600MW機組脫硝改造基礎加固方案分析

呂宏俊

(宇星科技發展(深圳)有限公司，廣東深圳 518057)

煙氣脫硝是繼煙氣脫硫之后國家控制火電廠污染物排放的重點領域，是“十二五”大氣污染物減排的重中之重，《火電廠污染物排放標準》(GB 13223－2011)［1］對燃煤鍋爐大氣污染物中氮氧化物的排放限值更加嚴格。對大多已建燃煤機組來說，都面臨著脫硝改造的問題。在眾多的脫硝技術中，SCR工藝脫硝效率最高［2］、技術成熟［3］，在 300MW 及以上燃煤機組上得到廣泛的應用［4－5］。而對于已建電廠，由于一般的爐后管道、管線、設備等布置都比較緊湊，土建設計時沒有預留脫硝載荷量，在這樣的基礎上進行脫硝改造困難較大，必須進行補樁及增加承臺底面積以滿足新增脫硝載荷的要求?，F就某電廠2×600MW機組煙氣脫硝改造工程的基礎加固方案進行闡述和分析。

1 地質條件

1.1 工程地質

該電廠廠址區地層主要為第四系土層，由全新統海積軟土、上更新統沖海積砂性土及中更新統沖、洪積粘性土夾礫砂類土組成。上侏羅紀粉砂巖及凝灰巖分部于丘陵區及海積平原的底部。廠區第四系土層厚度達到70m，其中上部14.2～25.4m為淤泥或淤泥質土，均屬軟土地基，廠區的一般建(構)筑物需作地基處理或采用深基礎，附屬建(構)筑物，可根據地層分部特點與荷載大小，選擇(4)層及(6)層作為樁基持力層。

廠區地震活動性弱，區域穩定性良好。廠區抗震設防烈度為6度，根據《中國地震動參數區劃圖》(GB 18306－2001)，廠區50年超越概率10%的地震動峰值加速度為0.05g，設計地震分組為第一組，土層剪切波速105.2m/s，屬軟弱場地土，Ⅲ類建筑場地，場地特征周期0.45s，屬抗震不利地段。

1.2 水文地質

場地上部空隙潛水水量微弱，含水層為淤泥及淤泥質粘土，透水性能差，滲透系數為5.0×10－8cm/s，地下水位深埋為0.5～1.0m?？障冻袎核恐械?，承壓水頭與海面接近，對工程影響不大。

2 土建改造方案比選

原鍋爐風機為鋼筋混凝土框架結構，未考慮脫硝荷載的影響。因此，需要核算結構整體受力情況以滿足新增載荷的要求。經研究分析，原風機框架結構有三種改造方案:一是拆除原風機混凝土框架結構，在原柱位重新立鋼柱，形成鋼框架－支撐體系;二是保留原混凝土框架結構，采用包鋼方式對原有柱梁進行加固以滿足承載力要求，在原有風機支架頂部新增鋼支架以支撐SCR脫硝裝置;三是在不拆除原有結構的情況下，選取合適的位置重新立鋼柱，形成鋼框架－支撐體系以支撐SCR脫硝裝置。

經過現場調研與方案比選:方案一需要在停機狀態下進行施工，需要對煙風道、管線及相關工藝專業設備進行拆除，施工工期比較長。方案二可在機組正常運行狀態下進行施工，爐后原有設備、煙風道、管線等保持不變(見圖1)。但是，在機組運行期間進行加固改造，要做好對原有設備、煙風道、管線、結構的保護，原有鍋爐風機房上部結構支(吊)很多管道、電纜等，在進行加固改造之前需全面考慮設備、煙風道、管線等對加固改造的影響，必要時對其進行拆除、移位以保證送風機支架改造的順利進行。方案三也可在機組正常運行狀態下進行施工，上部結構的安裝比方案二的改造工期短，鋼結構可在預制廠制作，施工相對容易些。但是，選擇鋼柱位置時，需要避開原有設備、煙風道、管線、電纜橋架及相應的設備基礎等，新增支架的柱、柱間支撐、梁、水平支撐等需要避開原有設備、煙風道、管線及起吊設施，存在較大的布置困難。

圖1 方案二示意

盡管以上三個方案都能夠承擔新增的SCR脫硝荷載、風荷載及地震荷載等所引起的各種荷載效應，都能夠滿足脫硝改造的要求，結合該工程爐后的具體情況，采用方案二加固方式，即混凝土柱外包鋼板成箱形柱、箱形柱下部落至基礎承臺、加柱腳板及抗剪栓釘與承臺可靠連接，配鋼筋包裹混凝土至高出承臺面200mm;箱形柱上部繼續上升支撐SCR反應器;改造后下部支撐條件仍滿足原有管架、設備、煙道及起吊設施。

3 基礎加固設計

設計時采用PKPM系列的STS鋼結構計算程序建立的三維空間計算模型對鋼支架進行分析，采用有限元分析反應器本體在高溫時的受力分布;梁、柱、垂直支撐、水平支撐、桁架弦等均采用桿單元，結構分析考慮了結構自重、脫硝系統自重、設備荷載、風荷載、地震荷載，以及催化劑和積灰等荷載加載。

所有新增荷載均由新包箱型柱承擔，全部柱底荷載由改造后的樁基共同承擔。由于新增的脫硝荷載很大，原管樁個數不能滿足新增脫硝荷載的要求，故需補樁及增加承臺底面積。計算基礎補樁時，鋼支架整體建模，輸入原有荷載條件和新增反應器荷載，計算柱腳反力;在計算結構本體時，同時考慮工藝荷載、風載、地震載荷等不同工況的組合。鋼支架在布置時保持原有柱位，以充分利用原有基礎。根據計算結果，逐個比對原設計樁基，分析哪些基礎需要進行補樁及補樁的數量。

3.1 補樁方案

原風機框架基礎采用PHC預應力管樁，樁徑600mm、樁長為22m;承臺之間采用拉梁連接以滿足水平承載力要求。由于脫硝改造場地狹小，且與鍋爐鋼支架及電除塵鋼支架緊臨布置，補樁時需要充分考慮機械進場及占位條件，大型機械無法進入該施工場地作業，除非拆除既有構筑物，包括煙道、混凝土支架和綜合管架等，且預制樁的打入將產生擠土效應影響既有樁基礎，從施工場地條件、新打樁的擠土效應以及造價控制考慮排除PHC預應力管樁方案。綜合考慮工程地質條件和水文地質條件，采用沖(鉆)孔灌注樁的機械成樁方案。機械成樁時，充分考慮施工場地非常狹小的不利因素，對樁機進行改造處理。另外，補樁時充分考慮樁的對稱性，避免受力大偏心，確保上部結構的安全。

3.2 承臺改造方案

根據SCR反應器鋼支架整體建模計算得到的柱腳反力，并根據風機框架既有承臺的位置及標高，通過計算確定承臺厚度，由于風機框架既有承臺的存在影響新建承臺的最終效果，改造方案可分為突出地面方案和不突出地面方案兩種。

突出地面方案中，原混凝土框架不拆除，柱底承臺不切除，通過化學植筋、加強配筋等技術手段把新舊承臺連成一個整體來共同受力、共同承擔上部荷載。承臺改造完成后，新的承臺面將突出地面300～800mm。該承臺改造方案對既有結構破壞較少，施工周期較短;但承臺突出地面影響場地美觀，也不利于機組的檢修。該電廠3號機組脫硝改造期間，由于機組正在運行，為確保機組的安全、穩定運行，3號機組脫硝改造采取承臺突出地面方案。

不突出地面方案中，若承臺改造不突出地面，舊承臺需要切除一定厚度。在未切割舊承臺時用多道支撐來承擔上部荷載，盡可能地減小傳遞至舊承臺上的上部荷載，然后進行切割工作。先切割舊承臺平面上原樁位的局部，用大口徑鋼管在樁位處做臨時支撐與原有柱共同承擔原有荷載;根據現場情況增設斜支撐，以保證它的側向穩定。待新加固砼達到100%強度后拆除臨時支撐和割除鋼支撐。同一構筑物的承臺改造，在加固的新砼強度達到75%之前，其相鄰兩側的承臺不宜做切割施工;一個承臺完成后方可完成同軸線另一個承臺。該承臺改造方案能保證場地美觀，不會對機組的檢修造成影響;但施工過程對既有承臺破壞較大，且施工周期較長，施工期間臨時支撐措施要確保其安全性。該電廠1號機組脫硝改造期間，機組正在大修，采用承臺不突出地面方案，有效的保證了施工安全和施工質量。

3.3 與上部結構連接

新做承臺澆筑前先預埋好柱腳底板，保證柱腳底板的水平度，不影響包鋼柱的傳力;承臺澆筑完成后進行混凝土柱包鋼板及柱腳底板焊接加固肋施工，對既有風機上部的混凝土框架外包鋼板成箱形柱，箱形柱下部落至承臺頂部，與預埋的柱腳板焊接、加固，再在四周焊接加固肋，使柱腳板與箱型柱可靠連接;之后在柱腳地板四周采用化學植筋方法錨入承臺中，使鋼筋與新做承臺有效連接，化學植筋錨入深度一般不小于15倍鋼筋直徑，伸出長度根據與新加縱向鋼筋的連接形式而定;最后再進行柱腳配筋、支模、灌注混凝土施工，形成柱腳短柱，使包鋼柱與承臺承接形成統一整體。新增混凝土留有足夠的養護時間，使混凝土能夠滿足強度要求。

在加固施工過程中，避免由于高溫、腐蝕、凍融、振動、地基不均勻沉降等原因造成的結構損壞，同時考慮消除減小或抵御這些不利因素的有效措施，保證既有結構的安全性和耐久性。

3.4 基礎加固實施效果

在機組正常運行期間，3號機組脫硝改造工程采用沖(鉆)孔灌注樁+承臺露出地面的基礎加固方案，有效地保證了機組的安全、穩定運行，施工過程中及達到最大荷載后的定期沉降檢測記錄顯示累計沉降量在遠遠低于允許的最大沉降量，新增荷載達到最大后，已基本不在沉降或沉降量很小，表明該加固方案滿足新增脫硝載荷的要求。在1號機組大修期間，對其脫硝改造工程進行沖(鉆)孔灌注樁+承臺不露出地面的基礎加固施工，在滿足新增脫硝載荷要求的前提下，采用有效的安全防護和支撐體系，做好相關監測和控制措施，有效地保證了施工質量和施工安全，沉降累計量也滿足相關規范要求，實施后的承臺不露出地面，保證了場地的美觀，也有利于機組的日常運行維護和檢修。

4 結語

該脫硝改造工程土建部分保留原混凝土框架結構，充分利用既有構筑物，采用混凝土柱包鋼方式對原有柱梁進行加固處理以滿足承載力要求，在原有風機支架頂部新增鋼支架以支撐SCR脫硝裝置。該SCR脫硝系統建成后對改善周圍的大氣環境質量將起到積極的作用，實施后將滿足日益嚴格的環保要求，進一步降低電廠NOx排放，有效地改善當地的大氣質量。

［1］GB 13223－2011，火力發電廠大氣污染物排放標準［S］.

［2］呂宏俊，吳迅海.選擇性催化還原脫硝技術應用的若干問題［M］.北京:中國大地出版社，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］呂宏俊.選擇性催化還原脫硝工藝的三種布置方式及分析評價［J］.中國環保產業，2007，(5):160－164.