燃煤烟气脱硫脱硝非标设备的工程设计

2018-01-02马洪明季明国

设备管理与维修 2017年5期

关键词：非标烟道吸收塔

马洪明，季明国，张杨

（中国昆仑工程公司，北京 100037）

燃煤烟气脱硫脱硝非标设备的工程设计

马洪明，季明国，张杨

（中国昆仑工程公司，北京 100037）

燃煤烟气脱硫脱硝非标设备的工程设计中，在脱硫吸收塔的设计、脱硫区非标设备的防腐、SCR脱硝反应器、烟道设计等方面，应根据其各自不同的特点做特殊考虑，并提出需要解决的问题。

燃煤烟气；脱硫；脱硝；非标设备

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.05.71

0 前言

化石燃料开采利用量的不断增加，造成有害物质的排放越来越严重，其中二氧化硫和氮氧化物污染不断加剧，使局部地区出现了酸雨、光化学烟雾等大气污染。二氧化硫和氮氧化物排放主要来自于煤炭的直接燃烧，成为主要的大气污染源之一。为减少燃煤烟气中的二氧化硫和氮氧化物排放，必须对燃煤烟气进行脱硫脱硝处理，燃煤烟气脱硫脱硝系统中非标设备的设计与常规的化工机械设备相比，具有自身特有的结构型式，在脱硫吸收塔、脱硫区的内防腐、SCR脱硝反应器、烟道设计等方面，需要在相应的工程设计中做特殊的考虑。

1 脱硫吸收塔

目前燃煤烟气脱硫的主导技术是湿法烟气脱硫，即WFGD系统。脱硫吸收塔是该系统的核心设备，作用是使烟气中的二氧化硫与塔内各喷淋层喷淋的石灰浆液发生气液反应，以脱除烟气中的硫。

部分老装置在改造过程中受空间限制，需脱硫、湿电除尘和烟囱三者一体化。脱硫吸收塔计算示意见图1。其中湿电除尘装置自重较大并设置在吸收塔之上，给脱硫吸收塔本体施加一高质点的载荷，需要考虑脱硫塔的稳定性问题。

图1 吸收塔计算示意

该类脱硫吸收塔的结构设计目前还没有相应的设计规范，缺乏比较清晰的理论分析和指导规范。根据国外的引进技术（如美国的B&W公司），整个塔体自下而上依次分段采用不同的壁厚，塔体底部至矩形开孔段由于受力情况复杂采用比较大的壁厚值，向上依次减少壁厚值。这样的壁厚布置，虽然在强度上能满足要求，但是实际工程中并未达到很好的经济性能。部分研究发现，在正常工况下，除了矩形开孔部位有比较大的应力外，其他区域应力都不太大，可采用局部加结构型钢的方式减小局部应力，整个塔体存在较大优化空间。

2 脱硫区的内防腐

脱硫吸收塔本体的内防腐主要是以标准鳞片为主，部分设备、管道采用橡胶衬里。根据位置不同，确定不同的内防腐厚度，并且局部应采用双相不锈钢，特别注意对除雾器、喷淋层支撑梁的内防腐要求。脱硫吸收塔入口段塔壁与高温气体接触而受到热冲击，故干湿交界面的烟道、挡板门等位置选具有耐热性的鳞片衬里材，衬里不宜很厚，避免在较大的温差变化冲击下产生裂纹。某些公司采用高性能的双相不锈钢、衬双相钢和钛材等。

脱硫吸收塔出口至烟囱（或烟塔合一结构中的烟囱）使用温度不高且无磨损，可使用标准的鳞片衬里，但是由于本段的内防腐属于高空作业，内防腐的效果除与内防材料有关外，与施工验收也有很大关系，一些装置需采用衬钛复合板结构。

排烟脱硫装置使用橡胶衬里材料，是在考虑了耐水蒸气透过性、耐砂浆磨损性、耐二氧化硫性、耐氯性、耐热性等要求后决定的。设计时应考虑衬里前的基本检验、喷砂、粘接剂的底涂和面涂、胶板的粘贴、检验和修补等。

3 SCR脱硝反应器

SCR脱硝反应器是完成脱硝化学反应、提供氮氧化物降解的装置，是脱硝系统中最核心的设备。催化剂以单元模块形式叠放在若干层托架上，需要大型钢结构支撑，这些钢结构体型庞大，长期工作在高温状态下，结构形式与常规设备不同，还没有一种精确的设计方法。

如图2所示，SCR脱硝反应器为矩形截面平板薄壁钢壳结构，为提高SCR脱硝反应器的机械承载能力，反应器采用梁柱—蒙皮、外加加强筋结构。所有机械载荷由梁柱结构承受，蒙皮不承受机械载荷，可保证SCR脱硝反应器安全稳定长周期运转。SCR脱硝反应器能承受长期载荷（如自重、催化剂重量及内压等）和短期载荷（如风载荷、雪载荷和地震载荷等）。SCR脱硝反应器的设计温度较高，针对高温热效应下的结构设计，外部加强筋的布置及规格，既要满足强度、刚度和振动要求，又要经济合理。为保证烟气进入反应器时分布均匀，反应器进口设置导流板和整流格栅，导流板、整流格栅的型式及分布对烟气流形影响较大，除需要工程经验外，还需要流场模拟的配合。大部分SCR反应器采用中心固定，反应器轴线为限位支架，其余四周为滑动支架的结构形式，最大限度的减小支架的热应力问题，计算支架的热应力以及外载荷下的设备倾覆在设备设计中需要考虑。SCR脱硝反应器需要现场安装制造，制造检验的控制点以及焊接结构的型式，需要在设计制造、检验验收过程中斟酌。