燃煤電廠煙氣超低排放改造土建設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)淺談

陳輝

（中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)浙江省電力設(shè)計(jì)院有限公司，杭州 310012）

燃煤電廠煙氣超低排放改造土建設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)淺談

陳輝

（中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)浙江省電力設(shè)計(jì)院有限公司，杭州 310012）

通過對(duì)浙江省內(nèi)若干已完成煙氣超低排放改造的燃煤電廠進(jìn)行分析總結(jié)，分析整個(gè)改造過程中土建方面具有代表性的問題，提出設(shè)計(jì)、施工、設(shè)備安裝中需要特別注意的事項(xiàng)，為火電廠更好開展超低排放工作提供參考。

燃煤電廠；超低排放改造；鋼架；加固；土建改造

0 引言

近30年來，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展，各種大氣污染物的排放急劇增加，特別是近年來霧霾天氣和PM2.5對(duì)公眾的危害越來越大。目前我國(guó)以煤炭為主的能源結(jié)構(gòu)在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)不會(huì)改變，而煤燃燒是造成我國(guó)大氣污染的主要原因之一。

根據(jù)國(guó)務(wù)院《節(jié)能減排“十二五”規(guī)劃》要求，到2017年底重點(diǎn)行業(yè)主要大氣污染物排放濃度下降30%以上。同時(shí)根據(jù)《浙江省大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃（2013—2017年）》有關(guān)規(guī)定，2017年底前，所有新建、在建火電機(jī)組必須進(jìn)行煙氣清潔排放技術(shù)改造，現(xiàn)有600 MW以上火電機(jī)組基本完成煙氣清潔排放技術(shù)改造，達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)組排放要求。這既是滿足國(guó)家日趨嚴(yán)格的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的需要，又是保證環(huán)境質(zhì)量、保護(hù)公眾健康的社會(huì)責(zé)任。

煙氣超低排放是指燃煤鍋爐大氣污染物排放濃度達(dá)到、甚至優(yōu)于天然氣燃?xì)廨啓C(jī)組大氣污染物排放濃度限值[1]。燃煤鍋爐的大氣污染物排放濃度應(yīng)達(dá)到以下指標(biāo)：燃煤電廠煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放限值（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下）分別為5 mg/m3，35 mg/m3和50 mg/m3。

1 煙氣超低排放改造方案

浙江省內(nèi)燃煤機(jī)組煙氣超低排放改造方案即對(duì)現(xiàn)有的脫硝、除塵、脫硫系統(tǒng)進(jìn)行提效，采用高效協(xié)同脫除技術(shù)，使機(jī)組煙氣主要污染物的排放濃度達(dá)到天然氣燃?xì)廨啓C(jī)組的排放標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)煙氣超低排放的目標(biāo)。目前已完成的機(jī)組改造一般采用以下2種技術(shù)方案：

方案1：GGH（氣-氣換熱器）煙氣冷卻器+ SCR（選擇性催化還原法）脫硝反應(yīng)器+低低溫電除塵+石灰石-石膏濕法脫硫+濕式電除塵+GGH煙氣加熱器。脫硫吸收塔需進(jìn)行簡(jiǎn)單的改造。

方案2：GGH煙氣冷卻器+SCR脫硝反應(yīng)器+低低溫電除塵+石灰石-石膏濕法脫硫+GGH煙氣加熱器。脫硫吸收塔需進(jìn)行高效脫硫復(fù)雜改造。

這2種方案均能滿足煙氣超低排放要求，但對(duì)土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響差別很大。方案1占用空間大，機(jī)組停機(jī)時(shí)間相對(duì)較短，投資相對(duì)較大，可靠性高；方案2占用空間小，機(jī)組停機(jī)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，投資相對(duì)較小，可靠性稍差。本文結(jié)合浙江省內(nèi)若干已完成超低排放改造的燃煤電廠，對(duì)超低排放土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行初步探討，為其他火電廠的改造積累經(jīng)驗(yàn)。

2 脫硝區(qū)域改造

目前浙江省內(nèi)已有機(jī)組的SCR反應(yīng)器一般布置在一次風(fēng)機(jī)支架上部，支撐結(jié)構(gòu)為已進(jìn)行過一次加固的鋼框架。進(jìn)行超低排放改造需在脫硝支架中增加GGH煙氣冷卻器，此時(shí)需對(duì)原結(jié)構(gòu)進(jìn)行二次加固改造。

2.1 基礎(chǔ)改造

受機(jī)組停機(jī)時(shí)間限制，工期安排特別緊張，在進(jìn)行脫硝基礎(chǔ)施工時(shí)機(jī)組仍未停機(jī)，因此需要對(duì)原有結(jié)構(gòu)采取保護(hù)措施，特別是對(duì)一次風(fēng)機(jī)的油站基礎(chǔ)（油站會(huì)影響風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)行）加以保護(hù)。圖1為油站基礎(chǔ)保護(hù)措施，將基礎(chǔ)通過角鋼吊在鋼架上。

圖1 風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)保護(hù)措施

當(dāng)原有基礎(chǔ)為天然基礎(chǔ)時(shí)，新基礎(chǔ)采用植筋和原有基礎(chǔ)相連。由于場(chǎng)地狹窄，設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮現(xiàn)場(chǎng)的施工空間。基礎(chǔ)開挖時(shí)，施工單位必須采取必要的基坑支護(hù)措施。

當(dāng)原有基礎(chǔ)為樁基礎(chǔ)時(shí)，基礎(chǔ)改造需要補(bǔ)樁。由于脫硝區(qū)域內(nèi)場(chǎng)地狹小，新增基樁只能采用鉆孔灌注樁（如圖2所示）。根據(jù)樁間距及施工空間要求，一般只能采用直徑600 mm，800 mm的基樁。新增基樁樁端持力層和原有基樁持力層一致。

圖2 灌注樁施工

為防止出現(xiàn)返工，在上部結(jié)構(gòu)初步方案確定后，應(yīng)將柱腳位置以及基礎(chǔ)的定位提前提供給現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行放樣，待現(xiàn)場(chǎng)確定沒有問題后方可確定正式方案，從而避免基礎(chǔ)影響上部結(jié)構(gòu)。

2.2 上部結(jié)構(gòu)改造

GGH煙氣冷卻器一般布置在鍋爐空預(yù)器后部，放置標(biāo)高相對(duì)較低，支撐鋼架盡量采用新立鋼架。如GGH煙氣冷卻器放在原有鋼架上，則需對(duì)鋼架進(jìn)行二次加固，鋼架加固一般只能采取增大截面法。二次加固的應(yīng)力重分布以及鋼板焊接時(shí)的溫度應(yīng)力，會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響。鋼架二次加固時(shí)，必須對(duì)鋼架進(jìn)行卸荷，保證鋼架應(yīng)力比小于0.55。

煙道走向改變以后，原有脫硝鋼架的部分豎向垂直支撐需要拆除重新設(shè)置。GGH煙氣冷卻器的檢修軌道布置在原有脫硝鋼架上。設(shè)備檢修起吊空間要求，包括施工時(shí)煙道和設(shè)備分片就位的起吊路線，都會(huì)影響鋼架豎向垂直支撐的布置（如圖3所示）。拆除和增加垂直支撐的過程必須經(jīng)過細(xì)致的安排，以保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

圖3 施工時(shí)起吊設(shè)施

GGH煙氣冷卻器有一般有2層吹灰器，所以設(shè)置吹灰器平臺(tái)時(shí)需考慮通道需求。在原有脫硝鋼架外圍有1層主電纜通道，在布置新增熱媒水管以及平臺(tái)的支撐結(jié)構(gòu)時(shí)需要考慮避開主電纜通道，如圖4所示。

圖4 脫硝鋼架電纜橋架

3 脫硫區(qū)域改造

目前浙江省內(nèi)已有老機(jī)組的脫硫設(shè)施一般均采用回轉(zhuǎn)式GGH，但泄漏現(xiàn)象嚴(yán)重。超低排放改造中新增的濕式電除塵器及GGH煙氣加熱器支撐采用新立鋼架，吸收塔附近的進(jìn)出口段部分煙道支撐在原有GGH鋼架上，并對(duì)原有鋼架進(jìn)行加固改造。而吸收塔改造則是增加吸收塔高度，擴(kuò)大脫硫循環(huán)系統(tǒng)的空間，增加循環(huán)漿液噴淋量。根據(jù)技術(shù)方案的不同，進(jìn)行相應(yīng)的吸收塔改造。同時(shí)為滿足新增脫硫、除塵系統(tǒng)的需要，增加一系列輔助配套設(shè)施。

3.1 基礎(chǔ)改造

浙江省處于沿海地區(qū)，風(fēng)荷載大，屬于低烈度抗震地區(qū)。濕式電除塵器及GGH煙氣加熱器根據(jù)火電廠改造的實(shí)際情況，一般均為高位布置。鋼架荷載都在高處，外圍鋼柱柱腳基礎(chǔ)一般為抗拔控制，中間柱腳基礎(chǔ)為受壓控制。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地勘資料，鋼架基礎(chǔ)可采用天然巖石錨桿基礎(chǔ)或者灌注樁基礎(chǔ)。

脫硫區(qū)域地下設(shè)施有很多管線和地下溝道，無論是天然基礎(chǔ)還是樁基礎(chǔ)，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮原有管線及溝道的影響，施工時(shí)需注意對(duì)原有地下設(shè)施、原有煙道基礎(chǔ)的保護(hù)。

吸收塔改造增加的荷載不大，吸收塔基礎(chǔ)一般不需要改造，這可以根據(jù)工藝提供的荷載對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行重新復(fù)核。

3.2 上部結(jié)構(gòu)改造

3.2.1 新立濕式電除塵器及GGH煙氣加熱器鋼架

根據(jù)業(yè)主進(jìn)度要求，新立濕式電除塵器及GGH煙氣加熱器鋼架施工時(shí)機(jī)組還未停機(jī)，所以在結(jié)構(gòu)布置方案確定時(shí)就必須考慮對(duì)原有老結(jié)構(gòu)的影響。例如有些鋼結(jié)構(gòu)必須跨越原有煙道（如圖5所示），根據(jù)工藝布置及檢修起吊要求，鋼架的最大標(biāo)高一般在40～55 m。鋼架最大標(biāo)高主要受制于GGH煙氣加熱器的放置方式，GGH煙氣加熱器分為立式和臥式，根據(jù)不同的檢修方式，鋼架高度相差很大，從空間利用角度看，臥式放置需求空間小，節(jié)約材料。GGH煙氣加熱器一側(cè)會(huì)有很多閥門需要操作，因此土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)必須和廠家密切配合，在閥門側(cè)布置多個(gè)操作平臺(tái)（如圖6所示）。同時(shí)必須讓廠家保證設(shè)備荷載、閥門位置的準(zhǔn)確性，避免產(chǎn)生重大修改。

圖5 新立濕式電除塵器及GGH煙氣加熱器鋼架

圖6 GGH煙氣加熱器平臺(tái)

濕式電除塵器自身鋼架以及檢修起吊由廠家自行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)院土建專業(yè)一般只設(shè)計(jì)到上部設(shè)備鋼架的柱腳位置。

根據(jù)已有經(jīng)驗(yàn)，鋼梁一般為強(qiáng)度、穩(wěn)定控制，鋼柱一般為長(zhǎng)細(xì)比控制，鋼架設(shè)計(jì)時(shí)主構(gòu)件中所有框架柱、柱間支撐、水平支撐及桁架腹桿均為Q235B，其余框架鋼梁均為Q345B。鋼架垂直支撐布置時(shí)需同時(shí)考慮通道要求，以免事后修改困難大。

平臺(tái)樓梯布置時(shí)，應(yīng)特別注意避開GGH煙氣加熱器的起吊檢修空間。同時(shí)需注意和熱控專業(yè)配合，將煙氣測(cè)點(diǎn)布置在合適的地方，避免平臺(tái)及通道的不合理浪費(fèi)。由于測(cè)點(diǎn)一般都布置在高位的水平煙道上，根據(jù)運(yùn)行檢測(cè)需要，一般需設(shè)置電梯。在電梯設(shè)計(jì)時(shí)，需提前進(jìn)行方案布置，在鋼架設(shè)計(jì)時(shí)同時(shí)考慮。如在后期增加，會(huì)產(chǎn)生較大的改動(dòng)以及浪費(fèi)。

3.2.2 原有GGH鋼架改造

原有煙道走向改變以后，需對(duì)原有GGH鋼架上的原有煙道及GGH進(jìn)行拆除。煙道重新布置時(shí)，工藝專業(yè)應(yīng)盡量按照原有老鋼架標(biāo)高設(shè)置煙道支座，以盡量節(jié)約鋼材。同時(shí)需對(duì)原有垂直支撐進(jìn)行重新布置，并對(duì)原有鋼架進(jìn)行校對(duì)復(fù)核。

在考慮消防通道時(shí)，需將原有GGH鋼架和新立濕式電除塵器及GGH煙氣加熱器鋼架的平臺(tái)連通，并且考慮設(shè)置2個(gè)樓梯以滿足消防要求。

4 結(jié)語

火電廠煙氣超低排放改造的土建設(shè)計(jì)，必須通盤考慮現(xiàn)場(chǎng)的各種制約條件，包括機(jī)組停機(jī)時(shí)間、設(shè)計(jì)、施工、鋼結(jié)構(gòu)加工、設(shè)備修造等，從而保證在有限的時(shí)間和空間下完成改造要求。

對(duì)現(xiàn)有機(jī)組進(jìn)行超低排放改造時(shí)，業(yè)主的進(jìn)度要求一般都很緊，留給設(shè)計(jì)、施工、鋼結(jié)構(gòu)加工、設(shè)備修造的時(shí)間都很少，因此在可行性研究階段、初步設(shè)計(jì)階段、施工圖設(shè)計(jì)階段各方就必須協(xié)同一致、密切配合才能避免產(chǎn)生各種不必要的修改、浪費(fèi)甚至嚴(yán)重錯(cuò)誤。

[1]GB 13223-2011火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2011.

[2]沈又幸，卞卡，鄒道安.燃煤電站煙氣超清潔排放技術(shù)路線研究及應(yīng)用[J].電站系統(tǒng)工程，2015，31（1）:43-49.

（本文編輯：方明霞）

Discussion On Civil Engineering Design Experience in Ultra-Low Emission Reformation of Coal-fired Power Plant

CHEN Hui
（CEEC Zhejiang Electric Power Design Institute Co.，Ltd.，Hangzhou 310012，China）

Trough analysis and summary of coal-fired power plants that completed the reformation of the ultralow emission，the paper analyzes some representative problems in civil engineering of reformation and introduces matters that need special attention to in design，construction and equipment installation，providing reference for better ultra-low emission reformation of domestic coal-fired power plants.

coal-fired power plant；ultra-low emission reformation；steel frame；reinforcement；civil engineering reformation

TU271.1

：B

：1007-1881（2016）07-0073-04

2016-04-07

陳 輝（1983），男，工程師，主要從事火電廠土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。