摘要:为了解决因不设置GGH对原有烟囱防腐和烟道进行改造施工而影响机组运行的难题,通过工程实例,介绍了在不设GGH的脱硫技改工程中临时过渡烟囱的设计安装和烟囱烟道入口快速封堵技术的应用。
      关键词:FGD;GGH;烟囱;烟道
　　随着《火电厂大气污染物排放标准》(GB 13223-2003)的颁布实施,国家要求所有燃煤电厂限期进行烟气脱硫技术改造,先期投入运行的燃煤电厂正在加装和计划加装烟气脱硫装置。目前在火电厂投运的基本上是石灰石—石膏湿法烟气脱硫工艺,其优点是脱硫效率高达95%以上;副产品石膏综合利用效果好。然而,常规湿法FGD中设置的GGH设备成本高,一般每台购置费需1 000万元左右,耗电量大,运行维护费用高,运行过程中时常发生结垢堵塞,影响FGD正常投运。运行实践已证明:GGH在FGD系统中的作用不大,但由此带来的负面影响却很大。若不安装GGH, FGD系统得以简化,其可靠性大大提高,缩短了技改建设工期,节约资金及占地面积。尤其关键的是:不设GGH的FGD系统脱硫效果同样能达到国家排放标准。
为此,人们正在研究探讨烟气湿法脱硫系统不设GGH后所采取的应对措施及关键过渡技术。本文通过工程实例,叙述了燃煤电厂石灰石—石膏湿
法脱硫技改工程不设GGH的关键过渡技术措施,为类似工程的实施提供经验。
      1　临时过渡烟囱的设置
      湿法烟气脱硫系统中不设GGH时,排烟温度仅为45~50℃,低于烟气酸露点温度,故烟囱运行条件变差,烟气对烟囱和烟道的腐蚀加剧,对烟囱的结构形式和烟囱出口流速要求均发生了变化。因此,对于湿法烟气脱硫技改工程,若不设GGH,必须对原烟囱进行防腐和烟道改造。综合国内外调研结
果,烟囱防腐、烟道改造的施工工期为2~4个月不等,期间需要增设临时过渡烟囱排放烟气,以保证机组的正常运行。
      1. 1　临时过渡烟囱方案确定
      以云南宣威电厂2×300MW机组的烟气湿法脱硫技改工程不设GGH为例,由于现有的2座烟囱需要进行防腐改造,且施工时间较长,为了不影响机组的正常发电,需要在每座脱硫吸收塔的顶部加装一座临时烟囱,待原烟囱防腐改造完成后再拆除,并将出口烟道接至混凝土烟囱前的水平烟道,重新使用原烟囱。
临时烟囱须在脱硫吸收塔安装时一并建好。该厂临时烟囱推荐设计高度为80m。一般情况下,建临时烟囱还要考虑以下因素:
(1)临时烟囱为过渡措施,要考虑对厂区周围环境的影响;
(2)临时烟囱排放的是脱硫后的湿烟气,烟尘的再脱除效率在75%以上,是较洁净的烟气。
      1. 2　临时烟囱的设计
      宣威电厂吸收塔和临时烟囱内承受的压力荷载、温度荷载很低,那么风荷载、地震荷载和自重荷载就成为安全运行的主要荷载。地震荷载按7度设计(国家地震局发布的资料),风荷载按基本风压350Pa设计(国家气象局发布的资料)。在风荷载、地震荷载的作用下,整个设备(吸收塔和临时烟囱)的承载能力不仅与其自身的几何尺寸有关,且与自身的动力特性相关。计算整个设备的自振周期时,按底部固定的悬臂梁计算。在风荷载、地震荷载的作用下,其振动形式为剪切、弯曲联合振动,且以弯曲振动为主。剪切振动的破坏形式为局部变形,与设备的刚性有关。弯曲振动破坏形式为断裂破坏,与设备的壁厚有关。
正常烟囱烟气流速低于15m/s,临时烟囱直径5. 3m,烟气流速20m/s。吸收塔和临时烟囱用SW6进行了强度计算,其设计依据是JB 4710-92标准及配套软件,这种结构与化工行业广泛采用的各类塔设备相同,是一种极其成熟的常规设计。计算过程中合理地考虑了设备的安全裕度。
　　经核算,临时烟囱与脱硫吸收塔总高80m,即吸收塔本体高37m,临时烟囱高43m,塔体部分直径13. 8m,临时烟囱根部直径6. 8m,中间由45°锥过渡到5. 3m,属于自支撑高耸结构。临时烟囱壁厚12~14mm,并辅以18a槽钢的对接法兰(兼作加强环)环向加固筋,作为烟囱分段管节连接和组装加强用。
      1. 3　临时烟囱的现场制作
      由于临时烟囱直径为5. 3m,高达43m,尺寸较大,现场场地又比较狭窄,为了制作、吊装方便,采取现场分节制作,法兰螺栓连接的安装形式。
借助吸收塔壳体的加工平台进行临时烟囱的筒体弧板加工制作。先用三滚液压卷板机加工成片状半成品部件,运到现场后,放置在吸收塔壳体组合平台上进行圆筒间的组合。组合平台应牢固可靠,其整体平整度不大于2mm。组合平台搭建完毕后,在平台上划线并焊上限位点,尺寸误差为±1mm,其作业程序为:找正、测量、竖向焊接、焊接后复测、煤油渗透试验检查。测量参数包括边长、对角线、端面、垂直度、表面不平度等。
　　对接法兰(兼加强环)的制作及安装:将2个18a槽钢槽对槽点焊在一起,利用卷板机进行圆圈法兰的卷制,经过反复卷制慢慢地接近钢环所要求
的弧度时即可停止。将卷好的圆环法兰运到临时烟囱组装场,先将槽钢环点焊点割开成为2个法兰,然后再背对背点焊、钻孔、标号,即可作为一对法兰使用。加装时可借助火焰进行校正,法兰和筒体满焊焊接,并加装加强肋板。
      1. 4　临时烟囱的吊装
      由于临时烟囱加装在吸收塔上部,其顶标高达到80m,为了顺利安装并避免高空对口时间过长,吊装前必须进行临时烟囱的整体预组装。考虑到现
场场地狭小,组合件没有存放场地,可以采用两两试组装的方式进行,即:第一、二节试装,合格后拆开吊装第一节;再试装第二、三节,拆开后吊装第二节;第三、四节试装,拆开后吊装第三节;最后吊装第四节。
      1. 4. 1　临时烟囱吊装方案
      本工程临时烟囱重约75 ,t我们采取在吸收塔本体组焊后再用150 t履带吊(73. 5m主臂+24m副臂)分段吊装的方案。在吊装时,履带吊布置在2座吸收塔之间。在履带吊行走时,地面上需铺满碎石,并且沿途铺路基板。履带吊的主臂组对和安装就在这条运输通道上进行。
      1. 4. 2　临时烟囱吊装工序
      首先加工制作安装吊耳,对称焊接于距管口上沿下方500mm左右,吊耳与临时烟囱焊缝高度为10mm,吊耳于焊缝侧开V型坡口。其次是在距管口下方1. 5m处设置临时平台,平台的围栏高度为1.2m,必须打设牢固。同时要在管道一侧设置临时爬梯以及攀登绳,攀登绳的上方必须绑扎牢固。起吊烟囱时要绑扎拖拉绳,用于起吊过程中进行烟囱的转向调节。临时烟囱的吊装可以分节进行,也可以两节组合进行吊装,这主要看场地和吊车站位及施工便利情况而定。
由于临时过渡烟囱较高,部分风大地区应采用锚固拉绳进行锚固。一般采用3条锚固绳,视现场实际情况选择锚固点,原则是不影响现场正常施工和车辆通行。
      2　过渡烟囱烟道入口封堵技术
      2. 1　过渡烟囱烟道入口封堵原因
      一般情况下,发电厂均是2台机组共用一座烟囱。而发电厂烟气脱硫技改工程通常都是一台机组正常运行,另一台机组停炉进行加装烟气脱硫装置
施工。这就需要在烟囱正常工作的情况下拆除与烟囱相接的已停产锅炉侧的烟道,安装旁路挡板门和接入FGD进、出口烟道。在一台锅炉满负荷正常运行的情况下,对烟道安全快速封堵成为脱硫技改工程的关键所在。
      例如平顶山姚孟电厂4×300MW机组脱硫技改工程,其3、4号锅炉共用一座钢筋混凝土烟囱,烟气脱硫技改工程按照每炉一塔的方式布设。首先改
造的是4号机组,期间3号机组正常运行。要拆除4号炉引风机与烟囱之间的烟道,第一步工作是对烟囱的4号炉烟道入口进行封堵。如果不能安全快速地封堵完毕,势必造成烟气泄漏,导致3号机组被迫停产。
       2. 2　封堵存在的困难
若采用在烟道内部进行封堵的施工作业方案,会遇到以下困难:
(1)因烟囱两侧烟道相通,烟道内烟气对施工人员的眼睛、鼻子等器官产生刺激,导致快速封堵工作无法正常实施。
(2)由于其中1台锅炉正常运行,排烟使得烟道内存在高温、负压、缺氧等不安全因素,操作人员难以作业。
(3)如果在烟道上靠近烟囱入口处开孔,在烟囱内部负压的作用下使空气进入到作业部位,虽然解决了高温和缺氧问题,但由于负压所产生的空气
流动,烟道内风力很大,使得施工人员无法站稳,作业环境危险。
因此,施工人员只能在烟道外部来完成烟道的快速封堵。
       2. 3　常规烟道入口封堵方法
一般情况下,先将原烟道用火焰切割器拆除,在烟道接口处用钢管(型钢)焊成龙骨架,然后在龙骨架上拼接钢板的方式进行封堵。使用材料为DN50焊接钢管和厚度为3mm的钢板。
       2. 4　运行中的烟道口快速封堵技术实践证明,钢板在
       高空中难以拼接。更重要的是,将整个烟道环向切割拆除后,漏风系数增大,烟囱负压锐减,上拔提升力不够,严重影响另一机组的正常运行。为解决这一难题,姚孟电厂脱硫技改施工中先在地面进行模拟试验,最终采用钢管紧密平行排列的方案。根据现场实际情况,如果将钢管垂直排列,烟道洞口高度大于6m时,钢管长度一般需要焊接才能满足要求(厂家生产的钢管长度为6m的居多),而且垂直穿过的钢管不易固定住。若将钢管水平排列,烟道洞口宽度小于6m,钢管不需要搭接即可以满足施工要求,且容易固定,达到了快速封堵的目的。
       2. 5　实际应用及改进建议
在施工中,曾试着水平穿插2根钢管,作业过程非常顺利,至此确定了钢管水平排列的烟道封堵方法。在原烟道与烟囱相连约200mm处,沿着烟道垂直两侧壁板自下而上均匀排列开孔,随即沿水平方向紧密穿插钢管,在烟道入口处形成了一道“钢管墙”,达到封堵效果后,再进行原有烟道的切割拆除。通过现场施工,证明了该方案既能够保证安装人员的安全施工,又极大地提高了封堵速度,确保了
3号机组的正常运行。
建议以后进行类似工程施工时,应预先垂直设置3~5根导向管,这样会使水平穿管的速度进一步提高。
       3　结语
与新建脱硫工程相比,燃煤电厂烟气脱硫技改工程因资金有限、工期较短、场地狭窄,不设置GGH是必要可行的。然而,在不设GGH的湿法烟气脱硫
技改工程中,烟囱防腐施工期间,采取在吸收塔顶安装临时过渡烟囱的方案和在原烟道改造时实施烟道入口处快速封堵技术是必须采取的过渡技术,为技改期间发电机组的可靠运行提供了重要保障。实践证明,这两项技术科学合理、安全可靠、经济快捷,使电厂烟气湿法脱硫技改工程不设置GGH的设想变得切实可行,值得同类工程借鉴、推广。