浅谈烟气脱硝反应器钢结构设计

　摘

 要：本文结合笔者从事的两个火力发电厂脱硝项目的土建设计，脱硝项目中的主要设

计工作有钢支架及基础设计、反应器设计、制氨区的设备基础的设计；针对这几项设计中钢
支架比较高大、而且荷载比较大，一般高度在

50 米到 80 米，支撑在上面的荷载在 3000 吨

以上，探讨这个脱硝反应器的钢结构设计思路。

 

　　关键词：烟气脱硝；钢结构；反应器设计；钢支架

 

　　

 引言 

　　

 近年来国内一些新建大机组已与机组同期建设了脱硝装置，在脱硝装置项目中的主要

设计工作有钢支架及基础设计、反应器设计、制氨区的设备基础的设计。在这几项工作中钢支
架比较高大，一般高度在

50 米到 80 米；荷载多样而且又比较大，支撑在上面的荷载在

3000 吨以上。但结构受力较明确，就是一般的钢框架结构，设计起来较为方便；制氨区的
设备基础也是比较常见的设计；但反应器是实现烟气脱硝工艺的主体结构，通常为大型薄
壁壳体钢结构，其是一个荷载较大、温度较高、结构较为复杂又要通烟的一个容器，而且由
于工艺原因同时还受有地震、温度荷载作用。目前对于脱硝反应器的结构设计并没有完善的
设计理论，在生产制造时构件截面尺寸都具有较大的保守性和与盲目性，从而造成材料的
很大浪费。现结合笔者参与两个火力发电厂脱硝项目的土建设计工作，探讨脱硝反应器的设
计思路，为设计部门提供科学可靠的设计理论依据，具有非常重要的工程和实际意义。

 

　　

 脱硝反应器钢结构设计概况 

　　

 脱硝装置进口是省煤气，出口是空预气，就是安装在省煤气和空预气间的一个反应装

置。它是从省煤气出来的烟气进入到脱硝装置的前部分烟道，在该处喷入纯氨与烟气中的氮
氧化物

(硝)反应，再经过催化剂加快和促使其反应，将氮氧化物去掉后的洁净烟气进入空

预气，这就完成了整个脱硝反应过程。装催化剂的容器行业内统称反应器。反应器的设计的
位置一般在高约

50 米的钢支架上。一般一台 100 万机组需要两个反应器，每个反应器长约

16 米，宽约 15 米，高约 27 米，下部带成锥形的长方体，每个反应器竖向荷载有催化剂的
重量约

500 吨，积灰荷载约 200 吨，自重约 350 吨，再加上壳体保温、吹灰器等其它荷载

250 吨，总竖向荷载约 1300 吨；水平力在反应器进出口与烟气流向相反的与进出口面积成
正比的一个作用力，该作用力的大小为进出口面积

×5.8kPa。其它水平力根据当地风荷载和

地震确定，反应器内需承受烟气压力

±5.8 kPa，烟气的温度在 320°-427°，结构类型全部采

用钢结构。

 

　　

 反应器壳体是包含催化剂的外部结构，主要由框架钢结构、钢板焊接而形成密闭的空

间。为了防止烟气的散热，在反应器内外护板之间布置保温材料。同时，为了能有效地支撑
催化剂，在每层催化剂的下面布置有支撑钢结构梁，将催化剂模块成排布置在支撑梁上。在
反应器的入口设置气流均布装置，反应器内部易于磨损的部位设有防磨措施。内部各种加强
板及支架均设计成不易积灰的型式，同时将考虑热膨胀的补偿措施。在反应器壳体上设置更
换催化剂的门、人孔门和安装声波吹灰器的孔。

 

　　

 脱硝反应器构件设计要求 

　　

 由于反应器内温度较高， Q235 钢材根本不能满足设计要求，只能选用材质更好的钢

材，可供选择的有低合金钢和高合金钢，根据力学性能和经济性一般选用低合金钢中的
16MnR，锰钢在高于 425°C 温度下长期使用时，要考虑钢中碳化物相的石墨化倾向，因此
在采用

16MnR（GB150-1998 中所提）钢时，应选用在 425°C 下 10 万小时的 σ 的抗拉、抗压

和抗弯强度

140MPa，再将其换算成现在现在常用的 Q345（GB50017-2003 中）钢的抗拉、

抗压和抗弯强度

127 MPa，从以上可知钢材在高温下钢材的强度折减较多，稳定不太受影

响，因此反应器的结构构件在计算时主要受强度控制。