架設(shè)在一定高度上，以便和機(jī)組主體相協(xié)調(diào)。但脫硝裝置獨(dú)立于主機(jī)組之外的結(jié)構(gòu)建設(shè)成本將成倍增加，包括工期。因此，應(yīng)盡可能將SCR反應(yīng)器布置在主機(jī)組框架范圍內(nèi)。在滿足工藝和承載要求下，應(yīng)最大限度地將反應(yīng)器與主機(jī)組框架相適配，減輕反應(yīng)器的重量，降低反應(yīng)器和主體框架之間的作用力，同時也可以減少建設(shè)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(yīng)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(yīng)器的各個底座直接落在輔助支撐梁上，反應(yīng)器的各側(cè)承重墻的重心連線和對應(yīng)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(yīng)器 → 輔助支撐梁 → 主結(jié)構(gòu)梁 → 鋼柱。

由于SCR反應(yīng)器各側(cè)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(yīng)器產(chǎn)生的熱應(yīng)力可以沿左右兩側(cè)釋放，下側(cè)承重墻的兩端部底座受到前后向的約束，反應(yīng)器產(chǎn)生的熱應(yīng)力可以向上側(cè)釋放，且限制反應(yīng)器的整體位移，這樣即使不把一個底座固定，也可以讓反應(yīng)器不至于偏離原位，造成整個支撐結(jié)構(gòu)受力偏心、局部荷載過大，影響結(jié)構(gòu)的安全。

圖二 支撐梁就著反應(yīng)器底座布置

SCR反應(yīng)器熱應(yīng)力最可能發(fā)生的部位是支座和反應(yīng)器外壁上尺寸較大的加強(qiáng)筋處。加強(qiáng)筋焊接在反應(yīng)器外壁上，它們之間是剛性連接，在設(shè)計壁外的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)時，應(yīng)盡量使鋼結(jié)構(gòu)貼近壁板，且連續(xù)布置，以保證從內(nèi)壁到加強(qiáng)結(jié)構(gòu)之間良好的熱傳導(dǎo)，將其內(nèi)部的熱應(yīng)力傳導(dǎo)至反應(yīng)器的鋼梁（鋼柱），再通過反應(yīng)器的底座消除熱應(yīng)力的影響。當(dāng)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)徑向尺寸過大時，應(yīng)將其包在保溫層之內(nèi)，盡可能避免加強(qiáng)結(jié)構(gòu)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(yīng)力差值，損害鋼材。由于底座對反應(yīng)器的熱脹冷縮效應(yīng)會起到約束作用，所以合理的支座設(shè)計是減小熱應(yīng)力的關(guān)鍵。

因此，通過結(jié)構(gòu)分析設(shè)計，對反應(yīng)器進(jìn)行比較精確力學(xué)設(shè)計計算，優(yōu)化出簡潔、輕便、適配的結(jié)構(gòu)方案是反應(yīng)器設(shè)計開發(fā)的必然要求。通過合理的底座分布形式，使整體結(jié)構(gòu)既安全又經(jīng)濟(jì)是設(shè)計者不斷追求的目標(biāo)

結(jié)語

脫硝反應(yīng)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(yīng)器熱膨脹產(chǎn)生的應(yīng)力，而且還要抵抗風(fēng)荷載、地震荷載作用下的側(cè)向位移，在設(shè)計時要根據(jù)實(shí)際情況，優(yōu)化底座設(shè)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(jī)組主體支架的水平剪力進(jìn)校核。

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