燃煤電廠煙氣超低排放改造土建設(shè)計經(jīng)驗淺談

陳輝

（中國能源建設(shè)集團浙江省電力設(shè)計院有限公司，杭州 310012）

燃煤電廠煙氣超低排放改造土建設(shè)計經(jīng)驗淺談

陳輝

（中國能源建設(shè)集團浙江省電力設(shè)計院有限公司，杭州 310012）

通過對浙江省內(nèi)若干已完成煙氣超低排放改造的燃煤電廠進行分析總結(jié)，分析整個改造過程中土建方面具有代表性的問題，提出設(shè)計、施工、設(shè)備安裝中需要特別注意的事項，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，隨著我國經(jīng)濟的持續(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對公眾的危害越來越大。目前我國以煤炭為主的能源結(jié)構(gòu)在相當長的時期內(nèi)不會改變，而煤燃燒是造成我國大氣污染的主要原因之一。

根據(jù)國務(wù)院《節(jié)能減排“十二五”規(guī)劃》要求，到2017年底重點行業(yè)主要大氣污染物排放濃度下降30%以上。同時根據(jù)《浙江省大氣污染防治行動計劃（2013—2017年）》有關(guān)規(guī)定，2017年底前，所有新建、在建火電機組必須進行煙氣清潔排放技術(shù)改造，現(xiàn)有600 MW以上火電機組基本完成煙氣清潔排放技術(shù)改造，達到燃氣輪機組排放要求。這既是滿足國家日趨嚴格的環(huán)保標準的需要，又是保證環(huán)境質(zhì)量、保護公眾健康的社會責任。

煙氣超低排放是指燃煤鍋爐大氣污染物排放濃度達到、甚至優(yōu)于天然氣燃氣輪機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達到以下指標：燃煤電廠煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放限值（標準狀態(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)燃煤機組煙氣超低排放改造方案即對現(xiàn)有的脫硝、除塵、脫硫系統(tǒng)進行提效，采用高效協(xié)同脫除技術(shù)，使機組煙氣主要污染物的排放濃度達到天然氣燃氣輪機組的排放標準，實現(xiàn)煙氣超低排放的目標。目前已完成的機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。脫硫吸收塔需進行簡單的改造。

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

這2種方案均能滿足煙氣超低排放要求，但對土建結(jié)構(gòu)設(shè)計的影響差別很大。方案1占用空間大，機組停機時間相對較短，投資相對較大，可靠性高；方案2占用空間小，機組停機時間相對較長，投資相對較小，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，對超低排放土建結(jié)構(gòu)設(shè)計進行初步探討，為其他火電廠的改造積累經(jīng)驗。

2 脫硝區(qū)域改造

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

2.1 基礎(chǔ)改造

受機組停機時間限制，工期安排特別緊張，在進行脫硝基礎(chǔ)施工時機組仍未停機，因此需要對原有結(jié)構(gòu)采取保護措施，特別是對一次風機的油站基礎(chǔ)（油站會影響風機的正常運行）加以保護。圖1為油站基礎(chǔ)保護措施，將基礎(chǔ)通過角鋼吊在鋼架上。

圖1 風機基礎(chǔ)保護措施

當原有基礎(chǔ)為天然基礎(chǔ)時，新基礎(chǔ)采用植筋和原有基礎(chǔ)相連。由于場地狹窄，設(shè)計時需要考慮現(xiàn)場的施工空間?；A(chǔ)開挖時，施工單位必須采取必要的基坑支護措施。

當原有基礎(chǔ)為樁基礎(chǔ)時，基礎(chǔ)改造需要補樁。由于脫硝區(qū)域內(nèi)場地狹小，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，應將柱腳位置以及基礎(chǔ)的定位提前提供給現(xiàn)場進行放樣，待現(xiàn)場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器后部，放置標高相對較低，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，則需對鋼架進行二次加固，鋼架加固一般只能采取增大截面法。二次加固的應力重分布以及鋼板焊接時的溫度應力，會對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響。鋼架二次加固時，必須對鋼架進行卸荷，保證鋼架應力比小于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，包括施工時煙道和設(shè)備分片就位的起吊路線，都會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)過細致的安排，以保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

圖3 施工時起吊設(shè)施

GGH煙氣冷卻器有一般有2層吹灰器，所以設(shè)置吹灰器平臺時需考慮通道需求。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的支撐結(jié)構(gòu)時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)已有老機組的脫硫設(shè)施一般均采用回轉(zhuǎn)式GGH，但泄漏現(xiàn)象嚴重。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，吸收塔附近的進出口段部分煙道支撐在原有GGH鋼架上，并對原有鋼架進行加固改造。而吸收塔改造則是增加吸收塔高度，擴大脫硫循環(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，進行相應的吸收塔改造。同時為滿足新增脫硫、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)計時必須考慮原有管線及溝道的影響，施工時需注意對原有地下設(shè)施、原有煙道基礎(chǔ)的保護。

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)工藝提供的荷載對基礎(chǔ)進行重新復核。

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)主進度要求，新立濕式電除塵器及GGH煙氣加熱器鋼架施工時機組還未停機，所以在結(jié)構(gòu)布置方案確定時就必須考慮對原有老結(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，鋼架的最大標高一般在40～55 m。鋼架最大標高主要受制于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)會有很多閥門需要操作，因此土建結(jié)構(gòu)設(shè)計時必須和廠家密切配合，在閥門側(cè)布置多個操作平臺（如圖6所示）。同時必須讓廠家保證設(shè)備荷載、閥門位置的準確性，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

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

根據(jù)已有經(jīng)驗，鋼梁一般為強度、穩(wěn)定控制，鋼柱一般為長細比控制，鋼架設(shè)計時主構(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需同時考慮通道要求，以免事后修改困難大。

平臺樓梯布置時，應特別注意避開GGH煙氣加熱器的起吊檢修空間。同時需注意和熱控專業(yè)配合，將煙氣測點布置在合適的地方，避免平臺及通道的不合理浪費。由于測點一般都布置在高位的水平煙道上，根據(jù)運行檢測需要，一般需設(shè)置電梯。在電梯設(shè)計時，需提前進行方案布置，在鋼架設(shè)計時同時考慮。如在后期增加，會產(chǎn)生較大的改動以及浪費。

3.2.2 原有GGH鋼架改造

原有煙道走向改變以后，需對原有GGH鋼架上的原有煙道及GGH進行拆除。煙道重新布置時，工藝專業(yè)應盡量按照原有老鋼架標高設(shè)置煙道支座，以盡量節(jié)約鋼材。同時需對原有垂直支撐進行重新布置，并對原有鋼架進行校對復核。

在考慮消防通道時，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連通，并且考慮設(shè)置2個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，必須通盤考慮現(xiàn)場的各種制約條件，包括機組停機時間、設(shè)計、施工、鋼結(jié)構(gòu)加工、設(shè)備修造等，從而保證在有限的時間和空間下完成改造要求。

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

[1]GB 13223-2011火電廠大氣污染物排放標準[S].北京：中國環(huán)境科學出版社，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)計工作。