燃煤电厂烟气超低排放改造土建设计经验浅谈

陈辉

（中国能源建设集团浙江省电力设计院有限公司，杭州 310012）

燃煤电厂烟气超低排放改造土建设计经验浅谈

陈辉

（中国能源建设集团浙江省电力设计院有限公司，杭州 310012）

通过对浙江省内若干已完成烟气超低排放改造的燃煤电厂进行分析总结，分析整个改造过程中土建方面具有代表性的问题，提出设计、施工、设备安装中需要特别注意的事项，为火电厂更好开展超低排放工作提供参考。

燃煤电厂；超低排放改造；钢架；加固；土建改造

0 引言

近30年来，随着我国经济的持续快速发展，各种大气污染物的排放急剧增加，特别是近年来雾霾天气和PM2.5对公众的危害越来越大。目前我国以煤炭为主的能源结构在相当长的时期内不会改变，而煤燃烧是造成我国大气污染的主要原因之一。

根据国务院《节能减排“十二五”规划》要求，到2017年底重点行业主要大气污染物排放浓度下降30%以上。同时根据《浙江省大气污染防治行动计划（2013—2017年）》有关规定，2017年底前，所有新建、在建火电机组必须进行烟气清洁排放技术改造，现有600 MW以上火电机组基本完成烟气清洁排放技术改造，达到燃气轮机组排放要求。这既是满足国家日趋严格的环保标准的需要，又是保证环境质量、保护公众健康的社会责任。

烟气超低排放是指燃煤锅炉大气污染物排放浓度达到、甚至优于天然气燃气轮机组大气污染物排放浓度限值[1]。燃煤锅炉的大气污染物排放浓度应达到以下指标：燃煤电厂烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放限值（标准状态下）分别为5 mg/m3，35 mg/m3和50 mg/m3。

1 烟气超低排放改造方案

浙江省内燃煤机组烟气超低排放改造方案即对现有的脱硝、除尘、脱硫系统进行提效，采用高效协同脱除技术，使机组烟气主要污染物的排放浓度达到天然气燃气轮机组的排放标准，实现烟气超低排放的目标。目前已完成的机组改造一般采用以下2种技术方案：

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。脱硫吸收塔需进行高效脱硫复杂改造。

这2种方案均能满足烟气超低排放要求，但对土建结构设计的影响差别很大。方案1占用空间大，机组停机时间相对较短，投资相对较大，可靠性高；方案2占用空间小，机组停机时间相对较长，投资相对较小，可靠性稍差。本文结合浙江省内若干已完成超低排放改造的燃煤电厂，对超低排放土建结构设计进行初步探讨，为其他火电厂的改造积累经验。

2 脱硝区域改造

目前浙江省内已有机组的SCR反应器一般布置在一次风机支架上部，支撑结构为已进行过一次加固的钢框架。进行超低排放改造需在脱硝支架中增加GGH烟气冷却器，此时需对原结构进行二次加固改造。

2.1 基础改造

受机组停机时间限制，工期安排特别紧张，在进行脱硝基础施工时机组仍未停机，因此需要对原有结构采取保护措施，特别是对一次风机的油站基础（油站会影响风机的正常运行）加以保护。图1为油站基础保护措施，将基础通过角钢吊在钢架上。

图1 风机基础保护措施

当原有基础为天然基础时，新基础采用植筋和原有基础相连。由于场地狭窄，设计时需要考虑现场的施工空间。基础开挖时，施工单位必须采取必要的基坑支护措施。

当原有基础为桩基础时，基础改造需要补桩。由于脱硝区域内场地狭小，新增基桩只能采用钻孔灌注桩（如图2所示）。根据桩间距及施工空间要求，一般只能采用直径600 mm，800 mm的基桩。新增基桩桩端持力层和原有基桩持力层一致。

图2 灌注桩施工

为防止出现返工，在上部结构初步方案确定后，应将柱脚位置以及基础的定位提前提供给现场进行放样，待现场确定没有问题后方可确定正式方案，从而避免基础影响上部结构。

2.2 上部结构改造

GGH烟气冷却器一般布置在锅炉空预器后部，放置标高相对较低，支撑钢架尽量采用新立钢架。如GGH烟气冷却器放在原有钢架上，则需对钢架进行二次加固，钢架加固一般只能采取增大截面法。二次加固的应力重分布以及钢板焊接时的温度应力，会对结构产生不利影响。钢架二次加固时，必须对钢架进行卸荷，保证钢架应力比小于0.55。

烟道走向改变以后，原有脱硝钢架的部分竖向垂直支撑需要拆除重新设置。GGH烟气冷却器的检修轨道布置在原有脱硝钢架上。设备检修起吊空间要求，包括施工时烟道和设备分片就位的起吊路线，都会影响钢架竖向垂直支撑的布置（如图3所示）。拆除和增加垂直支撑的过程必须经过细致的安排，以保证结构的稳定性。

图3 施工时起吊设施

GGH烟气冷却器有一般有2层吹灰器，所以设置吹灰器平台时需考虑通道需求。在原有脱硝钢架外围有1层主电缆通道，在布置新增热媒水管以及平台的支撑结构时需要考虑避开主电缆通道，如图4所示。

图4 脱硝钢架电缆桥架

3 脱硫区域改造

目前浙江省内已有老机组的脱硫设施一般均采用回转式GGH，但泄漏现象严重。超低排放改造中新增的湿式电除尘器及GGH烟气加热器支撑采用新立钢架，吸收塔附近的进出口段部分烟道支撑在原有GGH钢架上，并对原有钢架进行加固改造。而吸收塔改造则是增加吸收塔高度，扩大脱硫循环系统的空间，增加循环浆液喷淋量。根据技术方案的不同，进行相应的吸收塔改造。同时为满足新增脱硫、除尘系统的需要，增加一系列辅助配套设施。

3.1 基础改造

浙江省处于沿海地区，风荷载大，属于低烈度抗震地区。湿式电除尘器及GGH烟气加热器根据火电厂改造的实际情况，一般均为高位布置。钢架荷载都在高处，外围钢柱柱脚基础一般为抗拔控制，中间柱脚基础为受压控制。根据现场地勘资料，钢架基础可采用天然岩石锚杆基础或者灌注桩基础。

脱硫区域地下设施有很多管线和地下沟道，无论是天然基础还是桩基础，基础设计时必须考虑原有管线及沟道的影响，施工时需注意对原有地下设施、原有烟道基础的保护。

吸收塔改造增加的荷载不大，吸收塔基础一般不需要改造，这可以根据工艺提供的荷载对基础进行重新复核。

3.2 上部结构改造

3.2.1 新立湿式电除尘器及GGH烟气加热器钢架

根据业主进度要求，新立湿式电除尘器及GGH烟气加热器钢架施工时机组还未停机，所以在结构布置方案确定时就必须考虑对原有老结构的影响。例如有些钢结构必须跨越原有烟道（如图5所示），根据工艺布置及检修起吊要求，钢架的最大标高一般在40～55 m。钢架最大标高主要受制于GGH烟气加热器的放置方式，GGH烟气加热器分为立式和卧式，根据不同的检修方式，钢架高度相差很大，从空间利用角度看，卧式放置需求空间小，节约材料。GGH烟气加热器一侧会有很多阀门需要操作，因此土建结构设计时必须和厂家密切配合，在阀门侧布置多个操作平台（如图6所示）。同时必须让厂家保证设备荷载、阀门位置的准确性，避免产生重大修改。

图5 新立湿式电除尘器及GGH烟气加热器钢架

图6 GGH烟气加热器平台

湿式电除尘器自身钢架以及检修起吊由厂家自行设计，设计院土建专业一般只设计到上部设备钢架的柱脚位置。

根据已有经验，钢梁一般为强度、稳定控制，钢柱一般为长细比控制，钢架设计时主构件中所有框架柱、柱间支撑、水平支撑及桁架腹杆均为Q235B，其余框架钢梁均为Q345B。钢架垂直支撑布置时需同时考虑通道要求，以免事后修改困难大。

平台楼梯布置时，应特别注意避开GGH烟气加热器的起吊检修空间。同时需注意和热控专业配合，将烟气测点布置在合适的地方，避免平台及通道的不合理浪费。由于测点一般都布置在高位的水平烟道上，根据运行检测需要，一般需设置电梯。在电梯设计时，需提前进行方案布置，在钢架设计时同时考虑。如在后期增加，会产生较大的改动以及浪费。

3.2.2 原有GGH钢架改造

原有烟道走向改变以后，需对原有GGH钢架上的原有烟道及GGH进行拆除。烟道重新布置时，工艺专业应尽量按照原有老钢架标高设置烟道支座，以尽量节约钢材。同时需对原有垂直支撑进行重新布置，并对原有钢架进行校对复核。

在考虑消防通道时，需将原有GGH钢架和新立湿式电除尘器及GGH烟气加热器钢架的平台连通，并且考虑设置2个楼梯以满足消防要求。

4 结语

火电厂烟气超低排放改造的土建设计，必须通盘考虑现场的各种制约条件，包括机组停机时间、设计、施工、钢结构加工、设备修造等，从而保证在有限的时间和空间下完成改造要求。

对现有机组进行超低排放改造时，业主的进度要求一般都很紧，留给设计、施工、钢结构加工、设备修造的时间都很少，因此在可行性研究阶段、初步设计阶段、施工图设计阶段各方就必须协同一致、密切配合才能避免产生各种不必要的修改、浪费甚至严重错误。

[1]GB 13223-2011火电厂大气污染物排放标准[S].北京：中国环境科学出版社，2011.

[2]沈又幸，卞卡，邹道安.燃煤电站烟气超清洁排放技术路线研究及应用[J].电站系统工程，2015，31（1）:43-49.

（本文编辑：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

陈 辉（1983），男，工程师，主要从事火电厂土建结构设计工作。