【摘要】：本文探討火力發(fā)電廠主煙道的設(shè)計(jì)，并對(duì)其思路和方法進(jìn)行了研究，為今后與此類似工程的主煙道設(shè)計(jì)提供了參考。

　　【關(guān)鍵詞】：火力發(fā)電廠,主煙道,設(shè)計(jì)

　　1、前言

　　隨著火力發(fā)電廠的快速發(fā)展，600MW 機(jī)組已經(jīng)逐漸被1000MW 機(jī)組所取代，成為國(guó)內(nèi)火力發(fā)電廠的主力機(jī)型。火力發(fā)電廠隨著煙氣流量加大和機(jī)組容量的加大，煙道是通風(fēng)系統(tǒng)中的一個(gè)重要部分，但是煙道在設(shè)計(jì)方面水平參差不齊，存在著不少的缺陷，情況不容樂(lè)觀。本文以下內(nèi)容將對(duì)火力發(fā)電廠主煙道的設(shè)計(jì)進(jìn)行簡(jiǎn)要的探討，以供大家參考學(xué)習(xí)之用。

　　2、煙道設(shè)計(jì)的改進(jìn)

　　目前火力發(fā)電廠的主煙道采用的豎向煙道自然通風(fēng)的作用力主要依靠室內(nèi)外空氣溫差形成的熱壓，室外氣溫越低熱壓越大。但在室內(nèi)氣溫低于室外氣溫的夏季，這種煙道就不能形成自然通風(fēng)所需的作用力，因此在設(shè)計(jì)煙道時(shí)需留有安裝排氣機(jī)械的位置和條件。煙道的煙氣溫度是很高的，一般是(500～700) ℃，不管是選用熱壁式還是冷壁式煙道，其管道都將產(chǎn)生一定的熱膨脹變形，并對(duì)支撐結(jié)構(gòu)及煙機(jī)等設(shè)備產(chǎn)生巨大的推力，常常會(huì)影響設(shè)備及裝置的安全穩(wěn)定的運(yùn)行。因此，在進(jìn)行煙道設(shè)計(jì)時(shí)，要正確地選用各種支吊架、導(dǎo)向支架、彈簧支架以及滑動(dòng)支座等設(shè)施，合理地分配煙道重量和布置煙道的走向。

　　3、主要設(shè)計(jì)思路

　　在火力發(fā)電廠工程設(shè)計(jì)中，以前主煙道一般由工藝專業(yè)負(fù)責(zé)，在工藝規(guī)程中，要充分的考慮了煙道頂?shù)酌妗?cè)面受煙氣壓力、風(fēng)載、雪載等的影響，風(fēng)載等水平荷載對(duì)煙道整體的影響往往不加以考慮。現(xiàn)在用的的《煤粉管道規(guī)程》是2001 年1 月1 日開(kāi)始實(shí)施的，到今天已經(jīng)有十幾年的時(shí)間了，在此期間火力發(fā)電廠的規(guī)模、容量、機(jī)組參數(shù)等均有了很大的改變，隨著煙道截面的加大，按現(xiàn)行工藝規(guī)程應(yīng)進(jìn)行驗(yàn)證煙道設(shè)計(jì)是否安全可靠。

　　4、主煙道設(shè)計(jì)要點(diǎn)

　　4、1固定支架

　　在火力發(fā)電廠主煙道的設(shè)計(jì)中，為了減小溫差引起的變形，通常在管系中設(shè)置膨脹節(jié)。管段的形狀決定著膨脹節(jié)的選用。管道固定支架的作用就在于限制和控制設(shè)置位移量，此位移量是固定支架之間的膨脹節(jié)所吸收的，管系被固定支架分割成若干管段，然后根據(jù)管段的構(gòu)形和尺寸及單個(gè)膨脹節(jié)所能調(diào)節(jié)的膨脹量等來(lái)確定膨脹節(jié)的選型。在一般的情況下，固定支架包括煙機(jī)、反應(yīng)器等設(shè)備。另外，除了這些設(shè)備所提供的固定點(diǎn)外，常常需要在閥門、管道轉(zhuǎn)向處、管道盲端和主要支管的連接處設(shè)置固定支架。要求管道固定支架及其附件，和與之相連的結(jié)構(gòu)必須能夠承受對(duì)它們的內(nèi)壓推力、摩擦力以及膨脹節(jié)的變形反力等作用力。

　　4、2 導(dǎo)向支架

　　火力發(fā)電廠相鄰主管道的同軸性，對(duì)于膨脹節(jié)功能的發(fā)揮是很重要的。為了保證位移能夠正確地施加到膨脹節(jié)上，并防止管道失穩(wěn)，在主煙道設(shè)計(jì)中必須使用導(dǎo)向支架。對(duì)于直管段膨脹節(jié)和導(dǎo)向支架的設(shè)置，往往是要遵守以下規(guī)則：使膨脹節(jié)靠近一個(gè)固定支架，第一個(gè)導(dǎo)向支架與膨脹節(jié)波紋管端面的間距要小于管徑的4倍。第二個(gè)導(dǎo)向支架與第一個(gè)導(dǎo)向支架的間距要小于管徑的14倍。

　　4、3 吊架及彈簧的設(shè)計(jì)

　　吊架設(shè)計(jì)通常是對(duì)于豎直管段或者要求管段由于熱位移而產(chǎn)生的摩擦力很小的時(shí)候才采用，而且與彈簧經(jīng)常組合使用。吊架的設(shè)置原則是：①采用吊架，而不采用滑動(dòng)支座的時(shí)候是對(duì)水平力要求非常嚴(yán)格的煙道。②冷態(tài)下安裝調(diào)試好的支承，在熱態(tài)下吊點(diǎn)的承重值不應(yīng)有大的變化，此時(shí)要同時(shí)考慮冷、熱態(tài)下的支承;③不能阻止膨脹節(jié)按設(shè)計(jì)的補(bǔ)償方案變形;④管段重心最好通過(guò)吊點(diǎn)的位置，這是為了避免因偏心而產(chǎn)生附加彎矩。對(duì)于入口煙道，由于煙機(jī)的殼體與轉(zhuǎn)子之間和轉(zhuǎn)子與定子之間的間隙不是很大，它們之間一旦有微小的移動(dòng)，就會(huì)讓煙機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)致煙機(jī)異常及和損壞。所以，通常的設(shè)計(jì)是保證煙機(jī)入口推力和力矩小于某一特定值。為了減小水平力，要設(shè)置一組吊架，將煙道上的高溫閘閥、蝶閥的重量以及與它們緊鄰的管段重量吊起來(lái)，減少作用在中心滾動(dòng)支座上的重量，從而減小摩擦力對(duì)煙機(jī)的作用。對(duì)于出口煙道來(lái)說(shuō)，為了減少作用在煙機(jī)上的垂直作用力，設(shè)置兩組彈簧吊架。經(jīng)過(guò)這樣的設(shè)計(jì)，直接作用在煙機(jī)垂直方向的重力很小，有效地保證了煙機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。

　　4、4 彈簧設(shè)計(jì)

　　彈簧包括可變彈簧和恒力彈簧兩種。載荷隨彈簧位移量的變化而變化，大多設(shè)置在水平煙道和離煙機(jī)比較遠(yuǎn)的地方就是可變彈簧。承重載荷不隨煙道位移而變化就是恒力彈簧，但在煙道設(shè)計(jì)中很少采用恒力彈簧，因其荷載的準(zhǔn)確性不高和對(duì)安裝調(diào)試技術(shù)要求高，因此。可變彈簧支吊架的設(shè)計(jì)應(yīng)保證彈簧荷載變化率小于25%，小于25%的時(shí)候，要采取措施，比如彈簧的結(jié)構(gòu)尺寸改變，彈簧剛度減少，彈簧的型號(hào)改變、串聯(lián)彈簧支吊架等方法，以滿足設(shè)計(jì)要求。

　　4、5 膨脹節(jié)的選型

　　膨脹節(jié)的選型一般分為以下兩步：第一步是根據(jù)煙道的布置及走向定管段的構(gòu)形，然后選擇膨脹節(jié)型式;第二步是計(jì)算管段因熱變形而產(chǎn)生的位移量，再估計(jì)安裝誤差量，據(jù)此確定膨脹節(jié)的結(jié)構(gòu)參數(shù)。這兩步中要強(qiáng)調(diào)的是第一步最關(guān)鍵的。

　　4、5.1 煙機(jī)出口膨脹節(jié)

　　在煙機(jī)出口至固定支架之間的管道中，通常選用彎管壓力平衡膨脹節(jié)。另外一個(gè)關(guān)鍵設(shè)計(jì)是煙道內(nèi)壓推力靠壓力平衡膨脹節(jié)的大拉桿來(lái)平衡。所以說(shuō)，大拉桿的強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)膨脹節(jié)的安全穩(wěn)定的使用也很重要的。膨脹節(jié)的失效一般有設(shè)計(jì)、制造、安裝原因等。由于設(shè)計(jì)的原因而造成的膨脹節(jié)失效主要表現(xiàn)在：應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂，大多是由于介質(zhì)中硫化鐵和水蒸氣形成硫酸，同時(shí)又由于氯離子的存在，造成膨脹節(jié)發(fā)生腐蝕開(kāi)裂。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量選用耐蝕性好的材料。此外，合理地設(shè)計(jì)和選擇膨脹節(jié)，使其在較低的應(yīng)力狀態(tài)下工作，同時(shí)盡量避免腐蝕性介質(zhì)的產(chǎn)生，都是有效的設(shè)計(jì)預(yù)防措施。

　　4、6 主煙道加固肋設(shè)計(jì)

　　煙道的形狀一般有圓形和矩形兩種, 雖然圓形煙道有很大的優(yōu)勢(shì)，但由于受布置場(chǎng)地的限制, 國(guó)內(nèi)對(duì)圓形煙道加固肋設(shè)計(jì)的規(guī)程及其配套計(jì)算方法不健全等因素的影響, 所以圓形管道在國(guó)內(nèi)大容量機(jī)組中很少采用, 特別是圓形煙道中的積灰荷載對(duì)圓形道體產(chǎn)生了偏心荷載,極易引起圓形煙道的失穩(wěn)變形, 而解決圓形煙道的失穩(wěn)變形則是圓形煙道設(shè)計(jì)中的最大難點(diǎn)。一般在火電廠主煙道的設(shè)計(jì)中采用有限單元模型法對(duì)圓形煙道加固肋進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算, 解決了此難題。有限單元模型法主要是通過(guò)荷載施加及組合、有限元模型建立、道體的強(qiáng)度驗(yàn)算、加固肋和內(nèi)撐桿的強(qiáng)度及穩(wěn)定性的計(jì)算、道體結(jié)構(gòu)自振頻率的計(jì)算和振動(dòng)控制等五大步驟對(duì)加固肋進(jìn)行設(shè)計(jì)。關(guān)鍵就是將煙道及其加固肋、支點(diǎn)型式等建立有限單元模型, 然后將不同的荷載對(duì)應(yīng)賦予不同的有限單元上。然后再進(jìn)行道體強(qiáng)度、加固肋強(qiáng)度和穩(wěn)定驗(yàn)算, 就能很好地解決不均勻荷載可能帶來(lái)的影響, 可以選擇出合理的煙道的厚度和加固肋的大小。

　　4、7 主煙道的焊接要求

　　由于主煙道防腐需要對(duì)主煙道進(jìn)行內(nèi)襯, 按照內(nèi)襯的需要, 對(duì)主煙道內(nèi)部焊接提出了以下要求: ( l) 在內(nèi)襯施工之前各種焊接都要進(jìn)行,內(nèi)襯施工后不允許焊接。(2) 采用焊接連接的主煙道，內(nèi)表面要采用連續(xù)焊接。當(dāng)焊接使用材料厚度不一樣的時(shí)候, 在其結(jié)合處應(yīng)保證其水平對(duì)齊。焊接完成后, 應(yīng)去除所有焊接飛濺物, 并對(duì)焊縫做噴砂和磨平處理, 使之光滑, 符合防腐內(nèi)襯的施工要求。(3) 煙道內(nèi)側(cè)拐角處、內(nèi)撐桿焊接襯板處內(nèi)貼角鋼與面板結(jié)合處等有角度連接處, 焊縫應(yīng)保持一定的弧度和光滑度。(4) 煙道拼板時(shí), 應(yīng)對(duì)鋼板進(jìn)行坡口處理, 煙道內(nèi)壁與焊縫應(yīng)保持平整。(5) 煙道內(nèi)撐桿與連接板之間的焊接, 應(yīng)注意內(nèi)撐桿端部用相同孔徑的封頭將其封堵, 以防止腐蝕氣體或液體流入內(nèi)撐桿內(nèi)部，從而將其腐蝕。

　　5、結(jié)尾

　　在火力發(fā)電廠主煙道的設(shè)計(jì)中，因?yàn)閳?chǎng)地和空間的限制，煙道形式和走向是各種各樣的，相應(yīng)的設(shè)計(jì)方法和思路也是千變?nèi)f化的。但是無(wú)論如何，也要遵守合理的設(shè)計(jì)原則，這樣才能夠保證煙道和設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行，從而最大限度地節(jié)約成本。

　　【參考文獻(xiàn)】

　　[1]《火力發(fā)電廠煙風(fēng)煤粉管道設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程配套設(shè)計(jì)計(jì)算方法》錢成緒等，中國(guó)電力出版社

　　[2] 《空氣動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)》徐華舫等，北京航空學(xué)院出版社

　　[3] 《工程氣固多相流動(dòng)的理論及計(jì)》岑可法等，浙江大學(xué)出版社