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

　　【關(guān)鍵詞】：火力發(fā)電廠,主煙道,設(shè)計

　　1、前言

　　隨著火力發(fā)電廠的快速發(fā)展，600MW 機組已經(jīng)逐漸被1000MW 機組所取代，成為國內(nèi)火力發(fā)電廠的主力機型。火力發(fā)電廠隨著煙氣流量加大和機組容量的加大，煙道是通風系統(tǒng)中的一個重要部分，但是煙道在設(shè)計方面水平參差不齊，存在著不少的缺陷，情況不容樂觀。本文以下內(nèi)容將對火力發(fā)電廠主煙道的設(shè)計進行簡要的探討，以供大家參考學習之用。

　　2、煙道設(shè)計的改進

　　目前火力發(fā)電廠的主煙道采用的豎向煙道自然通風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所需的作用力，因此在設(shè)計煙道時需留有安裝排氣機械的位置和條件。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，并對支撐結(jié)構(gòu)及煙機等設(shè)備產(chǎn)生巨大的推力，常常會影響設(shè)備及裝置的安全穩(wěn)定的運行。因此，在進行煙道設(shè)計時，要正確地選用各種支吊架、導向支架、彈簧支架以及滑動支座等設(shè)施，合理地分配煙道重量和布置煙道的走向。

　　3、主要設(shè)計思路

　　在火力發(fā)電廠工程設(shè)計中，以前主煙道一般由工藝專業(yè)負責，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、風載、雪載等的影響，風載等水平荷載對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 日開始實施的，到今天已經(jīng)有十幾年的時間了，在此期間火力發(fā)電廠的規(guī)模、容量、機組參數(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)程應進行驗證煙道設(shè)計是否安全可靠。

　　4、主煙道設(shè)計要點

　　4、1固定支架

　　在火力發(fā)電廠主煙道的設(shè)計中，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)形和尺寸及單個膨脹節(jié)所能調(diào)節(jié)的膨脹量等來確定膨脹節(jié)的選型。在一般的情況下，固定支架包括煙機、反應器等設(shè)備。另外，除了這些設(shè)備所提供的固定點外，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 導向支架

　　火力發(fā)電廠相鄰主管道的同軸性，對于膨脹節(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)計中必須使用導向支架。對于直管段膨脹節(jié)和導向支架的設(shè)置，往往是要遵守以下規(guī)則：使膨脹節(jié)靠近一個固定支架，第一個導向支架與膨脹節(jié)波紋管端面的間距要小于管徑的4倍。第二個導向支架與第一個導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

　　吊架設(shè)計通常是對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，而不采用滑動支座的時候是對水平力要求非常嚴格的煙道。②冷態(tài)下安裝調(diào)試好的支承，在熱態(tài)下吊點的承重值不應有大的變化，此時要同時考慮冷、熱態(tài)下的支承;③不能阻止膨脹節(jié)按設(shè)計的補償方案變形;④管段重心最好通過吊點的位置，這是為了避免因偏心而產(chǎn)生附加彎矩。對于入口煙道，由于煙機的殼體與轉(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，就會讓煙機轉(zhuǎn)動導致煙機異常及和損壞。所以，通常的設(shè)計是保證煙機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，減少作用在中心滾動支座上的重量，從而減小摩擦力對煙機的作用。對于出口煙道來說，為了減少作用在煙機上的垂直作用力，設(shè)置兩組彈簧吊架。經(jīng)過這樣的設(shè)計，直接作用在煙機垂直方向的重力很小，有效地保證了煙機的穩(wěn)定運行。

　　4、4 彈簧設(shè)計

　　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比較遠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)計中很少采用恒力彈簧，因其荷載的準確性不高和對安裝調(diào)試技術(shù)要求高，因此。可變彈簧支吊架的設(shè)計應保證彈簧荷載變化率小于25%，小于25%的時候，要采取措施，比如彈簧的結(jié)構(gòu)尺寸改變，彈簧剛度減少，彈簧的型號改變、串聯(lián)彈簧支吊架等方法，以滿足設(shè)計要求。

　　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;第二步是計算管段因熱變形而產(chǎn)生的位移量，再估計安裝誤差量，據(jù)此確定膨脹節(jié)的結(jié)構(gòu)參數(shù)。這兩步中要強調(diào)的是第一步最關(guān)鍵的。

　　4、5.1 煙機出口膨脹節(jié)

　　在煙機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)。另外一個關(guān)鍵設(shè)計是煙道內(nèi)壓推力靠壓力平衡膨脹節(jié)的大拉桿來平衡。所以說，大拉桿的強度和結(jié)構(gòu)設(shè)計對膨脹節(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、制造、安裝原因等。由于設(shè)計的原因而造成的膨脹節(jié)失效主要表現(xiàn)在：應力腐蝕開裂，大多是由于介質(zhì)中硫化鐵和水蒸氣形成硫酸，同時又由于氯離子的存在，造成膨脹節(jié)發(fā)生腐蝕開裂。設(shè)計時應盡量選用耐蝕性好的材料。此外，合理地設(shè)計和選擇膨脹節(jié)，使其在較低的應力狀態(tài)下工作，同時盡量避免腐蝕性介質(zhì)的產(chǎn)生，都是有效的設(shè)計預防措施。

　　4、6 主煙道加固肋設(shè)計

　　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，但由于受布置場地的限制, 國內(nèi)對圓形煙道加固肋設(shè)計的規(guī)程及其配套計算方法不健全等因素的影響, 所以圓形管道在國內(nèi)大容量機組中很少采用, 特別是圓形煙道中的積灰荷載對圓形道體產(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)計中的最大難點。一般在火電廠主煙道的設(shè)計中采用有限單元模型法對圓形煙道加固肋進行設(shè)計計算, 解決了此難題。有限單元模型法主要是通過荷載施加及組合、有限元模型建立、道體的強度驗算、加固肋和內(nèi)撐桿的強度及穩(wěn)定性的計算、道體結(jié)構(gòu)自振頻率的計算和振動控制等五大步驟對加固肋進行設(shè)計。關(guān)鍵就是將煙道及其加固肋、支點型式等建立有限單元模型, 然后將不同的荷載對應賦予不同的有限單元上。然后再進行道體強度、加固肋強度和穩(wěn)定驗算, 就能很好地解決不均勻荷載可能帶來的影響, 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主煙道進行內(nèi)襯, 按照內(nèi)襯的需要, 對主煙道內(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。當焊接使用材料厚度不一樣的時候, 在其結(jié)合處應保證其水平對齊。焊接完成后, 應去除所有焊接飛濺物, 并對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, 焊縫應保持一定的弧度和光滑度。(4) 煙道拼板時, 應對鋼板進行坡口處理, 煙道內(nèi)壁與焊縫應保持平整。(5) 煙道內(nèi)撐桿與連接板之間的焊接, 應注意內(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)計中，因為場地和空間的限制，煙道形式和走向是各種各樣的，相應的設(shè)計方法和思路也是千變?nèi)f化的。但是無論如何，也要遵守合理的設(shè)計原則，這樣才能夠保證煙道和設(shè)備的安全穩(wěn)定運行，從而最大限度地節(jié)約成本。

　　【參考文獻】

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

　　[2] 《空氣動力學基礎(chǔ)》徐華舫等，北京航空學院出版社

　　[3] 《工程氣固多相流動的理論及計》岑可法等，浙江大學出版社