[发明专利]一种SCR脱硝反应器的设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种SCR脱硝反应器的设计方法。它是对传统反应器的一种改进，其温度和偏心荷载应力影响小、节省钢材，属于环保技术领域选择性催化还原(SCR)烟气脱硝技术。

背景技术

煤燃烧后产生的大气污染物主要有二氧化硫、氮氧化物、烟尘(可吸入颗粒物)和作为温室气体的二氧化碳。由于燃煤排放和机动车尾气排放的原因，我国的氮氧化物的污染已经非常严重。

近年来，随着环保要求的逐渐提高，为了降低排烟尾气中氮氧化物的排放量，许多行业（如电力、化工、钢铁、水泥、垃圾焚烧等）的锅炉和其他设备（如水泥窑、烧结机等）纷纷增设烟气脱硝装置。

目前选择性催化还原(SCR)烟气脱硝法，由于其效率高，性能稳定，广泛应用在国内外的工程中，成为排烟尾气脱除氮氧化物的主流技术。SCR脱硝系统是指在催化剂的作用下，通过向烟气中喷入氨气，将烟气中的氮氧化物还原成氮气和水，对环境不造成二次污染。SCR脱硝工艺的主要设备为SCR脱硝反应器。

SCR脱硝反应器是SCR脱硝工艺中烟气中氮氧化物（NOx）与氨气反应的场所，是此脱硝工艺的核心设备。SCR脱硝反应器截面一般为长宽比小于等于2.5的矩形，SCR脱硝反应器内部输送温度约400摄氏度的高温烟气，它除了要承受设备自重，多层脱硝催化剂模块重量，积灰重、风荷载、雪荷载、反应器内烟气内压外，还要承受由常温～高温～常温的温差变化（温差可达450度），设备壳体和内部支撑催化剂的几层钢梁都要经受相当幅度的热涨和冷缩，会产生相当大的变形和温度应力。

（注：SCR脱硝反应器内主要元件为催化剂模块，一个反应器内一般设置2～4层催化剂。而每层催化剂由多块催化剂一块紧贴一块平铺而成。单块催化剂模块一般为标准件，模块尺寸一般为：长约2m，宽约1m，高0.6～1.8m范围的长方体。催化剂模块重量根据其高度的不同，重量变化较大，每模块重量在0.6～1.5T之间。）

温度应力对SCR脱硝反应器用钢量影响较大。一般传统SCR脱硝反应器内部纵向和横向的梁与立柱都采用刚性连接，这会产生相当大的温度应力，为保证结构安全，结构的总应力都要控制在钢材允许的应力范围内，这就需要加大杆件截面，增加钢材的用量，这种刚接做法不是一种较好的解决办法。

另外传统反应器一般是通过设四根或多根主立柱将荷载传递给下部钢架，主立柱一般采用H型或箱型截面，贴焊于反应器外壁板。因此不管主立柱采用H型还是箱型截面型钢，其形心距离反应器壁板均存在一定偏心。反应器立柱一般需传递较大的竖向力，由于此部分偏心的存在，反应器立柱应力会增大，势必增加反应器的用钢量。

本发明针对上述导致反应器用钢量增大的两个方面做了改进，使其更适应温度变化，偏心影响更小，更节省钢材。

发明内容

1、本发明的目的是提供一种温度和偏心荷载应力影响小、节省钢材的SCR脱硝反应器。SCR脱硝反应器受热后，如能让它在各向都能自由活动，则它就不会产生温度应力；如果加以限制和约束，就会产生温度应力。限制，约束的刚度越大，则产生的温度应力也越大。因此对可能遭受较大温度变化的结构最好采取“以柔克刚”的结构方案，不宜硬抗。

根据SCR脱硝反应器的结构布置，每层催化剂支撑梁的平面内部都设有相当刚度的水平支撑，四周壁板平面内的抗侧刚度和强度也是非常强大的，因此即使各层支撑梁两端与壁板的竖柱采用铰接连接，这种结构体系也是稳定的，是一个相当完整的“竖盒”结构。这种竖盒结构四周竖壁平面内的刚度极大，但平面外的刚度却非常小，因此宜采用“以柔克刚”的结构方案，对壁板平面内外的梁柱节点都采用铰接连接，使结构遭受的温度应力最小，最大程度的利用、发挥竖盒结构的空间作用。

特别是SCR脱硝反应器四角的角柱，如果采用单角钢（或“十”字形立柱），一边角肢对其垂直平面的约束能力是很小的，故产生的温度应力十分微小；此外SCR脱硝反应器的垂直荷载是通过壁板传给角柱的，对“常规”采用“工字形”截面的角柱，偏心弯矩产生的应力远大于垂直荷载产生的应力，角柱截面越大，偏心弯矩产生的应力也越大。“工字形”截面立柱大多数截面是用来抵抗偏心和温差的。而单角钢角柱（荷载较大时可采用“十”字形立柱），考虑同SCR脱硝反应器壁板共同受力，则几乎没有偏心。可按轴心受压柱计算，因此单角钢角柱比传统“工字钢”角柱要合理、经济得多。

2、为了达到上述发明的目的，本发明采用如下的技术措施：

本发明一种SCR脱硝反应器的设计方法，该方法具体步骤如下：