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600MW机组烟气脱硝工程方案选择及设计优化

北极星大气网  来源:论文网    2016/8/24 16:46:33  我要投稿  
所属频道: 大气治理  关键词:脱硝 SCR 烟气脱硝

北极星大气网讯:为控制氮氧化物的排放,我国自21世纪初期始逐步尝试进行火电厂烟气脱硝,但由于缺乏大型机组烟气脱硝经验,因此还需要综合研究脱硝系统来实施。本文通过综合考虑技术、经济、工期等因素,对某发电厂2x600MW机组烟气脱硝工程的土建加固方案进行对比分析,对混凝土框架结构、梁柱外包钢板方式加固处理方式,补桩方案等进行了详细的设计阐述,即达到了脱硝效率又保证了机组的安全可靠运行,为同类型机组脱硝改造工程提供了借鉴意义。

我国是以煤炭为主要一次能源的国家,发电的煤炭约占煤炭消费量的50%。发电厂的大量煤炭燃烧,产生大量的烟气,含有多种有害物质,如:粉尘、硫氧化物(SOx)、氮氧化物(NOx)等,造成了一系列的环境问题。一般600MW机组一小时向大气排放300万立方烟气,1000MW机组一小时能达到500万立方。我国新的《火电厂大气污染物排放标准》规定电厂氮氧化物的排放浓度不得超过200mg/Nm3,因此对于大多电厂都面临着脱硝改造的问题。目前比较成熟、效率较高的脱硝技术为SCR工艺脱硝,被广泛应用于300MW以上的燃煤机组上。现结合某电厂2×600MW机组烟气脱硝改造工程中,由于没有预留脱硝载荷量而采用的基础加固方案进行阐述和分析。

1、工程概况

该电厂地层主要为第四系土层,土层厚度达到70m,从地面往下至-12.0m左右为淤泥和淤泥质亚粘土,属软土地基,并且软土层较厚,含水量大。厂区需作地基处理或采用深基础,根据地层的承载能力和地层特点,附属建筑可选择第四层、六层为桩基持力层。该电厂厂址区稳定性较好,抗震设防烈度为6度,设计地震分组为第一组。

场地含水层透水性能差,为淤泥质粘土,渗透系数5.0×10-8cm/s。上不空隙承压水水量微弱,承压水头与海面接近,对工程影响较小。

2、土建改造难点

(1)脱硝装置土建加固施工不能影响机组的正常生产运行,因此设备搭设、保护等安全工作要落实到位。

(2)土建加固施工工作量大,部分区域如有附属建筑影响还需修改局部设计方案。

(3)对加固用的主要原材料必须注重现场取样检测,检测合格后才能用于施工。

(4)施工工期需和检修时间相适应,为炉后烟道拆除留出充分的时间。并且改造加固完成后应保持与原结构的一致性,保证加固后的结构观感质量。

3、土建改造方案对比

通过核算原锅炉风机结构整体受力状况,及新增负荷需求,设计了三种改造方案:一是拆除原钢筋混凝土框架结构,采用钢框架支撑;二是保留原结构框架,在外采用包钢方法加固,在风机支架顶部新增钢支架以支撑SCR脱硝装置;三是保留原结构框架,寻找合适位置设立钢支架支撑SCR脱硝装置。

通过对比分析:方案一由于对管线、烟风道及相关设备的拆除需要耗费的工期较长,并且需要在停机状态下施工。方案二能在机组正常运行下施工,原炉后相关设备保持不变。但经过改造加固后,要注意对原结构设备的保护,若原结构部分设备对加固改造工程有影响,可进行必要的拆除,确保改造工程的进行,如图1。方案三也能在机组正常运行下施工,施工相对容易、工期较短,但在选择钢立柱位置时,需避开原管线、烟风道等,布置较为困难。

以上三种方案虽然都能承担新增的各种负荷效应(SCR脱硝荷载、地震荷载)等,满足脱硝改造的要求。结合实际情况分析,方案二的加固方式比较符合具体情况,即对原混凝土柱进行外包钢板成箱型柱,并落至基础承受台与其坚固连接,以箱型柱支撑SCR反应器,改造后仍能满足原结构框架。

4、基础加固方案设计

该加固设计采用PKPM系列的STS钢结构三维计算模型对钢支架进行分析,根据有限元分析其在高温时的受力分布。垂直支撑、梁、桁架弦等采用杆单元,方案设计考虑了荷载加载:脱硝系统自重、风荷载、催化剂等。箱型柱需要承担新增的负重,改造后的桩基承担柱底负荷。为了能够承担所有新增的荷载,需要补桩和增大承台底面积。计算基础补桩、结构本体时,需对钢支架整体建模,计算柱脚反力,还要综合考虑载荷的不同工况组合,逐个对比原桩基设计,分析需要进行基础补桩的数量。

4.1、补桩方案

原结构框架采用PHC预应力管桩,桩径600mm、桩长为22m,各个承台间的水平承载力采用拉梁连接。由于脱硝改造场地自身狭小,补桩需要考虑机械的进场问题,大型机械进入场地施工困难,除非拆除部分附属建筑物,并且补桩产生的挤土效应对原桩基也有影响,改造方案应考虑排除PHC预应力管桩方案。通过对地质、水文条件的综合考虑,采用钻孔灌注桩的机械成桩方案。关于场地狭小问题,对桩机进行改造,补桩要考虑桩柱的对称性,避免偏心力对上部结构的影响。

4.2、承载台的改造

通过对钢支架建模计算柱脚反力,并根据原有的风机承台位置计算承台厚度。同时由于原有的承台对新建承台有一定的影响,因此分为两种改造方案:突出地面和不突出地面方案。突出地面方案是保留原混凝土框架、原承台,通过化学植筋、加强配筋等技术连接新旧承台,共同承担荷载。该方案不仅对原结构破坏较少,而且施工工期也短,但突出的承台影响了整体场地的美观,对机组的检修也有一定影响。由于该厂3号机组在脱硝改造期间正在运行,为保证安全作业,该机组采用了突出地面方案。不突出地面方案需切除既有承台的一定厚度。在切割既有承台前,需要多道支撑承担上部荷载,减少旧承台的荷载,然后对旧桩基先切割局部,用大口径钢管在桩位出做临时支撑。根据实际情况增设斜支撑保证侧向的稳定性,等到新加固砼的强度达到75%之前不易做切割施工,强度达到100%后再拆除临时支撑。一个承台完成后才能对同水平向另一承台进行施工。该方案能保证场地的美观,对机组检修也不会造成影响,但对旧承台破坏较大,施工周期较长,该厂1号机组在改造过程中处于检修期,因此采用了不突出地面方案,保证了施工安全和质量。

4.3、上部结构相连问题

对于新做承台,在承台浇筑完成后,与预埋柱脚板焊接、加固,之后对柱脚四周采用化学植筋方法锚入承台中,深度应大于15倍钢筋直径,具体长度由纵向钢筋连接形式而定。最后形成柱脚短柱,使包钢柱与承台承接成整体。在养护期间,要避免高温、腐蚀、地基不均匀沉降等因素对结构的破坏。

4.4、加固效果

通过脱硝改造,3号机组一直安全、稳定运行,新增荷载达到最大后,也基本不在沉降或沉降量很小。1号机组沉降累计量也满足相关规范要求,既保证了场地的美观又有利于日常维修。

结语

为相应国家节能减排的号召,火力发电机组的脱硝改造刻不容缓。该电厂的脱硝改造工程充分利用了既有构筑物,采用混凝土柱包钢方式对柱梁进行加固处理,满足了承载力要求。该SCR脱硝系统改造后,大大降低了电厂NOx排放,提高了脱硝效率和经济效益,在很大程度上改善了该地区环境质量。因此今后我们仍要不断探索,勇于创新脱硝技术,为我国脱硝环保事业的发展和经济建设作出应有的贡献。

原标题:600MW机组烟气脱硝工程方案选择及设计优化

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