0引言
燃煤电厂是SO2和NOx最主要的污染源之一。目前我国已对SO2的排放进行了一定范围内的控制，但NOx的排放量仍随着火电机组装机容量增长而逐年增加[1]。如果在NOx排放方面不予足够的重视，不久其排放总量将会超过SO2，成为电力行业的{dy}大酸性气体污染排放物。烟气脱硝是目前发达国家普遍采用的减少NOx排放的方法，主要有选择性催化还原(SCR)和选择性非催化还原(SNCR)技术。其中SCR技术是目前xxx、应用最广的脱硝方法，它能达到90%以上的脱硝效率。
1975年日本Shimoneski电厂建立了第1个SCR系统的示范工程，其后SCR技术得到了广泛应用。日本大约有170 套装置，接近100GW 容量的电厂安装了这种设备。在欧洲已有120 多台大型装置的成功应用经验。而我国在SCR技术应用方面刚刚起步。2004年1月1日起国内火电厂开始执行新的《火电厂大气污染物排放标准》GB13223－2003，强化了NOx排放控制。为解燃眉之急，不少企业引进了国外的烟气脱硝技术和设备。但大量重复引进国外技术，导致脱硝行业严重依赖国外技术支持，并且技术费用高，建设周期长，不能满足国内日趋增长的市场需求。同时也存在授权地与授权时间限制，容易陷入知识产权陷阱，不利于国内电力环保事业的长期健康发展。在此背景下，江苏苏源环保工程股份有限公司（以下简称“苏源环保”）经过多年研究，开发了具有自主知识产权的OI2-SCR烟气脱硝技术[2]，并已成功应用于国华太仓发电有限公司2×600MW机组脱硝工程。
1 国华太仓烟气脱硝工程简介
国华太仓烟气脱硝工程是典型的已建机组改造工程，项目采用高尘布置方式，在全负荷工况下脱硝效率≥90%，SO2的氧化率<1.0%，氨逃逸率小于3×10-6，不设烟气旁路装置，脱硝反应剂采用液氨。脱硝系统年运行小时和设计寿命与对应的主机一致，系统可用率≥95%。苏源环保负责烟气脱硝系统完整范围内的设计、设备采购、制造及现场制作、施工安装、调试、人员培训、现场技术服务、指导监督及整套系统的性能保证和售后服务等[3]。
国华太仓2×600MW机组在主体工程实施时未考虑脱硝装置的布置，脱硝工程施工现场空间十分有限。因此，整个改造工程除了新建液氨储存及供应系统、SCR反应器外，还必须对已建设备进行相应的加固和技术改造，如图1所示。
液氨由氨压缩机从槽车卸至液氨储罐内，利用储罐内液氨自身压力，通过节流阀将液氨送入蒸发器，使其在较低压力条件下气化，由缓冲罐送往氨气/空气混合器与空气进行混合，再送往喷氨格栅(Ammonia Injection Grid, AIG)之喷嘴喷入烟气中，与之充分混合后进入SCR反应器。液氨进入蒸发器后，通过缓冲罐的压力来控制进氨。工作时氨气在蒸发器中心管上部通过出口排出；当缓冲罐压力过高时关闭储罐出口紧急切断阀，防止液氨液相进入缓冲罐，以免事故发生。蒸发后的氨通过调节阀实现压力自动控制。蒸发器内的热水温度通过调节蒸汽量来自动控制。
烟气从锅炉省煤器出来，与喷氨格栅喷出的经空气稀释的氨气充分混合，经过导流板和整流板后均匀进入反应器催化剂层进行脱硝反应。脱硝后的烟气经空气预热器换热后进入烟气脱硫(FGD)系统脱硫，后排入大气。
2 NH3/NOx混合技术研究
氨与烟气在SCR反应器中催化剂进出口的均匀混合是保证SCR系统脱硝效率和控制氨逃逸率的关键因素。随着NH3/NOx摩尔比的增大，脱硝效率会逐渐增加，当摩尔比增加到接近1时，脱硝效率增加速度非常缓慢，而此时氨逃逸率急剧上升，造成二次污染。尤其当脱硝效率较高时，对NH3/NOx混合程度提出更高的要求，两者混合稍有不均，就会出现局部逃逸峰值和较高的逃逸平均值。因为此时，如果系统没有调节氨分布不均的能力，部分烟气含氨量超过NOx反应量，就会引起多余的氨流经过系统时发生逃逸。因此，一般燃煤机组要求催化剂表面NH3/NOx摩尔比的偏差在10%范围内；如果设计的脱硝效率在90%以上时，要求偏差在5%范围内。
通常在设计氨喷射网格和SCR系统时，采用冷态气流模型和数值计算模型来保证烟气进入SCR反应器之前氨的充分扩散和均匀混合。假如烟道的长度不能保证混合均匀，或者模型研究显示混合特性较差，就应加装导流板或静态气体混合装置[4]。德国巴克·杜尔公司提出的“xxx”专利技术，是在喷氨前后对烟气进行混合处理，其效果比较明显，但过多的措施增加了系统的阻力和SCR装置的造价成本。
为了在国华太仓脱硝工程反应器进口段狭窄空间中实现良好的NH3/NOx混合效果，苏源环保基于OI2技术理念，对NH3/NOx混合技术进行了研究。
根据燃料特性、锅炉参数及运行工况等，采用有限体积法对SCR反应器及其连接烟道内的流体流动及氨扩散过程进行数值模拟，得到温度场、速度场、污染物浓度场等详细信息。通过现场测试数据的验证，将计算程序提炼，建成了工程应用级别的NOx生成量的模拟器。该模拟器可根据实时烟气条件和运行工况的变化，将信号及时传至喷氨控制系统，见图1。
通过对稀释后的氨气与烟气的流速比、喷出角度、管束布置、AIG支撑等因素的影响进行综合分析，数值计算，获取喷氨格栅上每一位置的开孔喷出的氨的流动轨迹及迁徙规律。提出“主动利用不均”的理念，即以较小代价获得相对均匀（或称“近均匀”）的烟气流，然后根据烟气中NOx在不同空间位置的分布情况，有计划、有步骤地控制不同区域的喷氨量，实现不同区域不同的NOx/NH3配比。为了充分实现该理念，苏源环保开发了专利技术“流场自适应型喷氨装置”。喷氨格栅（见图2）分若干个支管，每根管子上开一定数量及尺寸的孔，氨稀释空气由此处喷入烟道与烟气混合；同时，整个烟道截面被分成若干个控制区域，每个控制区域由一定数量的喷氨管道组成，并设有阀门控制对应区域的流量，以匹配烟道截面各处NOx分布的不均衡。
图2 喷氨格栅实物
Fig2. Ammonia injection grid chart
NH3/NOx混合技术的实施显著提高了NH3/NOx混合强度，降低所需的混合距离，从而降低了系统的投资和运行费用。同时又保证{dy}层催化剂上表面速度标准偏差小于8%，NH3/NOx摩尔比偏差小于4%，NH3/NOx的混合效果设计达到国际先进水平。
3 设备改造技术
由于省煤器与空气预热器之间的空间十分紧凑，根本无法布置SCR反应器，因此只能将烟道由钢架内引出，通过SCR反应器后再返回空气预热器。为了实现锅炉系统与烟气脱硝系统的优化兼容，必须加固SCR反应器，对锅炉钢架结构、空气预热器、引风机、烟道等进行技术改造。
(1) SCR反应器加固及锅炉钢架结构改造
根据工艺设计要求确定SCR反应器的尺寸，反应器布置在主体工程烟道支撑框架顶部，该层为反应器的结构支撑面，大平台结构，也是催化剂装卸、检修的操作平台。SCR装置进出口烟道也布置在该层。反应器为直立式焊接钢结构容器，内部设有催化剂支撑结构，能承受内部压力，地震负荷、烟尘负荷、催化剂负荷和热应力等。根据初步计算，确定反应器总荷载（一般要达到几百吨）。反应器壳体外部设有加固肋及保温层并配有防对流板。
由于进出口烟道尺寸较大，在其穿过锅炉炉后N排钢架时，进口烟道与横梁以及与该横梁相连的斜撑梁相碰，出口烟道与斜撑梁相碰，所以必须对原锅炉炉后N排钢架进行改造。改造的主要内容包括拆除SCR反应器进出口连接烟道处的斜撑，下移中间的横梁，并对两边的附炉架进行了适当的加固。
考虑加装SCR脱硝反应器装置后荷载的增加，对原主体工程烟道支撑框架进行改造。SCR脱硝反应器装置支撑框架24.5m标高以下采用钢筋混凝土框架结构，以上采用钢结构。上部钢结构在适当轴位设横向垂直支撑，纵向以各列柱与纵梁、纵向垂直支撑组成纵横向框架结构体系。
(2) 空气预热器的改造
由于烟气中含有SO2、SO3，容易和从SCR反应器中逃逸的还原剂氨发生反应生成硫酸氢氨。而硫酸氢氨在空气预热器的中温段和低温段的温度区间内具有很强的粘性，容易吸附灰尘堵塞空气预热器，危及空气预热器的正常运行，会迫使锅炉机组停运次数增加。为了防止在空气预热器发生硫酸氢氨堵塞，除要求催化剂具有较低的三氧化硫转化率，控制NH3的逃逸量{zg}不超过3×10-6外，还必须对已有的空气预热器进行改造，内容主要包括传热元件部分、吹灰器部分、转子部分。
为了避免空气预热器的中温段和低温冷段连接间隙内硫酸氢氨堵塞搭桥，而将传统的低温冷段和中温段合并为一段。同时，为了有效清灰，该段内的传热元件采用高吹灰通透性的波形如NF。这种波形的内部气流通道为局部封闭型，可以保证吹灰介质动量在元件层内不迅速衰减，从而提高吹灰有效深度。但其换热性能（单位容积中受热面面积）不如原DU等板型，因此要维持空气预热器排烟温度不上升，必须要增加换热面积，即增加传热元件的高度。搪瓷传热元件在传热、防腐性能上优于合金钢，价格相对便宜，所以冷段宜采用搪瓷表面传热元件，隔断硫酸氢氨和金属接触，而且表面光洁，易于清洗干净。搪瓷层稳定性好，耐磨损，使用寿命长，一般不低于5万h。
空气预热器吹灰器采用双介质（蒸汽、高压水）吹灰器，蒸汽用作常规吹灰；在空气预热器的压降超过设计压降数值的一定倍数时，可以用高压水在空气预热器正常运行或停机时清洗。热端一般考虑增加一台普通吹灰器。
空气预热器转子等结构需做一些局部修改，如转子内部取消栅架（用以减少对传热元件的阻挡面积，提高吹灰和清洗效果），将横向隔板延伸到冷端，直接安放加高后的冷段传热元件等等。
这些措施{zd0}限度地减小锅炉装设脱硝装置后带来的不利影响，和控制氨逃逸率一起，有效减少了空气预热器需要冲洗的次数，基本保证空气预热器的原有性能，不会危及锅炉的安全运行。
(3) 引风机改造
风机是电厂锅炉的主要辅机设备之一，其所消耗的电量约占总发电量的1.5%~2.5%，因此，采用高效率的风机型式及{zj0}的流量调节方式对于降低风机电耗意义重大。当对锅炉进行脱硝改造后，一方面脱硝剂的喷入量相对较少，对引风机风量的影响可忽略不计；但另一方面，因SCR的阻力增加约1000Pa，使引风机的风压相应提高，其功率也相应增加。
一般电厂为了提高风机运行效率高、降低电耗，风机的裕度都较小，因此根据脱硝工况，对引风机进行了增容改造。改造后的引风机在TB点及BMCR点效率都较高，满足系统改造要求。
(4) 烟道改造
装设SCR后，根据可能发生的最差运行条件（例如：温度、压力、流量）进行核算，对烟道进行了相应的改造。烟道改造后提供平滑和稳定的流动条件，与工艺要求相一致；在各种烟气温度、压力下和流层的不均匀条件下，均能提供满意的运行；确保在烟气系统中不会引起不利于运行的灰尘沉积。
尽可能优化设计了压降、烟道走向、形状和内部构件（如导流板和转弯处导向板）等。在所有烟道的转弯处以及其它根据供货商提供的烟气流动模型研究结果要求的地方，提供导向板，并且导向板和转弯处考虑了适当的防磨措施。
烟道外部充分加固和支撑，以防止过度的颤动和振动。烟道用足够强度的钢板制成，以保证其能承受所有荷重条件。焊接结构保证气密性，所有焊接接头在里外都进行连续焊。为了避免连接的设备承受其它作用力，特别注意烟道和钢支架的热膨胀。热膨胀将通过带有内部导向板的膨胀节进行调节，阻止飞灰进入膨胀节；根据要求提供滑动支架以承受烟道的热膨胀，这些支架高度应可以调节。所有烟道有外部加强筋，并且统一间隔排列。为了保持烟道系统结构的完整性，圆形烟道的外部加强筋也统一间隔排列。
4 结语
我国烟气脱硝工程以已建机组改造为主，普遍存在空间制约问题。苏源环保基于OI2理念开发的NH3/NOx混合技术，可显著提高混合强度，降低所需的混合距离，同时保证{dy}层催化剂上表面速度标准偏差小于8%，NH3/NOx摩尔比偏差小于4%。通过对空气预热器、引风机、烟道等主要设备的改造，很好地实现了锅炉系统与烟气脱硝系统的优化兼容。OI2-SCR烟气脱硝技术的成功开发，及其在太仓脱硝改造工程中的应用为我国已建火电机组的脱
火电厂烟气脱硝（NOx）是继烟气脱硫之后又一新兴的环保产业。目前投入工程应用的NOx减排技术主要有选择性催化还原（SCR）技术、选择性非催化还原（SNCR）技术、活性碳吸附技术、低NOx燃烧器等。到目前为止，对于大型的火电机组，只有SCR技术可以有效控制90%的NOx排放，也是{wy}可使NOx排放浓度低于50mg/Nm3的脱硝技术[1][2]。专家预测，未来5~10年，SCR法将一直是火电厂NOx减排的主流技术。
SCR脱硝技术以氨作还原剂，在340~400ºC温度范围内氨与烟气中的NOx发生还原反应，产物为N2和H2O。该技术在国外已经比较成熟，但国内的脱硝尚处于起步阶段，主要依赖国外的技术支持。目前见于报导的已投运的SCR脱硝装置仅有福建后石电厂的6X600MW机组（日本技术）的脱硝装置和江苏苏源环保工程股份有限公司利用自主研发的“OI2-SCR”脱硝技术承建的国华太仓发电有限公司2X600MW机组的烟气脱硝装置。迄今为止，对于SCR反应器的结构设计国内还没有规范可循，能检索到的相关文献也很少。笔者曾主持了苏源环保“OI2-SCR”脱硝技术”的开发，本文拟仅就SCR反应器本体结构的设计开发要点作一总结介绍，与业内同行交流。
1．概述
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。除催化剂本身的因素外，反应器设计的优劣是SCR系统能否顺利完成脱硝功能的决定因素。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。本文以600MW机组为实例，对大型、高温、轻型SCR反应器的设计开发作一介绍。设计条件为：烟气流量：1882000Nm3/h；工作温度：378ºC；设计温度：400ºC；设计外压：7000Pa；NOx含量：500mg/Nm3；粉尘含量：9.88g/Nm3；脱硝率：>90%；氨逃逸率<5ppm。
2．总体设计方案
省煤器的出口烟气温度是催化剂发挥效力的{zj0}温度区间，因此，反应器布置在省煤器之后，空预器之前，距地面约25m的空间中。根据烟气流速、催化剂数量和脱硝率确定反应器的截面积。为避免单台反应器尺寸过大，选用结构尺寸为15m(长)X10m(宽)X18m（高）的两台相同的反应器并联脱硝。图1为SCR反应器的结构示意图。反应器进出口设置柔性接头与机组主体联接。在烟气进口段，液氨气化后与稀释空气混合，经喷氨格栅喷入反应器。反应器入口处设烟气导流板，接应烟气顺畅进入反应器内部空间。催化剂模块在反应器内分设三层，分别安放固定在由型钢焊接而成的三层框架上。催化剂清灰采用声波清灰器，反应器出口采用机械振动清灰。单台反应器的总重量约600吨，将催化剂支撑框架梁外伸作为反应器的承载支点，直接落在外部框架上。反应器内的导流板及催化剂支撑框架同时作为反应器的内撑加强结构。反应器外壁以型钢加强，保证在重量和7000Pa外压下，反应器的本体保持必要的刚性。反应器壁及内部结构由于长期处于400 ºC的高温下，选用低合金结构钢Q345材料，壁外加强结构温度在300ºC以下，选用普通碳素结构钢Q235材料。
图1 SCR反应器结构示意图
1.导流器 2. 声波清灰器 3,5,6.催化剂及支架
4.检测孔 7.支座 8.振动清灰器
3．流体动力学分析设计
3．1目的和意义
为了充分发挥催化剂的效能，保证90%的脱硝效率，降低氨的逃逸率，脱硝的催化反应要求流经{dy}层催化剂上表面的烟气速度标准偏差不超过10%、NOx和NH3的摩尔比标准偏差不超过5%。然而，即使采用两台反应器并联脱硝，单台反应器的横截面积仍有150m2。要在这样大的截面上有效控制烟气的流动状态达到预期要求是比较困难的。只有通过科学的流体动力学分析设计，才可得到反应器内各区域的气流运动状态参数，以及氨气在整个流通界面上的迁徙分布情况，从而为结构的设计提供理论依据。同时，通过流体力学分析，还可以得到飞灰在SCR反应器及其连接烟道中的运动规律，在理论上发现可能发生积灰的部位，用来指导清灰装置的设计、选型与布置。另外，还要通过流体力学设计来保证气流的顺畅，减小压降、降低烟气的动能损失，减小飞灰对催化剂的冲击磨损。
3．2技术手段与方法
对大型设备进行流体力学性能计算分析，仅凭经验或手工进行简单的简化计算得到的结果是不可靠的，利用CFD软件对反应器的流体动力学模型进行三维气固两相流数值仿真分析，则是必要的技术手段。以CFD分析结果为依据，优化进出口烟道的结构形式和导流叶片结构与布置，保证烟气流动的顺畅、均匀，满足烟气速度标准偏差的要求；通过网格式布置覆盖整个烟道截面的多组喷嘴，将氨气与稀释空气的混合物均匀地喷入烟气进口，再通过调整喷嘴位置、开孔角度及大小，并设置多组阀门对各组喷嘴单独进行流量控制，使得{dy}层催化剂上表面的NH3和NOx摩尔比标准偏差达到要求。当锅炉负荷发生变化时，还要对不同负荷下烟气速度分布及氨扩散规律进行分析，保证任一工况下烟气流速及NH3/NOx摩尔比标准偏差均满足要求值。在易积灰的部件，设计或选择合适的清灰器xx积灰。
3．3设计分析结果
图2为反应器内烟气流速的分布云图。图中可以看出，在任一横截面上，烟气流速基本上比较均匀。在进口左下角和出口右上角位置有局部的烟气流动死区，是易发生积灰的部位。图3为{dy}层催化剂上端横截面的烟气流速分布云图。根据图中数据，用数学方法可以计算出该截面上烟气流速的标准偏差约为8%，满足设计要求。图4为{dy}层催化剂上端横截NH3的体积浓度分布云图。从图中数据可以计算出NH3和NOx的摩尔比标准偏差约为4%，也满足设计要求。
图2 烟气流速云图（m/s）
图3{dy}层催化剂上端横截面烟气流速云图(m/s)
图4 {dy}层催化剂上端横截面NH3体积浓度云图
4．结构分析设计
4．1目的和意义
单台反应器总重约600吨，设计外压7000Pa。反应器主要的受力有重力载荷、外压和热应力。反应器布置在高空中，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，也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增加3倍，还要增加数月的工期[3]。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{zd0}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，对通过结构分析设计，对反应器进行比较xx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。
4．2技术手段和方法
大型平板薄壁钢壳结构，其承受竖向压载荷和面压力的能力是很弱的。因此，反应器的壁板厚度对承载能力贡献不大，取6mm即可，主要依赖内外的加强筋和梁柱来承担载荷，保证设备的刚性和强度。催化剂模块质量大且比较集中，不宜将其重量沿反应器本体传送，因此，将催化剂的支撑梁伸出反应器壳壁之外，梁端部落在机组主体框架上作为支座，使重量直接传至机组主体框架。反应器的钢壳体重量比较分散，通过外壁的加强筋将重量最终汇集至各支座上。因此，外部加强筋的设计与布置要充分考虑重量载荷的传递原理和过程。7000Pa的外压是导致钢壳发生变形的主要原因。设计时要利用催化剂和导流器支承框架的自然结构，同时作为反应器的内撑杆结构。尽量不专设内撑杆。
由各种型钢焊接而成的复杂框架内外联成一体，构成了反应器的承载结构。但要进行xx的力学计算是比较困难的。在开发过程中，利用CAE技术手段对反应器进行实体建模，尽量不作简化，以便于对应力集中进行研究。用强度与变形量作为校核指标进行分析，直至优化得到{zj0}的结构方案。
4.3 CAE结果
图5和图6分别是用CAE方法对反应器在重量载荷和外压下的应力和变形云图。从图中可以看出，整体上应力是比较小的，但梁柱及加强筋处由于应力集中，局部应力较大。整
图5 反应器应力云图(MPa)
图6 反应器变形云图(mm)
体变形{zd0}为26mm，在反应器的顶部和底部。因为顶和底没有设内部支撑结构，xx由外部筋梁加强。而反应器的周向四壁的变形较小，是由于内部导流器和催化剂的支撑梁同时起到了内撑杆的作用。
5．热应力分析与支座设计
图7催化剂支架结构A
图8催化剂支架结构B
1. 反应器外壁 2,4,6.催化剂支承梁
3,5.立柱 7.支座 8.保温层
5．1热应力分析设计
反应器的设计温度为400ºC，水平方向的{zd0}{jd1}膨胀量可达70mm。因此，针对高温热效应的设计也是SCR开发的关键内容。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或柱梁处。支座对反应器的热胀冷缩效应会起到约束作用，合理的支座设计是减小热应力的关键。加强筋或柱梁均焊接在反应器外壁上，它们之间是刚性联接，而从反应器壁板至加强筋外缘，不可避免地存在着温差，如果结构设计不合理，将造成过大的温差应力。因此，在设计壁外的加强结构时，应尽量减小加强结构的径向尺寸，并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，以减小误差。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xx暴露在保温层之外或部分在保温层外。图7和图8为催化剂梁端部两种不同结构的示意图。最下面的第三层梁端部作为支座固定在机组主体上，三层梁之间用钢质立柱连接为一体。A结构的立柱离开反应器壁板一段距离，布置在保温层之外。B结构的立柱贴在壁板上，包裹在保温层之内。A结构显然比B结构便于制造安装和保温，但在高温工况下，A结构的温差应力却远大于B结构。
图9 结构A
温度云图(ºC)
图10 结构A
热应力云图(MPa)
图11 结构B
温度云图(ºC)
图12 结构B
热应力云图(MPa)
利用CAE技术分别对A和B结构进行建模分析，其温度分布结果如图9和11所示，A结构的立柱温度在90 ºC以下，与壁板的400ºC形成300多度的温差。B结构由于立柱紧贴壁板且包裹在保温层之内，温度在300 ºC左右，与壁板之间温差较小。对应地，在图10和图11的热应力云图中，A结构的热应力{zg}达到了400MPa，已远远超过了许用应力。而B结构立柱的热应力在20MPa以下，支座处的热应力{zg}只有80MPa。显然，在高温工况下，B结构是合理的。其它尺寸较大的加强筋也应避免选用类似A型的结构。
5．2 支座设计
图13 支座分布与滑动自由度
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。所有的支座当中，只能有一个支座是xx固定的，各个支座的滑动自由度方向也不xx相同，应根据热变形的方向合理设置。图13即是本设计的支座分布及滑动自由度示意图。其中，支座8为xx固定支座，其它支座均为特定方向的滑动支座。固定支座设在中部，可使反应器的{zd0}位移降为{jd1}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，如图中所示。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。即使如此，在设计中也要用摩擦力对支梁的稳定性和机组主体支架的水平剪力进校核。
6．防积灰与清灰设计
6．1积灰的危害
图14 梁上防积灰结构
由于反应器布置在电除尘器之前，因此烟气中的飞灰含量是比较高的。可能发生积灰的位置主要有反应器的进出口、催化剂表面、内部钢结构表面。积灰的危害主要表现在三个方面，降低催化剂效能、阻滞烟气流通、增加反应器重量。飞灰附着在催化剂的表面，将催化剂与烟气隔绝开，使催化剂的效能下降。如果粉灰附着在反应器内部的其它结构上，时间久了结为块状，降落在催化剂上，会堵塞催化剂表面的小孔，同样影响催化剂效能的发挥，同时阻碍了烟气的流通。因此，防积灰和清灰设计，是SCR反应器开发必须考虑的。
6．2防积灰和清灰设计
在结构上应使反应器的烟气流场顺畅，尽可能利用烟气把粉灰带走，不使其在反应器内沉淀。反应器的进出口和导流器要根据流体力学特性进行优化设计。反应器内部结构力求简洁，加强筋、柱、梁尽可能不设在反应器内，而是设在外壁，避免出现平台、死角。矩形催化剂梁的上平面和催化剂模块之间的结合部平面都是易发生积灰的部位，可在平面上部增设一双斜面结构，以防粉灰积存，如图14所示。催化剂模块上表面罩一层钢丝网，有利于阻隔或粉碎落向催化剂的大尺寸灰块。在反应器的内壁上设若干个声波清灰器，可以及时xx反应器内壁和催化剂表面的浮尘，以防积聚。反应器出口是粉灰最易发生积淀的部位，在出口的下壁板上可装设若干机械振动清灰器，各清灰器可轮流工作，周期性的清灰。在出口的最下端设置灰斗，收集积沉的粉灰。
7．总结与展望
SCR反应器的开发设计主要涉及大截面空间范围内对烟气流动状态参数的研究与调控问题，大型、薄壁、大重量、高外压下平板钢结构的力学设计问题，针对高温热效应的结构设计问题以及防积灰和清灰的问题。此外，SCR反应器的设计开发还包括本体之外的支承框架设计、各种检测接口以及催化剂安装更换便利性设计。
需要指出的是，就目前流行的SCR反应器的结构而言，仍存在着较大的热应力，催化剂的安装与更换也费时耗力。笔者在“OI2-SCR”升级技术中，已经新开发了一种悬吊式SCR反应器，整个反应器悬吊在机组主框架上，从而可以彻底解决高温热效应的不良影响；另外，各层催化剂可以上下移动，一方面可以明显降低反应器的高度，另一方面可方便快捷地安装更换催化剂。
硝改造提供了技术保障，具有极强的示范和借鉴意义。
