淺談脫硝反應(yīng)器的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

張 銘

（中電投遠(yuǎn)達(dá)環(huán)保工程有限公司，重慶 401122）

社會、經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展提高了人們的環(huán)境意識，目前對環(huán)境的要求也越來越高?；痣娦袠I(yè)是環(huán)境污染的一大主要來源，國家環(huán)保部對火力發(fā)電廠的煙氣排放提出了更高的要求，嚴(yán)格控制其硫氧化物、氮氧化物以及粉塵的排放標(biāo)準(zhǔn)。

由此，負(fù)責(zé)脫硫、脫硝業(yè)務(wù)的工程公司應(yīng)運(yùn)而生。脫硝工程的中最重要的設(shè)備非脫硝反應(yīng)器莫屬，各個工程公司對其的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不一致，導(dǎo)致其設(shè)計(jì)成品相差甚遠(yuǎn)。綜合工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，對反應(yīng)器的設(shè)計(jì)做幾點(diǎn)歸納。反應(yīng)器的設(shè)計(jì)主要由以下幾部分組成（如圖1）。

圖1

1 設(shè)計(jì)溫度和壓力

一般來說電廠進(jìn)行脫硝工程招標(biāo)時，業(yè)主會根據(jù)鍋爐的運(yùn)行工況來要求反應(yīng)器承受的最高溫度和瞬態(tài)防爆設(shè)計(jì)壓力。根據(jù)國內(nèi)數(shù)個脫硝工程如常熟、外高橋、松花江等項(xiàng)目的實(shí)際數(shù)據(jù)得知其最高溫度基本都在420℃以上，而脫硝反應(yīng)器的主要材料為鋼材。在200℃以下鋼材的應(yīng)力變化很小，當(dāng)超過400℃，鋼材應(yīng)力折減就非常的明顯，420℃和450℃時其許用應(yīng)力折減達(dá)50%。如果反應(yīng)器設(shè)計(jì)溫度按其最高溫度設(shè)計(jì)，其耗鋼量會增加30%左右，大大增加工程造價。然而工程的實(shí)際運(yùn)行情況是最高溫度一般不超過24h/a，每年不超過5次，故造成材料浪費(fèi)。因此，反應(yīng)器設(shè)計(jì)首先最為重要的事就是確定其設(shè)計(jì)溫度，并統(tǒng)一按其設(shè)計(jì)溫度進(jìn)行反應(yīng)器的設(shè)計(jì)，同時根據(jù)《建筑荷載規(guī)范》（GB50009-2012）中的偶然荷載組合校核其最高溫度下的應(yīng)力值。

2 脫硝反應(yīng)器設(shè)計(jì)

2.1 殼體設(shè)計(jì)

反應(yīng)器殼體主要由兩部分組成：壁板和壁板加固肋。

2.1.1 壁板的設(shè)計(jì)

壁板的設(shè)計(jì)相對加固肋設(shè)計(jì)較為簡單。鋼板主要考慮其圍護(hù)作用，不做承載考慮，及滿足《火力發(fā)電廠煙風(fēng)煤粉管道設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程煙規(guī)》的最小壁厚即可。反應(yīng)器內(nèi)部的煙氣壓力值主要考慮由壁板間的角鋼加固肋來承擔(dān)，故按簡支梁考慮即可。需要注意的是：壁板與加勁肋之間是剛性連接，之間會存在溫差，如結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理會產(chǎn)生很大的溫差應(yīng)力。故應(yīng)盡量減小加勁板的徑向尺寸，盡量使其貼近壁板連續(xù)布置。

2.1.2 壁板加固肋的設(shè)計(jì)

壁板縱橫向的型鋼（可以假定為框架中的梁、柱結(jié)構(gòu)）加固肋需要考慮的荷載有：反應(yīng)器自重和附屬設(shè)備重量、金屬膨脹力、煙氣壓力、催化劑荷載、積灰荷載以及風(fēng)荷載、地震作用等。利用軟件建模時可對反應(yīng)器的進(jìn)出口和殼體做梁、柱和支撐的桿件簡化處理，此時壁板和壁板間的角鋼可考慮為縱橫向型鋼加固肋的十字交叉支撐按鋼框架設(shè)計(jì)。每層催化劑支撐梁和其水平支撐可以假定為縱向加固肋的側(cè)向支撐點(diǎn)，以減少其計(jì)算長度。荷載簡化輸入：殼體層和風(fēng)荷載以均布荷載的形式加入到模型；進(jìn)出口煙道的重量和風(fēng)荷載、補(bǔ)償器的盲板力也已均布的外力作用在反應(yīng)器的鋼結(jié)構(gòu)上。

2.2 催化劑支撐梁和反應(yīng)器支撐大梁設(shè)計(jì)

催化劑模塊質(zhì)量大且比較集中，不宜將其重量沿殼體傳送，因此應(yīng)將催化劑支撐梁端部設(shè)置縱向加固肋，通過加固肋形式將其荷載下傳，最終落在反應(yīng)器支撐大梁上，通過大梁傳給脫硝主鋼架。

從結(jié)構(gòu)模型來說，反應(yīng)器支撐大梁可以簡化為一簡支梁，其支座為脫硝鋼結(jié)構(gòu)支架的框架梁。反應(yīng)器及其附屬設(shè)施的荷載近千噸，如果單考慮獨(dú)立箱型梁承擔(dān)整個反應(yīng)器的荷載，其截面尺寸很大不經(jīng)濟(jì)。因箱型梁的內(nèi)壁板兼做反應(yīng)器壁板，工作時其殼體會與箱型梁一起共同作用，故建議在進(jìn)行大梁截面設(shè)計(jì)計(jì)算時，可參照《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》結(jié)合板的穩(wěn)定理論將部分壁板折算入箱型梁的抵抗矩中共同設(shè)計(jì)。

3 細(xì)部注意事項(xiàng)

因反應(yīng)器入口處的煙氣富含粉塵，且煙氣流速較快（一般大于10m/s），對入口的支撐會造成很大的磨損，故工程設(shè)計(jì)時建議考慮加附圖所示的防磨角鋼以保護(hù)支撐（如圖2）。

圖2

SCR系統(tǒng)易積灰，會直接或間接底減少催化劑的有效體積而降低其性能，變硬的灰塊脫落會造成催化劑的損傷，故結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上要考慮減少積灰的措施。其主要有以下幾點(diǎn)：增加整流格柵；在催化劑之間設(shè)置金屬格柵和金屬網(wǎng)；催化劑塊之間設(shè)置積灰板等。

4 結(jié)語

國家對環(huán)保事業(yè)的推進(jìn)和發(fā)展會產(chǎn)生越來越多的脫硝業(yè)務(wù)，作為脫硝工程的最大設(shè)備——反應(yīng)器的安全、經(jīng)濟(jì)設(shè)計(jì)理念尤為重要，因此更應(yīng)對其設(shè)計(jì)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)化。

[1]GB150-2011 鋼制壓力容器設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]GB50009-2012 建筑荷載規(guī)范[S].

[3]DL/T5121-2000 火力發(fā)電廠煙風(fēng)煤粉管道設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程[S].

[4]B50017-2003 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[5]燃煤電站SCR煙氣脫硝工程技術(shù)[S].中國電力出版社.