新式桁架-烟道式脱硝反应器
阅读：687发布：2023-03-02
专利汇可以提供新式桁架-烟道式脱硝反应器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 为一种新式桁架-烟道式脱硝反应器，包括反应器壳体、整流装置及催化剂 支撑 梁、反应器入口烟道、反应器出口烟道、桁架、拉杆、反应器支座。 桁架结构 设置在入口烟道内，吊杆连接催化剂支撑梁将催化剂相关荷载传递到桁架上，反应器入口烟道、反应器壳体及反应器出口烟道荷载亦传递到桁架承担，入口烟道断面为矩形或梯形，反应器所有荷载最终通过桁架传递到反应器支座上。同 现有技术 相比，本发明的SCR反应器整体用 钢 量较经济；反应器整体高度较底，方便反应器布置；烟气流场较好、不易积灰；SCR反应器支座荷载较小，能有效降低相应反应器钢 支架 及相应 基础 工程量。，下面是新式桁架-烟道式脱硝反应器专利的具体信息内容。
1.一种桁架-烟道式脱硝反应器，包括反应器主体、支撑梁、桁架、吊杆，其特征在于，所述反应器主体分别连接一反应器入口烟道和一反应器出口烟道，所述桁架设置在反应器入口烟道内；所述支撑梁设置在反应器主体内；所述吊杆设置在支撑梁之间，并与桁架连接。
2.如权利要求1所述的桁架-烟道式脱硝反应器，其特征在于，所述桁架包括桁架上弦杆、桁架腹杆、桁架下弦杆，所述桁架腹杆与桁架上弦杆、桁架下弦杆交错连接；所述桁架下弦杆和支撑梁组合设置，所述桁架上弦杆与反应器入口烟道壳体的加固肋组合设置。
3.如权利要求1所述的桁架-烟道式脱硝反应器，其特征在于，所述吊杆为扁钢或圆钢吊杆。
4.如权利要求1所述的桁架-烟道式脱硝反应器，其特征在于，所述支撑梁采用型钢井字梁体系。
5.如权利要求4所述的桁架-烟道式脱硝反应器，其特征在于，所述型钢为焊接型钢。
6.如权利要求1所述的桁架-烟道式脱硝反应器，其特征在于，所述反应器的壳体厚度为6mm。
7.如权利要求1所述的桁架-烟道式脱硝反应器，其特征在于，还包括加固肋，紧贴反应器壳体外侧。
8.如权利要求1所述的桁架-烟道式脱硝反应器，其特征在于，还包括反应器支座，设置在反应器壳体外侧、桁架下方。
9.如权利要求1所述的桁架-烟道式脱硝反应器，其特征在于，还包括反应器保温材料，所述保温材料采用外置式。
新式桁架-烟道式脱硝反应器
技术领域
背景技术
[0002] “十二五”期间是国内燃煤电站脱硝工程建设的高峰期。目前SCR（选择性催化还原）法是国际上应用最多、技术最成熟的一种烟气脱硝技术。在此技术中，反应器是SCR装置的核心部件，是提供烟气中NOX与NH3在催化剂表面上生成N2和H2O的场所，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。
[0003] 在工业废气治理工程中催化反应器主要有固定床和流化床两种，目前广泛应用的是固定床反应器，脱硝反应器即为固定床反应器的一种。催化剂反应器布置形式有水平和垂直气流两种形式，由于烟气中含尘量很高，国内外SCR反应器一般采用垂直气流方式。
[0004] 在垂直气流方式的脱硝反应器设计中，根据支座形式目前一般分为自立式和悬挂式两种。如若按反应器受力模型划分，则主要有以下三种：
[0005] 第一种是结构框架式，即将反应器入口烟道（4）和反应器出口烟道（5）与反应器本体（出入口烟道中间部分）脱开设计，反应器本体按独立结构框架进行建模，反应器本体模型考虑出入口烟道荷载、催化剂及积灰荷载、烟气压力荷载、风荷载、地震荷载等各种载荷后进行应力分析和计算，从而设计出反应器本体主要梁、柱构件。在此模型中，反应器壁板及次要加固肋不做构件输入。反应器出入口烟道则主要依据《火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程》、《火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程配套设计计算方法》按烟道形式进行设计。这种受力模型因壁板不参与计算，出入口烟道与反应器本体脱开设计，受力模型简化太多，其框架结构构件计算结果偏大。
[0006] 第二种受力模型是桁架-烟道结合式，此种受力模型主要是在入口烟道以下、整流装置以上设置几道桁架，桁架下设置吊杆与整流装置支撑梁和催化剂支撑梁连接，反应器将本身承重最大的催化剂支撑梁通过吊杆将荷载传递给桁架承担，反应器出入口烟道及桁架以下的反应器本体主要按烟道进行设计，反应器出入口烟道及反应器本体荷载均由桁架承担，此种模型反应器壁板按烟道设计形式参与一定的承载。这种受力模型反应器本体构件显轻盈，但因桁架最终承担所有反应器荷载，致使桁架高度较高，且桁架是增设在入口烟道和反应器主体之间，从而使反应器整体高度过高，造成反应器整体用钢量仍显偏高。
[0007] 第三种受力模型是整体烟道应力分析型，此种受力模型是利用CAE技术对反应器进行实体建模，反应器本体、出入口烟道、支撑梁等尽可能多的构件进入模型进行应力分析。这种形式因建模比较复杂，在实际工程中应用较少。
[0008] 此外，为了加固壁板，当在壁板内侧布置梁、柱加固肋等构件时，容易出现积灰和流场不均的情况。
发明内容
[0009] 为解决上述现有技术中的问题，本发明在第二种受力模型基础上提供一种新式桁架-烟道式脱硝反应器，将桁架设置于入口烟道内，并取消入口烟道处的內撑杆设计，从而实现降低反应器整体用钢量并能有效降低反应器层高，且不易积灰和流场较好的效果。
[0010] 为达到上述目的，本发明的技术方案以如下方式实现：
[0011] 一种新式桁架-烟道式脱硝反应器，包括反应器主体、支撑梁桁架、吊杆等，其中反应器主体连接一反应器入口烟道和一反应器出口烟道，桁架设置在反应器入口烟道内；支撑梁设置在反应器主体内；吊杆为扁钢或圆钢吊杆，设置在支撑梁之间，并与桁架连接，将大部分催化剂及积灰荷载从支撑梁上传递到桁架上；反应器主体外侧的壳体主要承载反应器内的烟气压力荷载。
[0012] 反应器的主体内设置有催化剂层和整流装置层，为有效降低反应器层高，支撑梁采用型钢井字梁体系，贯穿整个催化剂层及整流装置层。通过井字梁体系有效减少支撑梁计算长度从而降低支撑梁型钢高度进而缩减反应器层高。型钢井字梁下翼缘受力较小，型钢下翼缘可考虑宽度和厚度的缩减，采用焊接型钢。
[0013] 在现有技术中，出口烟道主要受烟气压力作用，内撑杆设置在出入口烟道内的膨胀节附近；而本发明的桁架位于入口烟道内，所述桁架包括桁架上弦杆、桁架腹杆、桁架下弦杆，所述桁架腹杆与桁架上弦杆、桁架下弦杆交错连接。桁架腹杆即可实现內撑杆的作用，故而在入口烟道内不再设置內撑杆。桁架下弦杆和支撑梁组合设置，桁架上弦杆与入口烟道壳体的加固肋组合设置。这种布置方式既能使桁架起到入口烟道内撑杆和壁板加固肋的积极作用，又不占用反应器本体空间。桁架数目可以根据工程实际情况进行调整，所述加固肋紧贴反应器壳体外侧。
[0014] 本发明的反应器荷载中的绝大多数都集中在桁架上，故反应器及进出口烟道壳体壁板只需考虑烟气压力荷载和其他的常规荷载即可，其厚度可仅按6mm设置。
[0015] 本发明还包括反应器支座，设置在反应器壳体外侧、桁架下方的位置，既可左右布置，亦可前后布置。
[0016] 除此之外，为保证反应器的工作温度尽量维持在恒定温度，会增设有反应器的保温层，本发明保温层的保温材料采用外置式（即保温材料在反应器壳体壁板外侧）以使反应器内构件在高温情况下尽量受力一致。附图说明
[0017] 图1新式桁架—烟道式脱硝反应器断面示意图；
[0018] 图2新式桁架—烟道式脱硝反应器整流装置层平面示意图；
[0019] 图3新式桁架—烟道式脱硝反应器上弦杆平面示意图。
[0020] 其中：
[0021] 1—反应器；2—反应器壳体；3—支撑梁；4—反应器入口烟道；5—反应器出口烟道；6—反应器支座；7—膨胀节；8—桁架；9—整流装置层；10—催化剂层；11—吊杆；12—纵向桁架；13—横向桁架；14—桁架上弦杆；15—桁架下弦杆；16—桁架腹杆具体实施方式
[0022] 以下结合附图，对本发明作进一步的说明。
[0023] 先分析反应器（1）受力情况，一般反应器内部受到的烟气压力为5.8KPa，设计温度为400~450℃，反应器本体还需考虑催化剂层（通常为三层，个别反应器为两层或四层）和整流装置层的荷载。整流装置层（9）和催化剂层（10）的荷载位于支撑梁上。
[0024] 该发明设计方式先进行整体结构构件布置，反应器壳体（2）、反应器入口烟道（4）、反应器出口烟道（5）结构构件布置及计算依据主要为《钢结构设计规范》、《火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程》、《火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程配套设计计算方法》等规范规程。反应器壳体（2）主要受力为烟气压力、支撑梁（3）传来的荷载、出口烟道（5）荷载等系列荷载，其中烟气压力和支撑梁传来的荷载是导致反应器壳体发生变形的主要原因，本发明将桁架设置在入口烟道内，并与支撑梁通过吊杆连接，在起到原入口烟道内內撑杆作用的同时，也承载了反应器本体内由支撑梁传来的荷载，使反应器壳体上主要承载烟气压力荷载。这种结构取消了原入口烟道內撑杆的设计，同时桁架位置的改变也消除了随桁架高度而定的反应器壳体的用钢量。
[0025] 支撑梁（3）受力模型可按两边简支的连续梁考虑。吊杆（11）按受拉构件进行设计计算。桁架（8）可按简支桁架进行设计，由纵向桁架（12）和横向桁架（13）垂直交叉组合而成，并将吊杆荷载、反应器壳体荷载、出入口烟道荷载加设到桁架相应节点上。位于反应器入口烟道（4）内的桁架结构包括桁架上弦杆（14）、桁架下弦杆（15）和桁架腹杆（16），桁架腹杆（16）即可实现內撑杆的作用，故而在反应器入口烟道（4）内不再设置內撑杆。桁架下弦杆（15）和支撑梁（3）组合设置，桁架上弦杆（14）与入口烟道壳体的加固肋组合设置。反应器亦可整体建模进行应力分析计算。
[0026] 在反应器壳体（2）构件布置中，催化剂层的支撑梁（3）与反应器壳体壁板交接处应设置水平和竖向型钢加固肋，支撑梁（3）和反应器壳体铰接处理。反应器壳体壁板按6mm进行设置，且反应器壳体型钢加固肋设置在壁板外侧，保温材料亦设置在壳体板外侧并覆盖所有加固肋。这样可以避免反应器积灰和流场不均的情况。在出口烟道（5）与反应器壳体（2）交接处可用角钢进行壁板加强处理。出口烟道（5）仅在膨胀节（7）附近设置内撑杆即可。
[0027] 反应器支座（6）设置在桁架下方（图2），支座（6）既可左右布置，亦可前后布置。
[0028] 现以一台600MW机组的脱硝反应器为例，来对该发明与常规技术进行对比分析。该反应器本体轴线长宽尺寸为15.9m×10.1m，该反应器催化剂为两运一备设置，反应器本体为三层结构，入口烟道高度为3.2m。若按传统背景技术二设计（桁架—烟道结合式），则反应器本体共有三层，反应器底层层高2.8m，顶层层高4.8m（其中桁架高度2m），中间层层高2.8m，合计本体层高为10.4m，采用背景技术二中的模型，反应器本体壁板δ=6mm，单台反应器本体用钢达到180吨左右（其中反应器壳体壁板约为26吨，壳体加固肋约为64吨，支撑梁约为25吨，桁架约为65吨，支座约为3吨），入口烟道内内撑杆约为3吨。
[0029] 而采用本发明技术，桁架移至入口烟道内，反应器本体层高将会有所变化，其顶层层高将由背景技术的4.8m缩减到2.5m（其它两层层高不变，反应器本体层高为8.1m，缩减2.3m）。因反应器本体内烟压及催化剂和积灰等荷载不变，故反应器壳体壁板采用δ=6mm壁板不变，壳体加固肋规格型号不变，催化剂支撑梁规格型号不变。但因反应器本体层高缩减了2.3m，反应器壳体壁板及壳体加固肋将有明显减少，反应器壳体壁板将减为20吨左右，壳体加固肋将减为50吨左右。因催化剂支撑梁受力方式及荷载没有变化，其支撑梁用钢量仍约为25吨。反应器本体部分用钢量减少约20吨。
[0030] 原入口烟道主要有入口烟道本身荷载及烟气压力荷载作用，原入口烟道内撑杆（直径为100mm的钢管）主要起加强入口烟道壳体刚度作用，其受力方式主要为受拉。采用该发明后，将桁架移至入口烟道内，为维持改进前的受力强度和受力方式，在支撑反应器本体的同时，承受反应器本体内的荷载，桁架高度由原来的2m调整为3.2m。桁架兼顾了原内撑杆作用并主要起支撑反应器本体和本体内催化剂等荷载的作用。桁架构件因桁架高度变高将有稍微增大，其用钢量约达75吨左右，但桁架上弦杆（14）、桁架下弦杆（15）及四周的桁架腹杆（16）替代了部分入口烟道加固肋，其替代部分用钢量约为5吨左右。故采用该发明桁架部分用钢量可比数据应为68吨（75-5-2=68）。反应器桁架用钢量可比增加约3吨。
[0031] 但由于桁架移至入口烟道，反应器高度变矮，由工艺省煤器接出的脱硝入口烟道（长×宽为15.9m×3m）也将随之缩短2.3m，故其用钢量将节省10吨左右。
[0032] 通过以上分析，采用该发明，其用钢量将可比减少27吨左右，相较背景技术用钢量可节约15%左右的钢材。
[0033] 该发明技术中反应器壳体加固肋可置于壳体壁板外侧，反应器本体壳体内壁光滑，使烟气流畅且不易积灰。反应器因高度降低及用钢量减少，使反应器容积及荷载均有明显减少，反应器工艺布置更显方便。
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