摘要：简要介绍了火力发电厂烟风道设计过程中烟风道支吊架的设置原则、基本形式及其荷载计算过程，并结合实际设计工程经验，总结了烟风道支吊架设计过程中所应注意的问题。
关键词：火力发电厂； 烟风道； 支吊架； 荷载计算
火力发电厂烟风道主要包括锅炉制粉、燃烧系统中的冷一次风道、冷二次风道、热一次风道和热二次风道以及烟气排放系统中的烟道[1]。烟风道支吊架的主要作用是合理分配烟风道荷载，承担机组启、停或升、降负荷过程中由于热膨胀或收缩而产生的荷载，以及运行过程中由于烟风道内外压差而产生的内压推力，保证烟风系统的安全稳定运行，因此支吊架设计工作是烟风道设计中非常重要的环节。
1 烟风道支吊架设计
1.1 烟风道支吊架设置原则
实际工程设计过程中，烟风道支吊架的设置应满足以下几点要求[2]：
1）支吊架间距一般宜为6m-9m；
2）支吊点的设置宜保证烟风道荷载均匀分布，并避开管道中易磨损和经常检修的部件；
3）水平弯管两侧支吊架，应在靠近弯管的直管段设置一个支吊点；
4）支吊架与管道焊缝或法兰之间的净距离不得小于150mm；
5）在补偿器所能吸收的补偿量范围内的管道两端应设置固定支架，中间范围内支吊架宜为滑动、导向或限位支架；
6）管道附件（风门、补偿器、暖风器、消音器等）两端宜设置滑动或固定支架；
7）与设备相连管段，宜在靠近设备附近设置支吊架，以免设备承担管道荷载；
8）位于8度及以上地震区的发电厂，支吊架设置应考虑地震力的作用；
9）露天布置的烟风道应考虑风、雪荷载的作用。
10）较长垂直管道上的固定支架或刚性吊架，应按单侧承受支吊点全部荷载设计。
1.2 烟风道支吊架基本形式
烟风道支吊架按照型式分为支架和吊架两种，其中支架又可分为固定、滑动、导向、限位和弹簧等型式，吊架分为刚性、弹簧等型式。
工程设计当中常用的烟风道支吊架及其适用情况可根据烟风煤粉管道支吊架设计手册[3]进行选型。
1.3 烟风道支吊架荷载计算
烟风道支吊架荷载计算是进行支吊架选型的必要条件，支吊架的管部、连接件和根部（弹簧除外）均以结构荷载作为强度计算的依据。烟风道支吊架荷载包括工作荷载和结构荷载。其中工作荷载是指烟风道本体产生的静态荷载；结构荷载是考虑一定安全系数后所承担的荷载，分为垂直方向和水平方向结构荷载。
1) 垂直方向结构荷载FjZ：
当两侧为刚性支吊架
当两侧为弹簧支吊架
2) 水平方向结构荷载FjX(Y)：
固定支架
其中：
Ks：工作荷载修正系数；
FfZ，FfX(Y)：垂直\水平方向附加荷载；
FnZ，FnX(Y)：垂直\水平方向轴向内压推力；
FtZ，FtX(Y)：垂直\水平方向的波纹补偿器弹性推力；
：支吊架两侧至下一个刚性支吊架范围内热位移向下的弹簧吊架工作荷载总和；
：两侧支吊架摩擦力总和；
FdX(Y)：水平方向地震力；
：摩擦系数。
1.3.1 冷风道支吊架荷载计算
冷风道包括冷一次风道和冷二次风道，其设计温度一般为常温且顶部一般不设置通行平台，因此计算工作荷载时不需要考虑风道保温结构质量和通行平台自重。
计算垂直方向结构荷载时，冷风道内部不考虑积灰，因此垂直方向附加荷载为零；冷风道一般不设置弹簧吊架，可忽略两侧为弹簧支吊架情况；冷风道一般只在空预器入口位置设置非金属补偿器，在风机出、入口采用非金属柔性连接，也可以看做非金属补偿器，因此冷风道支吊架荷载不考虑波纹补偿器弹性轴向推力。
基于以上分析，计算刚性支吊架垂直方向结构荷载，除工作荷载外，仅需考虑补偿器的内压推力即可。冷风道刚性支吊架结构荷载可按下式计算：
1.3.2 热风道支吊架荷载计算
热风道主要包括热一次风道和热二次风道。热风道设计温度较高，计算工作荷载时需要考虑保温结构质量；热风道顶部不设置通行平台，计算工作荷载不考虑通行平台自重。
计算结构荷载时，热风道不需要考虑积灰荷载的影响；与冷风道不同的是热风道一般会设置金属补偿器，需要考虑补偿器的弹性轴向推力。
对于固定支架，在计算水平方向结构荷载时，应按照升温和降温两个过程分别考虑。升温和降温过程中，固定支架所受摩擦力方向相反，而内压推力方向不变，因此应计算两个方向的力的矢量和。
综上所述，热风道刚性支吊架结构荷载可按下式计算：
1.3.3 烟道支吊架荷载计算
烟道工作荷载的计算与热风道相似，为方便检修维护，部分烟道顶部会设置通行平台，因此，支吊架荷载计算应考虑顶部平台影响。
烟道结构荷载计算与热风道不同之处在于应考虑附加荷载。烟道附加荷载主要包括积灰荷载和顶部设置通行平台时分配到支吊架上的活荷载。
综上所述，烟道支吊架结构荷载计算公式为：
2 支吊架设计分析总结
2.1 滑动支架根部问题
滑动支架主要设置在固定支架之间或管道附件两侧，起到承担管道或附件荷载作用，允许管道或附件在水平方向有少量位移。对于烟风道，滑动支架一般生根在土建预埋件或钢梁上。滑动支架管部根据风道形式各不相同，但都与道体焊接连接，而根部因为是滑动连接，不同设计人设计理念不同造成支吊架形式差异。
对于冷风道滑动支架，可在生根埋铁与连接件之间设置聚四氟乙烯板，以减小摩擦阻力，降低支架水平结构荷载；也可直接将连接件生根在埋铁上，不焊接。这两种形式滑动支架水平结构荷载计算方法不同，第一种是钢板与聚四氟乙烯滑动，摩擦系数取0.2，第二种是钢板与钢板滑动，摩擦系数取0.3。两种方式孰优孰劣，需在综合比较水平荷载增大造成土建结构成本的增加与聚四氟乙烯板成本增加后才能得出结论。
2.2 支吊架管部问题
对于矩形烟风道，支吊架管部一般生根在道体加固肋上，尤其LX矩形管道搁（吊）架[3]，烟风道设计人在加固肋设计时应综合考虑支吊架的设置，合理分配加固肋间距，为支吊架的设置创造条件。
结合实际工程，当设置矩形管道搁（吊）架时，建议在搁架底板前后各设置一条加固肋，支架设计时，根据底板大小，在两条加固肋之间焊接若干条同等规格的纵向加固肋以增加支架强度。
2.3 非标准支吊架核算
实际工程设计中，支吊架的选型不可能与设计手册中的建议形式完全一致，因此，当支吊架为非标准结构时，应根据《《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》中的支吊架结构计算方法[4]对不同结构形式的支吊架进行焊缝强度核算，以选择合适的结构满足支吊架荷载要求。
3 结论
本文简要介绍了火力发电厂烟风道支吊架的基本形式、设置原则以及荷载计算方法。根据内部介质把烟风道分为冷风道、热风道和烟道，分别讨论了支吊架荷载计算方法，并分析了计算时应注意问题，得到了支吊架荷载计算公式。结合实际工程中遇到的问题，讨论了滑动支架根部的不同设计方法以及加固肋设计时应综合考虑支吊架管部生根的问题，并提出在选用非标准支吊架时，应通过焊缝强度核算来选择合适的支吊架结构以满足荷载要求。
参考文献：
[1] 樊泉桂. 锅炉原理. 北京：中国电力出版社，2007.
[2] 《火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程》（DL/T 5121-2000）．
[3] 《烟风煤粉管道支吊架设计手册》（试行本），1977.
[4] 《《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》（DL/T 5121-2000）．
论文作者:韩亮,崔浩,王澎,陈琪
论文发表刊物:《电力设备》2018年第16期
论文发表时间:2018/10/1
标签：吊架论文; 荷载论文; 风道论文; 支架论文; 结构论文; 管道论文; 方向论文; 《电力设备》2018年第16期论文;