燃煤电厂超低排放改造土建设计经验浅谈

燃煤电厂超低排放改造土建设计经验浅谈

金军洁

浙江天地环保科技有限公司311121

摘要：为控制日益严重的雾霾，减小经济发展和环境保护日渐突出的矛盾，国家提出了更高目标的污染物排放标准，大力推行燃煤电厂的超低排放。火电厂超低排放改造中为达到烟气排放指标新增除尘设备，对既有脱硫岛区域进行改造利用原有支架，上部结构荷载改变根据相应规范需对原有基础进行复核加固。本文结合电厂超低排放改造中土建设计，提出解决传统土建设计中的一系列问题，为燃煤电厂开展超低排放土建设计提供借鉴。

关键词：燃煤电厂；超低排放；土建设计；基础及支架加固

引言

为了控制我国大气污染形势，国务院先后颁布“大气污染防治十条措施”和“节能减排十二五规划”等政策性文件，2017年，国家颁布《火电厂大气污染物排放标准》，意在治理大气环境，提高大气环境质量，减少对空气的污染，实现节能减排的效果。使电厂完成烟气的清洁排放技术改造，既满足国家对环保标准的要求，也能保护公众健康，促进空气环境质量的改善。

一、污染物控制技术

（一）超低排放

我国“富煤贫油少气”的一次能源禀赋，决定了以煤电作为主要能源的安全性较有保障。浙能集团和浙江大学经过长期产学研用合作，于2013年在国内率先提出了利用高效协同脱除技术实现“燃煤机组烟气污染物超低排放”的目标，即燃煤电厂的烟气排放标准优于天然气机组的排放标准：烟尘每立方米5毫克、二氧化硫每立方米35毫克、氮氧化合物每立方米50毫克，尤其是PM2.5脱除率可达70%以上。超低排放在2015年12月2日写入国务院总理李克强主持的国务院常务会议中。

（二）烟尘控制技术

目前，将静电除尘器和烟气余热利用系统等技术结合，不断完善工艺，实现节能减排和综合利用，已经成为除尘工艺的最新趋势。具有适应烟气范围广泛、运行稳定、维护方便等优势。通过脱硫、除尘和脱硝等过程，使机组烟气排放物浓度达到天然气燃气轮机组的排放标准，实现烟气的超低排放。

常用的烟尘控制技术为：湿式电除尘器+低温电除尘器，低温电除尘器采用新一代电除尘器供电电源，其输入三相交流电为50Hz、380Ｖ，再利用桥逆变为高频交流电，经三相整流后为550Ｖ直流，最后经整流变压器升压，得到90Ｖ整流变压器升压。由于高频电压具有电功率大、电能转换率高的特点，其对于增加粉尘负荷量、提高电场内空气电离效率，实现节能减排具有重要意义。

（三）烟气超低排放改造方案

目前，常采用脱硝、除尘、脱硫系统，完成烟气超低排放改造方案。采用高效协同脱除技术，控制机组烟气的排放物浓度，使之达到天然气燃气轮机组的排放标准。国内常用的烟气超低排放改造方案有：

方案1：GGH（气-气换热器）烟气冷却器+SCR（选择性催化还原法）脱硝反应器+低低温电除尘+石灰石-石膏湿法脱硫+湿式电除尘+GGH烟气加热器。脱硫吸收塔需进行简单的改造。

方案2：GGH烟气冷却器+SCR脱硝反应器+低低温电除尘+石灰石-石膏湿法脱硫+

GGH烟气加热器。

这两种方案总都能满足烟气超低排放的目的。但其对土建结构设计的影响差别很大。对于方案一而言，其具有可靠性高，停机时间短的优点。但缺点也很明显，其投资相比其它方案，要高很多。对于方案二而言，其优点为投资小，见效周期短。但缺点也十分突出，例如，可靠性一般，停机时间过长等。本文针对传统方案存在的弊端，对烟气超低排放土建结构进行设计，为电厂积累相关经验。

二、脱硝区域改造

近年来，人们通常将一次风机支架布置在机组的SCR反应器上，该风机支架布置结构多为已经陈旧落后的钢框架。因此，本文通过在脱销支架中增加GGH烟气冷却器装置，对风机支架进行脱销改造，实现超低排放和对原结构的二次加固改造。

（一）基础改造

由于工期短，任务重。因此，在有限的时间内，脱销基础施工工作并没有停止，需要对机组进行二次加固措施，以确保原有机组的稳定运行。同时，由于场地有限，在施工时要考虑现场的施工空间。在现场施工空间内，采取必要的基坑支护措施进行开挖。如果原有的基础为天然基础，需要使用植筋，将天然基础和原有基础连接起来。当原有基础为桩基础时，需要对基础改造进行补桩。因脱硝支架区域空间狭小，预制桩无法进场，加固桩基时采用钻孔灌注桩，同时机桩的直径控制在600mm~800mm，同时，桩间距和施工空间要满足桩基规范，为保证受力稳定沉降均匀，原有基桩持力层与新增基桩桩端持力层保持在同一层。

待方案初步确定以后，将基础的定位和柱脚的位置提供给现场进行确认，现场放样确认无误再讨论最终方案，最大限度防止返工的现象，也避免基础会影响到上部结构。

（二）上部结构改造

GGH烟气冷却器一般放置于SCR脱硝反应器下方，冷却器支架采用新立钢支架，位置多放置于锅炉空预器的后部。部分平台烟道的连接需借用原有脱销反应器支架，对原有脱硝支架进行加固改造。一般对钢柱加固采用粘贴钢板进行二次加固。钢板焊接过程的温度应力，应力重复布情况，都会对结构造成很大影响。因此，为了保证钢架的应力不大于0.55，需要对钢架进行二次加固，对钢架进行卸荷。由于烟气位置改变后，原有脱销钢架的方向也随之改变，为了保证脱销钢架具有良好的使用效果，需要重新设置脱销钢架的方向。引入GGH烟气冷却器的检修轨道，将其布置在脱销钢架上。在设备装修的过程中，设备检修需满足起吊空间的要求，设备分片和烟道都要满足钢架竖向垂直的布置要求，同时，设计需考虑在安排过程中，拆除顺序对结构稳定性影响，在图纸设计中加以注明；复核垂直支撑增加和设备吊装过程，以确保结构的整体稳定性。

（三）脱硫区域改造

为了提高老机组脱硫效率，解决密封系统等问题，需对脱硫吸收塔进行改造，并加装加热器、湿式电除尘。为支撑新增设备，在既有脱硫区域新立钢架或利用原有混凝土柱加高支撑，并对已经老化的脱硫装置进行改造。在吸收塔附近，增设的吸收塔出口烟道支撑在GGH钢架上，需对既有GGH支架进行加固改造。通过增加循环浆液喷淋量、增加吸收塔高度，以及完善脱硫循环系统等途径，实现对吸收塔的改造，需复核吸收塔基础，验算基地应力，稳定和抗倾覆。针对不同除尘的需求，通过增加配套设施，来共同完成脱硫的目的。

1.原有GGH钢架的改造

当烟道方向改变后，需要按照原有的标高，重新对原有的老钢架进行标高设置，同时，将GGH钢架的原有烟道和GGH拆除，以达到节约钢材的目的。重新布置原有的垂直支撑，并对原有支架进行复核和审核。在考虑消防通道过程中，设置2个通行楼梯满足消防需求，将GGH烟气加热器、新立湿式电除尘器，以及GGH钢架平台连通，确保通行。

2.基础改造

根据电厂的实际情况，将GGH烟气加热器和湿式电除尘器安排为高位布置。钢架基础可采用灌注桩基础或天然岩石锚杆基础，结合电厂实际地勘资料，通过支撑布置将中间柱脚基础为受压控制，钢架荷载位于高处。对部分需利旧基础，进行支架和基础检测后结合加固规范，通常采用增补桩改变传力途径或加大截面。通过植筋和凿毛处理加强新老混凝土面的连接，确保整理受力。

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