600MW机组烟气脱硝工程方案选择及设计优化-北极星大气网

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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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