三炉一塔脱硫装置烟道的改造技术及经验

三炉一塔脱硫装置烟道的改造技术及经验2008-07-2314:48:17烟道改造是烟气脱硫技改工程中与现有机组间最关键的接口工程，也是脱硫工程建设中关键节点工程。因烟道改造必须在停炉期间实施，而机组的停炉时间和周期直接与电力生产计划密切相关，脱硫工程必须适应机组生产计划的时间要求，且烟道改造必须以不影响机组发电，不影响电厂的运行安全和文明生产，保证脱硫装置的可靠运行为原则，因此建设单位应高度重视，必须结合电厂的内外部资源条件和实际情况，因厂制宜，从烟道改造的设计入手，慎重研究，确保设计方案科学、合理、可行，同时周密策划施工方案，合理安排施工进程，确保烟道改造的按期、保质完工。笔者结合国电天津第一热电厂（以下简称天津一热）3台220t/h锅炉烟气脱硫技改工程，详细介绍“三炉一塔、一炉调峰”脱硫装置烟道改造的核心技术及经验总结，希期为未来5-10年间大量的现有机组脱硫烟道改造提供有益的指导。1、脱硫工程概况天津一热烟气脱硫技改工程是国家“十五”SO2污染防治、国电集团环保技改、天津市蓝天工程项目。由国电环境保护研究院（以下简称国环院）总承包建设。该工程有3个显著的特点：（1）地处天津市中心，环境敏感度高，环保要求高，即使燃用硫份为0.97%的燃煤，要达到天津市SO2的排放要求，尚需建设脱硫效率达95.5%的脱硫装置。2）属于现有小机组脱硫改造，存在建设场地和空间狭小、地下管网复杂、临近建构筑物限制、原有设备需要改造、拆除、移位和重新安装等困难，脱硫工程可利用的场地和空间非常狭小。（3）国内首次采用三炉共用一座塔（以下简称“三炉一塔”）的石灰石石膏湿法脱硫工艺，技术难度高、改造内容多、经验少。对此，国环院本着经济、有效、减排SO2最大化的原则，充分利用电厂经拆除、搬迁、改造后腾出的脱硫场地，对电厂烟囱一侧的#9、#10和#113台220t/h锅炉全部实现烟气脱硫的难题进行了专题研究，提出了得到国电集团、天津市环保局肯定的“三炉一塔”脱硫方案。该方案虽然较国内成熟的“二炉一塔”方案总造价有所增加，但脱硫的性价比、场地的利用率、减排的SO2量都将得到极大的提高。2、烟道改造技术“三炉一塔”脱硫方案中最关键的是烟气系统，而烟气系统最关键的是与电厂主机系统接口烟道的改造，因此，烟道改造是本脱硫工程的重中之重，其成功与否直接关系到“三炉一塔”脱硫方案的全局。2.1改造内容为实现3台锅炉共用一座脱硫吸收塔，且保证靠近烟囱侧的#11锅炉具备调峰能力的要求，本工程烟道改造的主要内容详见图2-1图2-2烟道改造立面图（1）保护性拆除9轴至12轴原砖烟道的混凝土顶板和梁，采用植筋的方式，加固并增高烟道。（2）保护性拆除11轴至12轴原砖烟道的侧墙，安装脱硫装置入口档板门、膨胀节和其联接钢烟道。（3）保护性拆除2轴至3轴除混凝土底板外的烟道，安装脱硫装置的旁路档板门、膨胀节和其联接钢烟道。（4）保护性拆除烟囱至1轴混凝土底板，安装脱硫装置的出口档板门、膨胀节和其联接钢烟道。（5）保护性拆除#11锅炉引风机出口原混凝土烟道，安装#11炉脱硫用钢制烟道联箱，包括1个入口档板门和1个小旁路档板门。（6）采用植筋的方式，对原砖烟道的支柱进行加固。对原砖烟道的破损和缺陷进行修补加固。（7）采用玻璃鳞片对新增的脱硫装置出口烟道进行防腐处理。（8）采用耐酸胶泥对原砖烟道和新增钢烟道间进行密封和防腐。（9）对新增钢烟道进行防腐保温处理。2.2改造特点（1）改造安排在#11炉小修，#9和#10炉临时停用期间，时间仅为15天，创国内脱硫烟道改造之最。（2）改造工程量大，既有烟道保护性拆除、加高、加固，又有新增钢烟道的安装，且在100m2的范围内安装5个挡板门，创国内脱硫烟道改造之最。（3）安全性要求高，由于电厂6台锅炉共用1座烟囱，对称布置，改造期间，一方面要采取有效的措施减小对另外3台锅炉安全运行的影响，另一方面要改善施工作业环境，确保改造的安全性。（4）由于原烟道没有考虑脱硫，造成部分烟道流通面积不够，需要扩大流通面积并进行加固处理。（5）烟道内积灰严重，需要清灰。烟道四壁结构和耐火材料老化严重，需要更换和处理。（6）由于原烟道为砖烟道，为便于档板门、膨胀节的安装，局部烟道必须改成钢烟道，且砖烟道与钢烟道间必须采取有效的密封和防腐处理。2.3改造设计根据本工程烟道改造的特点，为满足机组安全运行的要求和紧张的改造工期，除完成常规烟道改造设计外，还进行了以下3方面的辅助设计和改进。（1）为确保烟气能从原砖烟道尾部顺利引出，对烟道尾部四跨进行增高设计，拆除原顶板，保证烟道断面流速在13-15m/s之间。考虑到原烟道热应力表面已经炭化，在去除混凝土炭化层后，采用热熔焊和加绑钢筋增高原烟道立柱，并尽量保持原有框架结构的完整性，保留并加强原烟道顶部混凝土梁。在新增高立柱顶部增设混凝土框架支撑新混凝土顶板和固定侧墙，并采用珍珠岩棉板吊顶和加抹矿渣硅酸盐水泥进行保温和耐热处理。（2）优化新增钢烟道与原砖烟道间的接口设计：采用在原砖烟道立柱上植筋或打膨胀螺栓加焊埋件连接原砖烟道和钢烟道接口，设计接口处采用专用耐酸胶泥封堵磨平后，将防腐的鳞片喷上，实现接口的密封和防腐。该设计方案较先预埋后焊接的常规设计，既能更好地保证施工质量，又可有效地缩短了接口施工时间。（3）#11炉烟道联箱的设计：为适应#11炉在用电或供热高峰期启停相对平凡的要求，本工程在#11炉引风机出口烟道上加设烟道联箱，安装了入口挡板门和小旁路挡板门。锅炉启动时，入口挡板关闭，小旁路挡板打开，烟气直接进入烟囱排放。当锅炉正常运行后，开启入口挡板门，慢慢关闭小旁路挡板，将烟气引入到脱硫岛，增压风机动作顺控。该方案可以保证#11炉非正常运行时，另外两台正常运行锅炉的烟气可以继续脱硫。从而既可实现3台锅炉脱硫，又可实现#11炉调峰的要求。3、烟道改造施工为确保在电厂停炉的15天时间内，完成所有的烟道改造施工，将烟道改造的施工进程分为三个阶段：第一阶段是机组停用前必须完成的工作，包括施工方案和施工工期的制定、机组停用时间的确定、施工队伍的组织、施工器具的准备、现有相关实施的拆除、脱硫工艺相关非标件和设备支架的制作、相关基础的施工、必要的外围改造等。第二阶段是机组停用后必须完成的工作，包括原有烟道全部或局部的拆除、原有烟道内部必要的处理、新制烟道及其支架的安装、挡板门和膨胀节的安装、相关烟道和设备的防腐、挡板门的调试等。第三阶段是机组恢复投用后的完善工作。3.1机组停用前机组停用前是烟道改造的第一阶段，其关键是：结合电厂的具体情况和需要改造的实际内容，对施工工序的每一个环节，进行全面的、细致的结构分解，充分考虑实施过程中技术、安全、质量等方面的难度和可能的影响因素，制定必要的施工方案、施工预案和工期安排，并在此基础上，组织建设单位、总包单位、监理和施工单位进行认真细致的讨论，确保“施工方案”的可实施性、“施工预案”的全面性和工期安排的合理性。在这个阶段开展的主要工作有：（1）#11炉新增烟道支撑结构的基础施工，#11炉改造段支撑钢结构和新增烟道的预制，以及入口挡板门、小旁路挡板门和膨胀节的组装。（2）旁路挡板门改造段烟道预制，挡板门和烟道支撑钢梁和结构的预制，以及挡板门、膨胀节的组装。（3）原砖烟道尾部四跨烟道增高段的施工，保护性凿除原烟道立柱顶部炭化层露出钢筋头，按设计要求热熔焊接出钢筋并绑扎加强，再进行上部柱子钢筋绑扎和支模，采用混凝土浇注。随后完成顶部新增混凝土梁和顶板支模、浇注施工，侧墙砖烟道切筑增高，以及内侧保温层施工。（4）脱硫装置出口挡板门与砖烟道联接段钢烟道弯头的预制，净烟气出口新增烟道和挡板门的支撑结构施工。（5）拼装所有的挡板门和1.4529合金贴面，拼装所需的膨胀节。3.2机组停用期间机组停用期间是烟道改造的第二阶段，其关键是：“施工方案”的有效实施和“施工工期”的有效控制。烟道改造工程通常安排在机组大修期间（30-45天），对于一炉一塔的脱硫工程，机组大修的时间基本满足烟道改造工程的需要，对于二炉一塔或三炉一塔的脱硫工程，由于电厂不可能安排二台或三台机组同时进行大修，只能是一台机组进行大修，其它机组进行小修或临时停用，留给改造的时间非常短（15天左右），这样就必须采取特殊手段和措施，加大投入，有效协调参建各方的关系，充分动员和调动参建各方的积极性，进行24小时连续施工作业等。在这个阶段开展的主要工作有：（1）#11炉改造段原烟道和支架的拆除，#11炉烟道入口和旁路与原砖烟道接口改造和安装，新增烟道联箱安装，与引风机出口的对接，并进行防腐保温。（2）旁路改造段根据设计要求，保护性拆除2-3轴之间原砖烟道顶板、两面侧墙，保留原烟道的梁和底板，2-3轴梁、柱内侧植筋预埋处理，挡板门和支撑结构安装，该段整体换成大旁路钢烟道安装对接，并进行防腐保温；（3）尾部四跨原屋面板拆除，接口处抹平处理，11-12轴之间东侧砖烟道顶梁拆除、侧墙部分拆除，引出钢烟道的接口预埋以及钢框制作，脱硫装置入口挡板门安装。（4）保护性拆除烟囱与1轴之间原砖烟道部分底板，做好净烟气钢烟道弯头接口处理和预埋，再与预制净烟气钢烟道弯头对接，安装出口挡板门和补偿器，并烟道防腐保温。（5）对接触净烟气的部分烟道进行喷砂打磨，再进行玻璃鳞片防腐。（6）植筋和膨胀螺栓与埋件等接口处表面，打毛后用专用耐温耐热胶泥进行密封和防腐，最后喷上混凝土专用鳞片。3.3其他（1）烟道改造接口的施工往往受施工场地的影响，如施工场地狭小，无其他吊装场地时，不仅会影响烟道改造工期，而且改造会影响相临设备如吸收塔、GGH等的正常施工，从而对脱硫工程的总体工期产生不利的影响。（2）烟道改造期间，设计人员应常驻现场，以便及时处理基础开挖时的地下异常、影响电厂原有设备检修造成的尺寸偏移、烟道开凿后与原图纸不符处的设计变更、新旧烟道（特别是钢烟道与混凝土烟道之间）接口不符等情况。（3）烟道改造期间，相关设备厂家的安装调试技术人员也应按计划驻现场，在设备安装、调试期间进行现场指导与答疑。将缺少的、偏差的零部件及时要求发货并修正，减少不必要的操作失误。总之，总承包单位应根据电厂的生产计划，合理安排烟道改造工程，防止因其他新建建（构）筑物的阻挡加剧烟道改造的施工困难，同时应合理安排施工顺序，及时组织人力物力，确保烟道改造工程如期完工。4、经验总结（1）勘察和收资：改造前必须全面收集机组原有烟道、烟囱、临近建构筑物的结构和基础图纸及相关的各种资料，对现场进行详细的勘察，特别是原有尺寸不明的要现场实测。（2）方案制定：根据收集的资料和勘察的实际情况，掌握原有烟道及其梁柱的结构和运行现状，研究基础的承载能力，分析临近建构筑物潜在的影响以及工程实施时可能出现的问题，考虑施工安装的外部条件，最终确定切实可行的改造方案。对改造中的接口问题，多方案考虑，留有调整余地。（3）施工设计：根据确定的改造方案进行详细的施工图设计。为防止专业接口设计遗漏和设计错位，须加强土建、机务等各专业之间的沟通，加强设计方案和施工图的专业会审，确保施工图的可操作性。对改造烟道的接口和支撑部分，必须出详图，除细化图纸尺寸标注外，最好提出必要的现场放样要求和可调整说明，便于施工人员根据实际情况进行灵活、有效、可行的调整和处理。（4）施工组织：要制定详细的施工组织方案和措施。工期尽可能结合电厂停炉检修时间，做好停炉前后的工作安排，尽可能细化，能停炉前施工安装的工作尽可能在停炉前实施，以减小停炉时间紧张对工期的压力以及对电力生产停炉计划的影响。材料、关键设备到货和现场服务要。（5）其他：施工前对建设各方进行技术交底，并结合现场的实际情况进行交流，充分发挥建设各方的经验，优势互补，不断完善、优化设计，提高改造工作的可操作性。5、结语烟道改造是现有机组实施脱硫工程难于新建机组同步建设脱硫工程的重要体现，是工程建设中与电力生产密切相关、技术难度大、接口工程量大的分项工程。天津一热在脱硫技改工程中首次采用3台锅炉共用一套、且一炉具备调峰的脱硫装置，其烟道改造的内容之多、难度之高