浅谈烟气脱硝反应器钢结构设计

赵骥 杨俊

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。

客户层：使用混合HTML / 动态HTML ( DHTML , ynamicHTML)/JavaScript 的方法构建客户层，用来显示数据，在该层用户可以输入和更新数据。

表示层：该层生成Web 页面和Web 页面中的动态内容，该动态内容由业务逻辑层产生，使用Servlet 和Java 服务器页面(JSP)来构建。

业务逻辑层：该层是系统中最重要的一部分，在该系统中采用EJB来实现业务逻辑，EJB容器提供了可以解决安全性、资源共享、持续运行、并行处理、事务完整性等复杂问题的服务。采用EJB来实现业务逻辑层，是一个安全的、可靠的和高性能系统的保证。

数据层：负责数据管理，该系统采用Oracle 数据库。

4SOA技术架构

电力企业经过十几年的信息化建设，生产管理业务已具规模，信息系统不仅覆盖了企业的日常业务管理和社会服务功能，而且在支撑业务方面也达到了较高的实用化水平。但由于这些系统是在不同时期构建的不同类型的业务系统，由此形成的一个个“信息孤岛”限制了业务之间的横向连接，造成了业务运营缺乏灵活性，很多新的业务开展不起来，工作流的贯通需要应用面向服务体系架构，以实现工作流的数据传递、实时共享。

有很多企业的IT得益于使用SOA实现的旧资产激活。在业务方面第一位的需要是从现有资产和系统创造新的价值，通常这需要利用新的业务过程和复合的应用程序（例如，门户应用程序）来实现。SOA可以帮助客户实时地访问先前的批处理事务，由此提高做出业务决定的速度和准确性。通过SOA来重复使用关键业务数据和应用程序有助于提供更好的客户服务，从而提高这些客户保持率。

SOA 通过清晰的定义和松散的耦合提高了灵活性。在SOA的技术中，所谓的服务是一种“自包含”(self-contained) 的实体，它能够完成独特的业务功能。服务根据 SOA 原则利用现有的中间件实现交互。其充分利用新的开放标准以及 XML 数据定义（Web Services-Web 服务），把两者结合到快速进入市场的解决方案中。

5信息支撑模型设计

5.1基于组件设计

组件结构是一个基于Java的，分布式计算框架，它将可再使用的面向对象的组件同一个健康可靠的实施环境结合起来，以提交多应用的协作。

5.2 工作流技术分析

现代企业管理通常围绕一个或多个业务流程展开企业的各种活动和各项日常工作。通过业务流程协调企业各种物质和人力资源，利用计算机以流程驱动的工作流技术应运而生。

工作流就是在一个业务处理过程中的信息流和控制流。信息流就是部门之间传递的各种文档、消息和数据。控制流决定了在哪些部门、那些人之间传递信息，以及传递的次序。工作流系统的任务就是高效地管理公司业务处理过程中的这种信息流和控制流。

5.3权限控制的方式设计

系统的权限控制方式分为两种：第一种是基于类级别的控制，也称功能权限控制，包括菜单功能和操作功能。第二种方式是基于对象级别的控制，也就是数据权限控制（只有指定的人才可以接触到指定的数据）。结合以上两种方式系统管理员可以通过设置用户、部门、角色、操作来定义用户的操作权限和数据权限，对系统中每一个操作的权限均可以进行设定。通过权限的设置，使信息系统在使用方便性和系统安全性上得以高度的统一。

6工作流管理实施方案

电子化作业表单采用信息化的手段实现对生产过程中“规范化管理、流程化运作”，对生产过程中可能存在的风险进行全程监控，实现对现场安全生产工作的监控，控制现场作业质量，彻底为班组减负，从而保证公司各项安全生产管理工作的良性循环和持续改进，提升公司安全生产的信息化管理水平，实现公司安全生产长效机制。

以生产计划为主线的生产业务流程中，在业务工作计划性管理基础上，实现作业风险评估，达到作业过程中的风险正确识别和及时预防。实现通过作业表单生成试验报告、检修结果等业务作业成果性输出文档，对设备状态评价的提供有力数据支撑，实现设备风险精确性评估，从而达到通过风险评估确定设备面临的和可能导致的风险，为输变电设备运行、维护、检修、试验、技改等生产工作的决策提供依据。实现生产业务PDCA闭环性管理。

工作流信息模型建设需要经历四个阶段：

第一阶段：电子化作业表单执行功能建设。实现表单绘制、上传、审核、修订以及系统运转功能，提供Web端与移动平台执行功能，并能够实时管理移动设备状态。

第二阶段：电子化作业表单信息数据实施同步建设。系统自动统计与相关的业务数据进行关联，并实现数据共享功能。系统通过3G网络、GPS等多种手段，收集作业过程中的地理信息，对班组填写作业表单的过程进行监控。

第三阶段：作业与风险评估信息的数据共享建設。系统根据工作流的任务与环境自动从作业风险及控制措施标准库获取对应的风险控制措施并填写到作业表单，达到对作业过程中的风险正确识别和及时预防。

第四阶段：实施设备状态评价对作业控制的支撑。系统通过电子化作业表单生成试验报告、检修结果、缺陷记录报表、巡视记录、运行日志、安全隐患记录等业务作业成果性输出文档，对设备状态评价的提供有力数据支撑，实现设备风险精确性评估。通过系统分析形成确定设备面临的和可能导致的风险，为输变电设备运行、维护、检修、试验、技改等生产工作的决策提供依据。

7结束语

将SOA技术架构应用到工作流的管控中，能够实现作业过程信息与其他业务系统交互的，构建了作业全过程状态监测系统。系统能够向电力企业可靠性管理、绩效管理、客户服务等提供数据源，并供相关系统的数据二次应用与开发。

参考文献：

[1]安全生产风险管理体系，中国南方电网有限责任公司编著，中国电力出版社

[2]基于SOA模式的企业级应用程序的架构设计，作者：朱明磊、黄磊

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。