SCR反应器底座的布置形式分析

摘 要：在SCR脱硝系统中，反应器是其核心部件，整个催化还原反应都在其中进行，本文针对一些大型的SCR反应器，对其底座的结构形式和布置方式进行优化，使其尽可能的消除系统安全运行的隐患。

关键词：脱硝 SCR 反应器 支撑梁 热应力

随着国内氮氧化物排放标准的越来越严格，火电厂作为污染重地对脱硝技术的要求也越来越高。常用的烟气脱硝技术中，以SCR技术效率最高，在SCR脱硝系统中，反应器是其核心部件，其主要作用是承载催化剂并提供脱硝反应的空间，由于采用全焊透系列结构框架，在工作时候反应器本体的热膨胀是一个设计不得不考虑的因素。

国内的烟气脱硝工程以旧机组改造为主，一般没有为脱硝装置的建设预留充足的条件。新建机组一般在空预器或电除尘器上方预留脱硝空间，距地面高度20m以上。因此，反应器的设计与布置是在现场既定的诸多约束条件下进行的，为适配现场条件，有时甚至不得不采用削足适履的技术方案。脱硝反应器的设计开发，必须综合考虑现场空间狭小、重量载荷大、工作温度高、反应器三维尺度大、不易与机组主体自然地适配兼容、脱硝过程对气流参数要求严格等问题。

SCR反应器是烟气脱硝系统的核心设备，其主要功能是承载催化剂，为脱硝反应提供空间，同时保证烟气流动的顺畅与气流分布的均匀，为脱硝反应的顺利进行创造条件。SCR反应器的设计温度一般为400?C，由于受水平方向的最大绝对膨胀量可达5mm/m，一般跨度10米的反应器膨胀量就能达到50mm，这对钢结构是非常不利的，所以为了消除这部分热膨胀应力，根据SCR反应器的不同结构、不同的荷载传递方式，一般有吊挂和支撑两种结构形式。目前国内反应器设计主要采用支撑式结构，即将反应器整体架空、高层布置，其荷载通过反应器承重底座传递到外部钢结构支撑梁后由整个钢结构承担。由于反应器及其附属设备（催化剂）荷载较大，少则几百吨，多则上千吨，当支撑梁跨度较大时将出现较大的挠度变形，再加上运行时产生的热膨胀应力，会造成支撑梁扭矩剧增，引起局部荷载过大，给系统安全运行带来较大风险。

为了消除这种风险，改善支撑梁上荷载分布的均匀性，提高系统安全运行，多数反应器底座设计都采用聚四氟乙烯板垫在底座和支撑梁之间，使其能按设计者的意向自由膨胀，消除热应力，不对支撑梁造成伤害。现就目前国内常用的底座布置形式，稍作分析。

1.反应器底座就着支撑梁

这种布置形式只有四根支撑钢梁，支撑钢梁与框架柱直接连接，反应器通过多个支腿或者两根横担落在支撑钢梁的上方，支座尽可能分布在同一平面上，以避免对反应器竖向的热变形形成约束（图一）。所有的支座当中，只能有一个支座是完全固定的，各个支座的滑动自由度方向也不完全相同，应根据热变形的方向合理设置。固定支座一般设在中部，可使反应器的最大位移降为绝对热变形量的50%。各支座的滑动自由度沿该支座与固定支座的连线方向，各滑动支座的一对摩擦副之中，至少有一个为耐温减摩材料（如聚四氟乙烯），以避免过大的摩擦力对反应器本体和主体框架造成破坏。

图一 反应器底座就着支撑梁布置

由于此种形式的布置反应器各侧承重墙的重心连线和对应的支撑梁的中心线不在一条直线上，计算支撑梁时要核算其扭矩，使得支撑梁型号偏大。其特点是不要添加辅助支撑钢梁，使反应器的荷载直接传递到支撑梁再传递到钢柱，充分利用结构空间；但其支撑梁一般选型偏大，对反应器的底座刚度要求较高。有时受现场已有结构和保温厚度的约束，甚至不得不把吊装检修平台直接做在反应器自身结构上面。

对于改造项目，SCR反器布置在高空中，其重量最终作用在机组主体的钢结构框架上，但主体框架一般没有这么大的承载余量，只能在错综复杂的钢结构间见缝插针地重新打桩，增加承重柱梁。如果将脱硝装置独立出来，需要架设在一定高度上，以便和机组主体相协调。但脱硝装置独立于主机组之外的结构建设成本将成倍增加，包括工期。因此，应尽可能将SCR反应器布置在主机组框架范围内。在满足工艺和承载要求下，应最大限度地将反应器与主机组框架相适配，减轻反应器的重量，降低反应器和主体框架之间的作用力，同时也可以减少建设成本。因此，节省空间的布置须优先考虑。

2.支撑梁就着反应器底座

此种布置形式需要添加2根或者4根辅助支撑梁，SCR反应器的各个底座直接落在辅助支撑梁上，反应器的各侧承重墙的重心连线和对应的辅助支撑梁的中心线在一条直线上（图二）；其荷载传递方式：反应器 辅助支撑梁 主结构梁 钢柱。

由于SCR反应器各侧面底座重心连线和辅助支撑梁的中心线重合，且各个底座都在同一水平面上，支撑梁受力比较理想。中间的两个底座受到左右单项约束，使反应器产生的热应力可以沿左右两侧释放，下侧承重墙的两端部底座受到前后向的约束，反应器产生的热应力可以向上侧释放，且限制反应器的整移，这样即使不把一个底座固定，也可以让反应器不至于偏离原位，造成整个支撑结构受力偏心、局部荷载过大，影响结构的安全。

图二 支撑梁就着反应器底座布置

SCR反应器热应力最可能发生的部位是支座和反应器外壁上尺寸较大的加强筋处。加强筋焊接在反应器外壁上，它们之间是刚性连接，在设计壁外的加强结构时，应尽量使钢结构贴近壁板，且连续布置，以保证从内壁到加强结构之间良好的热传导，将其内部的热应力传导至反应器的钢梁（钢柱），再通过反应器的底座消除热应力的影响。当加强结构径向尺寸过大时，应将其包在保温层之内，尽可能避免加强结构完全暴露在保温层之外或部分在保温层外，以免造成局部热应力差值，损害钢材。由于底座对反应器的热胀冷缩效应会起到约束作用，所以合理的支座设计是减小热应力的关键。

因此，通过结构分析设计，对反应器进行比较精确力学设计计算，优化出简洁、轻便、适配的结构方案是反应器设计开发的必然要求。通过合理的底座分布形式，使整体结构既安全又经济是设计者不断追求的目标

结语

脱硝反应器的底座不仅要维持支撑钢梁上的荷载均匀分布、释放反应器热膨胀产生的应力，而且还要抵抗风荷载、地震荷载作用下的侧向位移，在设计时要根据实际情况，优化底座设计，尽量使支撑梁受力均匀、理想。且不要忘记用摩擦力对支撑梁的稳定性和机组主体支架的水平剪力进校核。

参考文献

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