大型火力发电厂主烟道设计探讨
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简述火力发电厂烟囱的设计摘要:在火力发电厂中,烟囱是最为重要的结构之一。
当前,由于环保要求的增高,烟囱的高度不断增加,烟筒和多管式钢筋混凝土烟囱是应用最为广泛的烟囱类型。
本文主要论述了套筒和多管式钢筋混凝土烟囱的设计方案,提出了需要注意的事项。
关键词:火力发电厂;套筒;多管式钢筋混凝土烟筒;设计方案;注意事项针对套筒和多管式钢筋混凝土烟囱而言,烟囱的作用方式主要包含多种类型,分别为自立式、整体悬挂、分段悬挂、分段支承以及综合形式。
其中,自立式钢内容具备受力明确、计算简单的特点,它属于长悬臂压弯构件的一种,存在稳定计算问题,一般而言,管壁比较厚,经济性能不高。
整体悬挂和分段悬挂主要是以受拉为主要的方式,它可以防止表面失去稳定性,经济性能高,但是结构体系和荷载传递路径比较复杂。
分段悬挂和分段支承膨胀节的个数比较多,在处理防腐位置的时候比较困难,存在着很大的安全隐患。
1、烟囱防腐针对套筒和多管式钢筋混凝土烟囱,内筒的防腐内衬材料可以用于钛板内衬、耐酸钢以及防腐涂料以及泡沫玻璃砖内衬等,其中存在的特征主要表现在以下几个方面:1.1钛钢复合板钛钢复合板技术相对而言较为成熟,具备专业的标准准则,自身有着良好的防腐性能,但是焊接工艺复杂程度高,无法有效保证的焊接整体质量,并且输出成本高。
1.2尿酸钢+防腐涂料在钢内筒中,一般采取JNS耐硫酸露点防腐蚀钢板,内涂的防腐涂料一般包含RHF烟囱专用的防腐涂料等。
将RHF烟囱专用防腐涂料涂抹在JNS钢中,产生了良好的作用,这一涂料具备施工便利,能够保证施工整体质量等优势。
当前,在国内用于设置的GGH工程居多。
在湿法脱硫不设置GGH烟囱中出现的问题有很多,并且钢内筒受到了严重的腐蚀。
1.3内衬玻璃砖或者内衬泡沫玻化砖一般来讲,排烟筒是使用Q235B或者JNS耐硫酸露点防腐蚀钢板作为钢内筒,在内部贴上泡沫玻璃砖或者泡沫玻化砖。
其中,泡沫玻璃砖主要是通过泡沫硼硅玻璃结合人造橡胶技术制造而成的,将其应用到脱硫系统酸冷液环境中去,能够起到良好的抗腐蚀作用。
电厂烟风道设计注意问题【摘要】本文总结了烟风道设计中几个值得注意的细节,并对每个细节重点进行阐述,旨在给烟风道设计带来有益参考。
【关键词】烟风道设计;安全;经济烟风道是电厂系统中烟风流经的通道,烟风道设计的质量关系到电厂的安全经济运行。
随着机组容量的增加,烟风道的截面也越来越大,烟风道的设计质量也愈显重要。
作为一名从事烟风道设计的工作者,笔者在工作中总结了一些烟风道设计中应注意的细节问题,下面就这些细节问题做一个简单的梳理。
1 介质流速在《火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程》中对不同介质的流速都有推荐值。
我们在选择介质流速时应考虑到介质的不同性质,比如对于含灰尘的烟道应尽量靠近下限值,以减轻对道体的磨损。
需要注意的是对于高海拔地区,计算风速时要对风量进行海拔修正。
2 道体钢板厚度道体应该有合理的厚度,太薄则刚性差,受负压吸力易变形,太厚则浪费钢材不经济。
从经济和安全性考虑,对于风道和烟道应该选择不同厚度的钢板,风道一般选择4mm厚钢板制作,而烟道为了增加道体的耐磨性一般选用5mm厚钢板制作。
3 加固肋对于大截面的烟风道,为了提高道体的强度和刚度需要设置加固肋。
加固肋的大小和间距可根据《火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程配套设计计算方法》计算。
在设计过程中需要注意的是,道体的支吊架应生根在加固肋上。
与支吊架相连的加固肋既要满足道体强度和刚度的要求,又要满足支吊架强度、刚度和稳定度的要求,所以这跟加固肋要另外进行校核计算。
一般情况会对这跟加固肋做增大加强处理,如图1所示。
图1 与支架连接的加固肋4 内撑杆对于截面过大的烟风道,从经济性考虑应该采用加固肋和内撑杆的加固方式,内撑杆和加固肋应设在同一截面上。
对于含灰尘较多的烟道,考虑到烟气中的灰尘颗粒对内撑杆有磨损,所以一般会在内撑杆迎风面加设防护角钢,如图2所示。
图2 内撑杆加角钢防护5 支吊架支吊架是支撑固定烟风道的主要设备,支吊架按形式可分为:固定支座、滑动支座、导向支座。
发电工程112 2015年9月下关于火力发电厂烟囱结构设计研究任坤鹏中国核电工程有限公司河北分公司,河北石家庄 050000摘要:随着目前我国经济实力,科技实力的不断发展。
我国开始越来越注重火力发电厂的修建。
在火力发电厂的建造过程中火力发电厂烟囱结构的设计是一个非常关键的技术,我国要想建造出高水平、高技术的火力发电厂就必须在火力发电厂的烟囱结构设计上面多下一些功夫,力求设计出在国际上高水平的火力发电厂烟囱。
关键词:火力发电厂;烟囱;结构设计中图分类号:TU347 文献标识码:A 文章编号:1002-1388(2015)09-0112-01烟囱在现代工业与建筑当中是一个不可或缺的结构。
在火力发电厂当中同样也是非常重要的结构之一。
因此,我们想要保证火力发电厂的质量,就必须要再火力发电厂的烟囱结构设计方面多下一些功夫。
今天我们这篇文章就是从火力发电厂烟囱结构设计研究的角度出发,分别从火力发电厂烟囱结构设计概述、火力发电厂烟囱结构设计技术从多方面的考虑、火力发电厂烟囱施工工期的比较、火力发电厂烟囱结构设计的选型,四个方面详细的研究一下火力发电厂烟囱结构的设计。
希望可以对我国火力发电厂的修建起到一定的帮助作用。
1 火力发电厂烟囱结构设计概述在火力发电厂建造大型的烟囱主要目的是为了满足火力发电厂的正常运营。
在对火力发电厂烟囱结构设计的时候最主要的是要注意烟囱结构的安全性能,在这个方面,我们可以选用耐腐蚀、耐热的材料进行火力发电厂烟囱的建造。
在对火力发电厂的烟囱结构进行设计时可以适当的采用国外的新思想、新理念。
采用施工周期短、工程造价少、质量程度高的、环境污染量小的设计方式进行设计。
使得火力发电厂可以得到更高的经济效益和社会效益。
在实际的生活当中我们也可以举出一两个火力发电厂烟囱结构设计非常合理的设计。
比如:中电投乌苏热电厂的一期工程当中就有了两个发电厂合用一个高210m、出口直径为7.5m的烟囱的设计,另外,在这个设计当中除尘的方式是利用了高效静电除尘器,并且对排放出的烟气进行除硫的工艺,这样的方式对于环境的保护起到了很大的作用,在火力发电厂烟囱设计的历史上具有跨时代的意义。
电厂烟风道设计注意问题摘要:烟风道作为连接从锅炉到烟囱之间的主要管道系统,其设计品质直接关系着电厂运行的安全性、经济性。
随着电力机组容量逐年的增加,烟风道的截面随之增大,而随着国家对于烟气洁净排放要求的日益提高,中间烟气处理系统越来越复杂,这些对于烟道设计来说,不仅增加了烟道的长度以及在电厂中所占比重,更增加了烟道设计在系统布置及烟道结构设计上的难度.作为一名多年从事电厂烟风系统设计的工作人员,笔者在工作中总结了一些电厂烟风道设计中应注意的问题,下面就这些问题做一个简单梳理。
由于现代电厂设计中,考虑烟道结构多变,维修改造需求等多种因素,混凝土烟道基本已被钢制烟道取代,因此本文所诉烟道均以钢制结构烟道为例,非混凝土烟道所适用。
关键词:烟风系统;钢制烟道;安全性;经济性1 电厂烟风系统按照燃煤电厂的传统划分方法,通常我们可将其分为冷、热风道及烟道三种类型,冷、热风道相比烟道来说,其设计截面及压力相对较小,无积灰积雪高负压等工况,因此设计难度也相对较小,本文将不予重点论述。
本文将以现代大型机组燃煤电厂的烟气系统为设计对象,来梳理电厂烟道设计中常见的一些问题。
在电厂烟气系统中,通常涉及到的主要设备有脱硝装置、空气预热器、烟气换热器、干式除尘器、引风机、脱硫装置、湿式除尘、烟气再加热等等。
主要系统元件有:烟气挡板门、插板门、补偿器、防暴门、人孔门、清灰门及消音器等。
在电厂烟气处理工艺中,不同的烟气净化工艺,所采用的烟道设计工艺也会有所不同,下图仅给出其中一种典型的电厂烟气净化及热回收工艺流程,以供后续参考和说明。
2 烟道设计步骤2.1 烟道流速、截面计算(1)烟气流速选择:根据《火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程》(DL/T5121-2000)规定,烟气流速范围宜在10~15 m/s,根据烟道所处的位置确定适宜流速。
对于含尘量大的烟气(除尘前),应选择较小的烟气流速,从而避免高流速下烟气冲刷对烟道壁产生的磨损破坏。
收稿日期:2006-05-26作者简介:李圣良(1971-),男,硕士研究生,工程师,主要从事钢结构设计研究.第21卷第3期2006年8月长沙电力学院学报(自然科学版)JOURNAL OF CHANGSHA UN I V ERSI TY OF E LECTR I C P OW ER (NAT URAL SC I E NCE )Vol .21No .3Aug .2006大型火力发电厂钢烟道结构的稳定性分析李圣良1,2,石永久1,王元清1(1.清华大学土木工程系结构工程与振动教育部重点实验室,北京 100084; 2.清华同方环境有限责任公司,北京 100083)摘 要:针对目前大型火力发电厂烟道截面大、壁板较薄,易发生局部失稳的问题,以国内300MW 机组钢烟道为例,利用ANSYS 软件,通过对7~21m 不同跨度、不设纵向加劲肋和设置纵向加劲肋的钢烟道进行屈曲研究,分析烟道壁板的屈曲模态,为防止钢烟道失稳提出设计建议.关 键 词:钢烟道;有限元;屈曲分析;设计建议中图分类号:T M 621.7+2;T U 33+8 文献标识码:A 文章编号:1006-7140(2006)03-0020-04St ab ility Ana lysis on Steel Flue Ga s D uct i n Large Therma l Power Pl an tL I Sheng 2liang,SH I Yong 2jiu,WANG Yuan 2qing(1.Depart m ent of Civil Engineering,Key Laborat ory of Structural Engineering and V ibrati on of China Educati on M inistry,Tsinghua University,Beijing 100084,China;2.Tsinghua Tongfang Envir onment Co .,L td .,Beijing 100083,China )Abstract:The l ocal buckling is a crucial point in the current p r ojects of the steel flue gas duct for the u 2nique characteristic of huge secti on with thin walls .I n this paper,researches by ANSYS are carried out on a domestic p r oject the steel flue gas duct of 300MW generating sets .The eigen 2buckling analysis is conducted on the steel flue gas duct with s pan range fr om 7m t o 21m t o discuss the possible buckling modes;as well,different models with or without stiffening ribs are compared .Finally,s ome design sug 2gesti ons f or the steel flue gas duct are p r oposed .Key words:steel flue gas duct;FE M;eigen 2buckling analysis;suggesti ons for design 烟道是火力发电厂中烟气排放的重要通道,一般是用钢板和加劲肋组成的矩形壳体,烟道壁板厚度通常≤6mm ,具有截面大、烟道壁板薄的特点[1].烟道既要承受烟气压力、自重、风、积灰等荷载,还要承受烟气产生的热应力,受力情况复杂[2],其结构特点类似于薄壁箱形梁.另外,烟道因其壁板薄,还存在壁板局部稳定问题和锅炉尾部烟道振动的问题[3].对于烟道的局部稳定计算,我国关于烟道设计的规程———《火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程》[4]和《火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程配套设计计算方法》[5]都没有涉及.本文以国内某电厂300MW 机组烟道为例,通过有限元数值模拟的方法,针对烟道可能发生局部失稳进行特征值屈曲分析,讨论烟道的屈曲模态.特征值屈曲分析用于预测一个理想弹塑性结构的理论屈曲强度.但是初始缺陷和非线性使得很多实际结构都不在其理论弹性屈曲强度处发生屈曲,因此,特征值屈曲分析常得出非保守的结果.特征值屈曲荷载是预期的线性屈曲荷载的上限,特征值矢量屈曲形状可作为非线性屈曲分析时施加初始缺陷或扰动荷载的依据[6].ANSYS 中常用的特征值分析方法有主自由度法、子空间迭代法等,本文所采用的分析方法是子空间迭代法[6].1 研究问题的工程背景本文所研究分析的钢烟道主要以我国某电厂脱硫工程中的烟道(图1)为背景.该烟道为薄壁钢结构,截面大小为4m ×9m ,设有环向型钢加劲肋进行约束,且烟道内部对应竖向加劲肋的中部设有内撑杆.本文将利用有限元计算分析软件ANSYS 对钢烟道的屈曲模态进行系统的计算分析与讨论.图1 钢烟道在工程中的应用2 烟道特征值屈曲分析2.1 计算模型的建立2.1.1 计算单元的选择烟道壁板承受的荷载主要为自重、内壁压力和积灰,其受力较为复杂,同时承受弯矩、剪力的作用,故采用壳单元SHELL63进行模拟.由于加劲肋与烟道壁为焊接,它们共同承担内壁传来的荷载及自重,其承受荷载类型为弯矩、轴力、剪力,采用梁单元BEAM4进行模拟.内撑杆仅受轴力作用,采用杆单元L I N K8进行模拟.2.1.2 计算研究工况1)荷载组合.本文对烟道考虑内压和积灰2种荷载组合.内压为2k N /m 2,方向向外;烟道底部最大积灰高度按文献[4]取为1/6h (h 为烟道高度),积灰荷载为14.4k N /m 2,忽略自重应力的影响.内压荷载和积灰荷载按文献[4]规定都取标准值,不考虑分享系数与组合系数,在有限元数值分析中2种荷载同比例增加.2)加劲肋的设置方式.本文对设置纵向加劲肋和不设纵向加劲肋2种类型烟道进行特征值分析,加劲肋规格如表1所示.对应横向加劲肋中的竖肋中部设121mm ×5mm 的水平内撑杆,支座跨度从7~21m 变化.表1 加劲肋规格表序号加劲肋位置加劲肋规格1顶部横向加劲肋H200×1002侧面横向加劲肋H200×1003底部横向加劲肋H248×1244顶部纵向加劲肋-80×65侧面纵向加劲肋-80×66底部纵向加劲肋-100×83 边界条件的设定边界条件的正确与否直接影响到有限元分析结果.本文中所涉及的有限元模型同实际工程相近,在两端各设3个不动铰支座,下部支承于地面,上端支承于端部加劲肋.3.1 仅设置横向加劲肋的分析结果1)计算模型的设定.研究的计算模型如图2所示,不设纵向加劲肋,壁板厚3~6mm 之间变化;支座跨度分别为7m ,9.8m ,12.6m ,14m 和21m 5种情况;单个烟道上加劲肋的间距固定不变,分加劲肋间距为0.7m 和1.0m 2种情况进行计算分析.2)计算结果列示与分析.表2和图3给出了特征值屈曲分析的结果.可以看出,当加劲肋间距不变,随着烟道跨度的增大,临界屈曲荷载显著降低,失稳模态都是靠近支座处两侧钢板屈曲,呈剪切破坏的特征.由于该工程烟道底部设计荷载为16.4K N /m 2,当烟道跨度<21m12第21卷第3期李圣良,等:大型火力发电厂钢烟道结构稳定性分析时,在正常使用状态下不发生屈曲.表3和图4给出了横向加劲肋间距1.0m ,不设纵向加劲肋,壁板厚3~6mm ,支座跨度分别为7m ,10m ,12m ,14m 和21m 5种情况特征值屈曲分析的结果.烟道壁板厚度对特征值屈曲有较大的影响,6mm 同3mm 厚壁板相比,临界屈曲荷载高近6倍.图2 仅配置横向加劲肋的烟道模型表2 加劲肋间距0.7m 临界屈曲荷载模型编号烟道跨度/m加劲肋间距/mm临界屈曲荷载/(kN /m 2)17700125.429.870086.8312.670066.241470059.052170038.2表3 加劲肋间距1m 临界屈曲荷/(k N /m 2)板厚/mm 跨度/m710121421313.99.47.7 6.5 4.2429.419.716.113.68.8552.535.128.724.215.6684.955.645.338.324.5图3 加劲肋间距700mm 时临界屈曲荷载随烟道跨度变化图图4 加劲肋间距1000mm 时临界屈曲荷载随烟道跨度与壁板厚度变化图3.2 同时设纵横向加劲肋的分析结果1)计算模型的设定.本文所研究的计算模型如图5所示,设置纵向加劲肋,横向加劲肋间距为1m.图5 配置纵向加劲肋的烟道模型2)计算结果列示与分析.①表4和图6为设有纵向加劲肋,横向加劲肋22长沙电力学院学报(自然科学版) 2006年8月间距为1m ,纵向加劲肋间距也为1m ,壁板厚3~6mm ,支座跨度分别为7m ,10m ,12m ,14m 和21m 5种情况线性屈曲特征值分析的结果.可以看出,同不设纵向加劲肋的烟道相似:当加劲肋间距不变,随着烟道跨度的增大,临界屈曲荷载显著降低,失稳模态都是靠近支座处两侧钢板屈曲,呈剪切破坏的特征.另外,从图7还可以看出,增加了纵向加劲肋后,屈曲荷载明显提高.表4 设置纵向加劲肋临界屈曲荷载/(k N /m 2)板厚/mm 跨度/m710121421317.3911.699.558.15 5.46435.5623.719.3116.4311.0563.4841.033.3428.317.916102.568.1055.4446.6529.64图6 设置纵向加劲肋临界屈曲荷载随烟道跨度变化图图7 有纵向加劲肋和无纵向加劲肋临界屈曲荷载比较图②本文还对设有纵向加劲肋,横向加劲肋间距为1.25m ,壁板厚6mm ,支座跨度为20m 的烟道进行了特征值屈曲分析,当顶部设有纵向加劲肋时,失稳模态是靠近支座处两侧钢板屈曲;当顶部不设纵向加劲肋时,烟道屈曲的位置在烟道顶部,为钢板受压屈曲,如图5(f )所示.③本文对设有纵向加劲肋的烟道模型调整纵向加劲肋间距也进行了计算分析,当纵向加劲肋间距变小时,临界屈曲荷载明显提高,如图8所示.图8 纵向加劲肋间距变化临界屈曲荷载对比图④从对仅配置横向加劲肋和既配置横向加劲肋又配置纵向加劲肋的有限元分析结果可以知,增加了纵向加劲肋后,临界屈曲荷载显著提高.4 结论采用有限元分析软件ANSYS 对国内某电厂2X300MW 机组钢烟道结构进行了特征值屈曲分析,得到如下结论.1)对于不设纵向加劲肋和设有纵向加劲肋,横向加劲肋间距≤1.0m ,烟道壁板≥6mm ,烟道跨度在20m 以下,正常荷载工况下烟道壁板不会发生屈曲.壁板厚<6mm 的烟道,跨度在20m 以下,在烟道实际工作状态下,烟道壁板发生屈曲;烟道局部屈曲模态是靠近支座处两侧壁板首先发生屈曲.2)横向加劲肋间距和烟道壁板厚度相同条件下,设有纵向加固肋的烟道临界屈曲荷载高于不设纵向加劲肋烟道.3)当减小纵向加劲肋间距,临界屈曲荷载明显提高.烟道跨度大于20m 时,建议设置纵向加劲肋以提高烟道的屈曲荷载.参考文献:[1]李颖,石亚东.锅炉烟风道壳体和壁板设计计算机系统[J ].吉林大学学报(自然科学版),2003,21(3):2862289.[2]李明惠,沈涛.大型火电厂烟道结构设计运用CAE 技术的研究[J ].南京工程学院学报,2004,2(4):56262.[3]黄革.锅炉脱离系统尾部烟道的振动计算[J ].长沙电力学院学报(自然科学版),1998,13(3):3132315.[4]DL /T512122000.火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程[S].[5]钱成绪.火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程配套设计计算方法[M ].北京:中国电力出版社,2004.[6]张胜民.基于有限元软件ANSYS7.0的结构分析[M ].北京:清华大学出版社,2003.32第21卷第3期李圣良,等:大型火力发电厂钢烟道结构稳定性分析。
Sheji yu Fe*xi・设计与分析火力发电厂管道高效、精细化设计方案设计及应用陈杰(中国电建集团贵州电力设计研究院有限公司,贵州贵阳550003)摘要:在传统火力发电厂管道设计中,D N80mm以下管道一般不出详细布置图,且存在工艺、热控专业分步设计的情况,而随着设计成品质量要求越来越高、设计工期控制越来越严,火力发电厂管道的高效、精细化设计变得越来越重要。
现通过分析火力发电厂管道设计特点,探索了一套火力发电厂管道高效、精细化设计方案,并通过实际,方案可大幅提高设计效成品质量。
关键词:火力发电厂;管道;高效;精细化设计;PDMS1管道精细化设计的意义传统火力发电厂热力管道设计中,小管道只在系统图上示意,不做具体的布置图设计支架详细设计,管道工现设计并工工不,布置的设计,管道布置,通道,、不,不实际,常规热管道设计中不热控测点的布置,热设计热控设计分,热控测点在热机管道上不随着国内常规火电市场的逐渐萎缩,加之勘测设计的下,传统电力设计业传统设计公司工公司方,工的管管精细化管理方变现实变化管道设计出了更高要求。
2电厂管道精细化设计难点及分析2.1管道设计的复杂性管道设计要电厂力管道,质要、爆、有毒及腐蚀性液体或气体等巾。
火力发电厂的汽水管道高温高压管道、中低压管道和其他管道复杂统的管道均存在、放水、小管道。
管道设计配要体现在两个专业的配合上:一为热控专业,不同管道上存在数量不定的热控测点,测点的位置均有特别要求为土建专业的关于管道预埋件荷载资及管道穿墙、穿楼板的开孔提资。
因电厂各类管道数量众多,预埋件数不胜数,相关的设计配合工量非常巨大。
2.2管道等级的特殊性前,国内火力发电管道设计中采用的选型手册主要有《火力发电厂管道零件及部件典设计手册》(GD87—1101)、《火力发电厂管道零件及部件典设计手册》(GD2000版)、《火力发电厂管道零件及部件典设计手册》(GD2000版)2006增补、《火力发电厂管道零件及部件典设计手册X(GD2016K结《无缝钢管尺寸、形、重量及允许偏》(GB/T17395—2008)、《钢制焊管件类型与数》(GB/T12459—2017)、《焊接无缝轧制钢管》(ASME B36.10M)和《工厂预制锻造对焊管件》(ASME B16.9)可知,典管的发展趋势在美标步靠拢的。
火力发电厂烟风煤粉管道设计的技术规范火力发电厂烟风煤粉管道设计的技术规范引言:火力发电厂作为重要的能源供应来源之一,在能源产业中占据着重要地位。
而烟风煤粉管道作为火力发电厂中的重要组成部分,对于保证燃烧效率和减少污染具有关键作用。
本文将围绕火力发电厂烟风煤粉管道设计的技术规范展开讨论,从深度和广度两个标准评估烟风煤粉管道设计的相关内容,以帮助读者更好地理解和应用这一技术规范。
1. 烟风煤粉管道设计的基本原则1.1 安全性原则- 确保管道结构牢固、密封性好,避免煤粉和烟气泄漏。
- 排放烟气温度和压力使其在人体安全范围内,避免烟道系统爆破。
1.2 燃烧效率原则- 优化管道布局,减少阻力和压力损失,提高燃烧效率。
- 确保煤粉的均匀输送和燃烧,防止燃烧不完全和积灰。
1.3 维护便捷原则- 设计合理的检修门、通道和支撑结构,方便维护和检修。
- 采用易拆装的连接方式,方便清理和更换部件。
2. 烟风煤粉管道设计的关键要素2.1 管道的布局- 根据烟气排放位置和风机布置,合理设计管道的走向和高度。
- 保证煤粉输送管道和烟气排放管道分离,避免煤粉掺入烟道。
2.2 管道的尺寸和形状- 根据煤粉输送量和烟气排放量确定管道的尺寸,减少管道阻力。
- 选择合适的管道形状,提高燃烧效率和防止积灰。
2.3 管道材料和防腐措施- 选择耐高温、耐腐蚀的材料,确保管道长期安全运行。
- 根据煤粉的化学成分,采取相应的防腐措施,延长管道使用寿命。
3. 烟风煤粉管道设计中的技术要点3.1 烟风管道的扩散段设计- 根据煤粉燃烧的需求,设计合适的扩散段,促进煤粉的燃烧。
- 考虑煤粉的平均流速和均匀度,确保煤粉的分布均匀。
3.2 烟气回灰管道的设计- 确保烟气中的灰分回流到锅炉系统,避免排放过多灰尘污染环境。
- 设计合理的回灰管道,减少回灰系统的能耗和压力损失。
3.3 管道的绝热设计- 采用适当的保温材料和厚度,防止热量损失,提高能源利用率。
烟风管道的优化研究摘要:大型火电工程项目中优化系统、合理的布置,会使整个项目达到节能减排、降低投资、提高效益的目的,同时减少事故的发生。
关键词:优化、降低、节约1概述火电工程中,以建设规模为2×350MW超临界间接空冷燃煤供热发电机组为例。
本工程选用两台350MW,超临界抽汽凝汽背压式汽轮发电机组,最大工业抽汽量2x70t/h,最大采暖抽汽量为2x550t/h,额定背压工况排汽量2x689t/h。
在该项目设计过程中,按照节能减排、降低投资、提高效益的原则,对整个电厂的烟风、煤粉管道进行了优化。
2烟风道设计的优化烟风道设计的优化一般主要包括道体形状优化和布置优化。
道体形状优化主要是将矩形道体改为圆形道体,从而降低道体单位长度的材料耗量;布置优化是指通过优化主厂房布置方案,减少机组占地,相应缩短烟风道长度以及减小沿程阻力,达到减少材料耗量,节约初投资及运行费用的目的。
2.1 道体形状的优化矩形烟风道的优点在于断面长宽比可以任意调整,在电站有限的空间内布置方便,故长期以来电站的烟风道采用矩形道体居多。
DL/T5121-2000《火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程》(简称“《烟规》”)虽然推荐在1000t/h以下的锅炉上采用圆形烟风道,但规程及其配套计算方法还是涉及矩形断面的居多。
随着机组容量增大,烟风道的断面也随之增大,如300MW等级机组,烟道母管断面为10~20m2。
在抗内(外)爆炸压力条件下矩形道体为平板受力,要使变形不超过规定范围,需设置相当多的内撑构件和外加强构件,不但耗钢量多,也增加了设计难度。
《烟规》规定,300MW及以上机组的烟风道按抗爆炸压力设计。
由于脱硫、脱硝装置的加入,烟道负压甚至超过通常±8.7kPa的抗爆炸压力。
对于正压直吹式制粉燃烧系统,一次风压达到10~20kPa,磨煤机进口风道受磨煤机内爆炸冲击波波及的范围,需要按磨煤机抗爆炸压力等级0.35MPa设计。
大型火力发电厂主烟道设计探讨
提要:本文给出大型火力发电厂主烟道设计的思路和方法,并指出单纯按《火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程》(DL/T 5121—2000)设计存在安全隐患,供有关工程技术人员参考。
关键词:主烟道,自振频率,变形,钢材强度设计值
1. 工程概况
近年来,1000MW机组已逐渐代替600MW机组,成为国内火力发电厂建设的主力机型。
火力发电厂随着机组容量的加大,烟气流量加大,例如:某300MW 机组工程,主烟道截面尺寸4.5mx9m;某600MW机组工程,主烟道截面尺寸6.0mx11m;华电国际山东某1000MW机组工程,主烟道截面尺寸7.5mx12.0m。
2. 主要设计思路
在以往的火力发电厂工程设计中,主烟道一般由工艺专业负责,根据《火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程》(DL/T 5121—2000)(以下简称《煤粉管道规程》)进行设计。
在工艺规程中,考虑了烟气压力、积灰、风载、雪载等对烟道顶底面、侧面的局部影响,没有考虑风载等水平荷载对烟道整体的影响。
现行的《煤粉管道规程》为2001年1月1日实施,至今已有十几年时间,火力发电厂的规模、容量、机组参数等均有了很大的发展,随着烟道截面的加大,按现行工艺规程进行烟道设计是否安全可靠,应进行验证。
针对上述情况,本工程钢烟道的设计,确定以下设计思路:
(1)初步确定烟道结构布置两个方案。
(2)按《煤粉管道规程》进行道体面板和加固肋设计,确定道体面板厚度和加固肋的规格、间距。
(3)按土建结构规范规程,对设计结果进行结构强度、自振频率等复核。
3. 主烟道按《煤粉管道规程》设计
根据《煤粉管道规程》,本工程对道体面板和横向加固肋应分别按强度(应力)、刚度(挠度)、振动(频率)条件进行设计,控制加固肋和道体面板自振频率分别≥40Hz(振动设计)和≥40Hz(常规设计)。
本工程主烟道远离风机口,第一自振频率应≥20Hz(常规设计)。
(1) 主烟道截面尺寸7.5m(宽)x12.8m(高),加固肋按刚接设置,结构布置方案如下:
方案一:在烟道内部设置两道水平内撑杆,将高度三等分,再在上部分、下部分设置斜撑杆,呈三角形布置。
方案二:在烟道内部设置两道水平内撑杆,将高度三等分,再设置一道竖向内撑杆,将宽度两等分,无斜撑杆。
(2)道体面板设计荷载统计
道体及
受力面
分项荷载
组合设计荷载当量荷载
内压q0 自重q1 保温q2 积灰q3 雪载q4 风载q5 ∑q ∑qdl
正压道体
顶面+q0 - q1 - q2 0 - q4 + q5 q0- q1- q2- q4+ q5 - q1- q2- q4+ q5
侧面+q0 0 0 0 0 + q5 q0 + q5 + q5
底面+q0 + q1 + q2 + q3 0 + q5 q0+q1+ q2+ q3+ q5 + q1+ q2+q3+ q5
负压道体
顶面-q0 - q1 - q2 0 - q4 + q5 -q0- q1- q2- q4+ q5 - q1- q2- q4+ q5
侧面-q0 0 0 0 0 - q5 -q0 - q5 - q5
底面+q0 + q1 + q2 + q3 0 + q5 q0+q1+ q2+ q3+ q5 + q1+ q2+q3+ q5
注:1、荷载方向,由道体向外为“+”,向内为“-”。
(3)道体面板设计荷载统计道体面板和加固肋的按以下设计,确定面板厚度、加固肋规格
道体面板和加固肋的计算条件
计算
项目强度条件刚度条件振动条件(常规设计)
道体面板跨度Smax=55•δ•([σ]t/∑q)1/2+50(mm) Smax=84•δ•(E/∑q)1/3+50(mm) Smax=116•δ1/2•E1/4+50(mm)
加固肋选型(简支) Lmax=2828•(Z•[σ]t/∑q•S)1/2+50(mm) Lmax=1243•(E•.I/∑q•.S)1/3+50(mm) Lmax=498•(E•I/G)1/4 +50(mm)
加固肋选型(固支) Lmax=3464•(Z•[σ]t/∑q•S)1/2+50(mm) Lmax=1566•(E•.I/∑q•.S)1/3+50(mm) Lmax=542•(E•I/G)1/4 +50(mm)
(4)根据《煤粉管道规程》的要求,以上“方案一、方案二”加固肋的设计条件相同,加固肋规格、间距相同,设计结果无区别。
4. 主烟道土建规程复核
(1)主烟道轴向变形核算
烟道固定支座的设置,应保证烟道随温度变化引起的轴向变形,小于膨胀节允许变形的要求。
本工程烟道固定支座最大间距为L=25m,烟道安装初始温度T=10℃,烟气最高温度Tmax=150℃,膨胀节轴向变形允许值85mm。
膨胀节两侧烟道膨胀轴向变形之和:
△u=αS•(Tmax-T) •L=1.2x10-5x(150-10)x25000=42mm<85mm
轴向变形满足要求。
(2)主烟道结构复核
本工程采用STAAD PRO V8i结构分析软件对“方案一、方案二”进行了结构分析。
STAAD PRO V8i结构分析软件计算结果
计算应力
(N/mm2)横向变形
(mm)允许变形
(mm)结论
方案一 170 11.5 ±26 计算应力在规程允许范围内,横向变形满足允许变形要求
方案二 232 105 ±26 计算应力超出规程允许范围,横向变形不满足允许变形要求
注:1)计算应力——加固肋最大计算应力
2)水平位移——烟道顶部最大横向计算变形
3)允许变形——烟道膨胀节允许横向变形
风载等水平荷载对烟道整体影响明显,影响烟道的结构安全和使用。
(3)主烟道自振频率复核
根据STAAD PRO V8i结构分析软件对方案一计算结果,道体面板第一振型自振频率27.8Hz,加固肋第一振型自振频率46.0Hz,均≥20Hz(常规设计),满足要求。
5. 工艺规程与土建规程钢材力学性能的差异
Q235B钢材力学性能(150℃)
弹性摸量E(N/mm2)结构强度(N/mm2)
《煤粉管道规程》 1.96x105 125
《钢结构设计规范》 2.06x105 183
注:(1)结构强度——对于《煤粉管道规程》,为钢材的许用应力;对于《钢结构设计规范》,为钢材的强度设计值。
(2)150℃钢材强度设计值约折减f ≈ 0.85x215=183 N/mm2
《煤粉管道规程》和《钢结构设计规范》中,弹性模量E基本一致。
《煤粉管道规程》和《钢结构设计规范》中,钢材Q235B许用应力与钢材强度设计值183 N/mm2差别较大,分析如下:
《煤粉管道规程》采用的是许用应力设计法,各项荷载均采用标准值。
土建规程采用的是基于概率理论的极限状态设计方法,各项荷载均采用设计值,若参照结构规范,则钢材Q235B许用应力乘荷载分项系数,则125x1.35=168 N/mm2 ,小于183 N/mm2 ,二者差值约为9%,大致相当,《煤粉管道规程》略显保守。
6. 结论
单纯按《煤粉管道规程》主烟道设计,没有考虑风载等水平荷载对烟道整体的影响,存在安全隐患,需要按土建规程进行复核。
鉴于笔者水平有限,文中难免有考虑不道支处,本文旨在共享工程设计中的经验,为今后类似工程提供借鉴参考。
参考文献
1. 《烟囱设计规范》(GB 50051-2002)
2. 《火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程》(DL/T 5121—2000)
3. 《火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程》(DL/T 5121— 2000)配套计算方法
4. 《钛制焊接容器》(JB/T4745-2002)
注:文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。