600MW机组脱硝改造基础加固方案分析

吕宏俊

(宇星科技发展(深圳)有限公司，广东深圳 518057)

烟气脱硝是继烟气脱硫之后国家控制火电厂污染物排放的重点领域，是“十二五”大气污染物减排的重中之重，《火电厂污染物排放标准》(GB 13223－2011)［1］对燃煤锅炉大气污染物中氮氧化物的排放限值更加严格。对大多已建燃煤机组来说，都面临着脱硝改造的问题。在众多的脱硝技术中，SCR工艺脱硝效率最高［2］、技术成熟［3］，在 300MW 及以上燃煤机组上得到广泛的应用［4－5］。而对于已建电厂，由于一般的炉后管道、管线、设备等布置都比较紧凑，土建设计时没有预留脱硝载荷量，在这样的基础上进行脱硝改造困难较大，必须进行补桩及增加承台底面积以满足新增脱硝载荷的要求。现就某电厂2×600MW机组烟气脱硝改造工程的基础加固方案进行阐述和分析。

1 地质条件

1.1 工程地质

该电厂厂址区地层主要为第四系土层，由全新统海积软土、上更新统冲海积砂性土及中更新统冲、洪积粘性土夹砾砂类土组成。上侏罗纪粉砂岩及凝灰岩分部于丘陵区及海积平原的底部。厂区第四系土层厚度达到70m，其中上部14.2～25.4m为淤泥或淤泥质土，均属软土地基，厂区的一般建(构)筑物需作地基处理或采用深基础，附属建(构)筑物，可根据地层分部特点与荷载大小，选择(4)层及(6)层作为桩基持力层。

厂区地震活动性弱，区域稳定性良好。厂区抗震设防烈度为6度，根据《中国地震动参数区划图》(GB 18306－2001)，厂区50年超越概率10%的地震动峰值加速度为0.05g，设计地震分组为第一组，土层剪切波速105.2m/s，属软弱场地土，Ⅲ类建筑场地，场地特征周期0.45s，属抗震不利地段。

1.2 水文地质

场地上部空隙潜水水量微弱，含水层为淤泥及淤泥质粘土，透水性能差，渗透系数为5.0×10－8cm/s，地下水位深埋为0.5～1.0m。空隙承压水水量中等，承压水头与海面接近，对工程影响不大。

2 土建改造方案比选

原锅炉风机为钢筋混凝土框架结构，未考虑脱硝荷载的影响。因此，需要核算结构整体受力情况以满足新增载荷的要求。经研究分析，原风机框架结构有三种改造方案:一是拆除原风机混凝土框架结构，在原柱位重新立钢柱，形成钢框架－支撑体系;二是保留原混凝土框架结构，采用包钢方式对原有柱梁进行加固以满足承载力要求，在原有风机支架顶部新增钢支架以支撑SCR脱硝装置;三是在不拆除原有结构的情况下，选取合适的位置重新立钢柱，形成钢框架－支撑体系以支撑SCR脱硝装置。

经过现场调研与方案比选:方案一需要在停机状态下进行施工，需要对烟风道、管线及相关工艺专业设备进行拆除，施工工期比较长。方案二可在机组正常运行状态下进行施工，炉后原有设备、烟风道、管线等保持不变(见图1)。但是，在机组运行期间进行加固改造，要做好对原有设备、烟风道、管线、结构的保护，原有锅炉风机房上部结构支(吊)很多管道、电缆等，在进行加固改造之前需全面考虑设备、烟风道、管线等对加固改造的影响，必要时对其进行拆除、移位以保证送风机支架改造的顺利进行。方案三也可在机组正常运行状态下进行施工，上部结构的安装比方案二的改造工期短，钢结构可在预制厂制作，施工相对容易些。但是，选择钢柱位置时，需要避开原有设备、烟风道、管线、电缆桥架及相应的设备基础等，新增支架的柱、柱间支撑、梁、水平支撑等需要避开原有设备、烟风道、管线及起吊设施，存在较大的布置困难。

图1 方案二示意

尽管以上三个方案都能够承担新增的SCR脱硝荷载、风荷载及地震荷载等所引起的各种荷载效应，都能够满足脱硝改造的要求，结合该工程炉后的具体情况，采用方案二加固方式，即混凝土柱外包钢板成箱形柱、箱形柱下部落至基础承台、加柱脚板及抗剪栓钉与承台可靠连接，配钢筋包裹混凝土至高出承台面200mm;箱形柱上部继续上升支撑SCR反应器;改造后下部支撑条件仍满足原有管架、设备、烟道及起吊设施。

3 基础加固设计

设计时采用PKPM系列的STS钢结构计算程序建立的三维空间计算模型对钢支架进行分析，采用有限元分析反应器本体在高温时的受力分布;梁、柱、垂直支撑、水平支撑、桁架弦等均采用杆单元，结构分析考虑了结构自重、脱硝系统自重、设备荷载、风荷载、地震荷载，以及催化剂和积灰等荷载加载。

所有新增荷载均由新包箱型柱承担，全部柱底荷载由改造后的桩基共同承担。由于新增的脱硝荷载很大，原管桩个数不能满足新增脱硝荷载的要求，故需补桩及增加承台底面积。计算基础补桩时，钢支架整体建模，输入原有荷载条件和新增反应器荷载，计算柱脚反力;在计算结构本体时，同时考虑工艺荷载、风载、地震载荷等不同工况的组合。钢支架在布置时保持原有柱位，以充分利用原有基础。根据计算结果，逐个比对原设计桩基，分析哪些基础需要进行补桩及补桩的数量。

3.1 补桩方案

原风机框架基础采用PHC预应力管桩，桩径600mm、桩长为22m;承台之间采用拉梁连接以满足水平承载力要求。由于脱硝改造场地狭小，且与锅炉钢支架及电除尘钢支架紧临布置，补桩时需要充分考虑机械进场及占位条件，大型机械无法进入该施工场地作业，除非拆除既有构筑物，包括烟道、混凝土支架和综合管架等，且预制桩的打入将产生挤土效应影响既有桩基础，从施工场地条件、新打桩的挤土效应以及造价控制考虑排除PHC预应力管桩方案。综合考虑工程地质条件和水文地质条件，采用冲(钻)孔灌注桩的机械成桩方案。机械成桩时，充分考虑施工场地非常狭小的不利因素，对桩机进行改造处理。另外，补桩时充分考虑桩的对称性，避免受力大偏心，确保上部结构的安全。

3.2 承台改造方案

根据SCR反应器钢支架整体建模计算得到的柱脚反力，并根据风机框架既有承台的位置及标高，通过计算确定承台厚度，由于风机框架既有承台的存在影响新建承台的最终效果，改造方案可分为突出地面方案和不突出地面方案两种。

突出地面方案中，原混凝土框架不拆除，柱底承台不切除，通过化学植筋、加强配筋等技术手段把新旧承台连成一个整体来共同受力、共同承担上部荷载。承台改造完成后，新的承台面将突出地面300～800mm。该承台改造方案对既有结构破坏较少，施工周期较短;但承台突出地面影响场地美观，也不利于机组的检修。该电厂3号机组脱硝改造期间，由于机组正在运行，为确保机组的安全、稳定运行，3号机组脱硝改造采取承台突出地面方案。

不突出地面方案中，若承台改造不突出地面，旧承台需要切除一定厚度。在未切割旧承台时用多道支撑来承担上部荷载，尽可能地减小传递至旧承台上的上部荷载，然后进行切割工作。先切割旧承台平面上原桩位的局部，用大口径钢管在桩位处做临时支撑与原有柱共同承担原有荷载;根据现场情况增设斜支撑，以保证它的侧向稳定。待新加固砼达到100%强度后拆除临时支撑和割除钢支撑。同一构筑物的承台改造，在加固的新砼强度达到75%之前，其相邻两侧的承台不宜做切割施工;一个承台完成后方可完成同轴线另一个承台。该承台改造方案能保证场地美观，不会对机组的检修造成影响;但施工过程对既有承台破坏较大，且施工周期较长，施工期间临时支撑措施要确保其安全性。该电厂1号机组脱硝改造期间，机组正在大修，采用承台不突出地面方案，有效的保证了施工安全和施工质量。

3.3 与上部结构连接

新做承台浇筑前先预埋好柱脚底板，保证柱脚底板的水平度，不影响包钢柱的传力;承台浇筑完成后进行混凝土柱包钢板及柱脚底板焊接加固肋施工，对既有风机上部的混凝土框架外包钢板成箱形柱，箱形柱下部落至承台顶部，与预埋的柱脚板焊接、加固，再在四周焊接加固肋，使柱脚板与箱型柱可靠连接;之后在柱脚地板四周采用化学植筋方法锚入承台中，使钢筋与新做承台有效连接，化学植筋锚入深度一般不小于15倍钢筋直径，伸出长度根据与新加纵向钢筋的连接形式而定;最后再进行柱脚配筋、支模、灌注混凝土施工，形成柱脚短柱，使包钢柱与承台承接形成统一整体。新增混凝土留有足够的养护时间，使混凝土能够满足强度要求。

在加固施工过程中，避免由于高温、腐蚀、冻融、振动、地基不均匀沉降等原因造成的结构损坏，同时考虑消除减小或抵御这些不利因素的有效措施，保证既有结构的安全性和耐久性。

3.4 基础加固实施效果

在机组正常运行期间，3号机组脱硝改造工程采用冲(钻)孔灌注桩+承台露出地面的基础加固方案，有效地保证了机组的安全、稳定运行，施工过程中及达到最大荷载后的定期沉降检测记录显示累计沉降量在远远低于允许的最大沉降量，新增荷载达到最大后，已基本不在沉降或沉降量很小，表明该加固方案满足新增脱硝载荷的要求。在1号机组大修期间，对其脱硝改造工程进行冲(钻)孔灌注桩+承台不露出地面的基础加固施工，在满足新增脱硝载荷要求的前提下，采用有效的安全防护和支撑体系，做好相关监测和控制措施，有效地保证了施工质量和施工安全，沉降累计量也满足相关规范要求，实施后的承台不露出地面，保证了场地的美观，也有利于机组的日常运行维护和检修。

4 结语

该脱硝改造工程土建部分保留原混凝土框架结构，充分利用既有构筑物，采用混凝土柱包钢方式对原有柱梁进行加固处理以满足承载力要求，在原有风机支架顶部新增钢支架以支撑SCR脱硝装置。该SCR脱硝系统建成后对改善周围的大气环境质量将起到积极的作用，实施后将满足日益严格的环保要求，进一步降低电厂NOx排放，有效地改善当地的大气质量。

［1］GB 13223－2011，火力发电厂大气污染物排放标准［S］.

［2］吕宏俊，吴迅海.选择性催化还原脱硝技术应用的若干问题［M］.北京:中国大地出版社，2006.

［3］Pio Forzatti.Present status and perspectives in de － NOxSCR catalysis［J］.Applied Catalysis A:General，2001，(222):221 －236.

［4］EPA/452/B －02 －001，EPA Air Pollution Control Cost Manual(Sixth Edition)，2002［S］.

［5］吕宏俊.选择性催化还原脱硝工艺的三种布置方式及分析评价［J］.中国环保产业，2007，(5):160－164.