关键词：锅炉；大板梁；设计
我国大锅炉制造厂通常把600 MW以下锅炉顶板梁格作为一个独立的部件进行设计计算。顶板梁格中的梁按传递力的顺序编号，直接支在柱顶的梁称为一次梁，搭在一次梁上的梁称为二次梁，一次梁一般设计成双轴对称焊接工字型板梁简称大板梁。大板梁与柱顶的连接明确规定为铰接，其他梁与梁的连接，不论结构形式如何，也一律按铰接计算。设计中规定的容许挠度和容许应力均按简支梁的计算结果进行校核。长期的实践证明，这样的处理方法是安全可靠的。
一、板梁端部结构设计
1、支座设计
大板梁一般采用弧形支座，见图。
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2、大板梁端支承加劲肋的设计。大板梁端必须设置支承加劲肋，这是保证支座处梁腹板局部稳定的重要措施。梁端支承加劲肋的下端要求端铣，使之抵紧大板梁的下翼缘。
3、大板梁端部的定位与抗震结构措施。大板梁和柱顶之间的定位一般采用双排定位螺钉以铰接形式连接。螺钉数量根据地震作用配置。螺钉的规格一般采用M30×L，钻孔φ32 mm。在锅炉安装过程中外侧螺钉应旋松，待锅炉整体水压试验后，在满水状态下再旋上，但亦不要旋紧。为安全起见，不论是地震区还是非地震区，最后都用连接板将大板梁与柱顶焊接固定。
4、梁端的侧向支承设计。大板梁的端部侧向支撑必须设置，目的是为了阻止大板梁两端截面的扭转，这是大板梁强度计算和整体稳定计算力学模型的前提条件，见图。
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端部侧向支撑常用交叉斜杆型式。斜杆的一端与大板梁的受压翼缘连接，另一端与另外一个柱顶或大板梁的下翼缘连接。斜杆按受压杆计算。根据各种荷载可能产生的组合，斜杆应能承受下面4组垂直于大板梁的水平力的最大值：.png)
5、板梁的整体稳定
(1)满足端部侧向支撑条件的大板梁可以按式进行整体稳定验算。
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(2)用式计算大板梁的整体稳定是非常麻烦的事情，因此在工程设计中一般采用构造措施来保证整体稳定。
(3)当梁需在跨中设置侧向支撑来保证整体稳定时，首先需设置平面支撑即大板梁的纵向支撑以形成跨中侧向支撑的不动支点。平面支撑应布置在大板梁上平面。平面支撑的斜杆按受压杆应能承受垂直于大板梁的水平支撑力为：
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同时水平支撑与大板梁的组合结构能承受水平地震力和风产生的水平方向的弯矩My。
(4)侧向支撑EF，m咒必须和大板梁受压翼缘平接，侧向支撑斜弦杆按受压杆应能承受垂直于大板梁的水平支撑力：
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二、立式锅炉炉拱的设计
由于立式锅炉炉膛内空间较小,且锅炉造价较低, 以往国家的环保要求又低,所以一直使用的是独立的弧形炉拱此型炉拱由于结构简单,虽然减少了制造工序、降低了锅炉成本,但是炉内的空气场随着锅炉工不断的开关炉门进行加煤时,改变较大,引人炉内的空气量与燃烧实际所需空气量并不相适应炉门刚刚敞开时,大量冷空气从炉排上面流人炉内,炉排下的一次风无法穿越阻力较大的炉排和燃料层,燃料层中的氧化放热反应因缺氧而停止,炉温下降在煤进人炉内,迅速被加热、干燥, 紧接着挥发物大量析出而被点燃这时需要大量空气,而实际有效参与燃烧的空气远远满足不了燃烧的需要在严重缺氧的条件下, 引起挥发物热分解而生成大量炭黑,此时炉门关闭不久,炉温尚未恢复正常,炭黑原就难以燃烧而大冒黑烟，这便是立式锅炉这种手烧炉每次投煤后, 烟囱冒黑烟。为了改善手烧炉的这种现状,就需要减少手烧炉燃烧周期性的影响,改善措施之一就是提高操作技术,除了使燃烧层厚度尽可能减少,从而减少炉排下通过一次风的阻力其次就是应改善燃烧工况及提高燃烧的高温环境,缩短投煤周期,以达到炉内温度改变不大,减少炭黑的形成由于立式锅炉的锅炉本体体积小,改善锅炉本体就会过多的增加锅炉造价, 对用户无形中增加了经济负担。因此,在锅炉炉内拱的改造就会相对实用些由以上各种原因引出作者对立式锅炉炉拱进行了优化设计。
1、在燃烧空气动力学、流体力学及燃烧理论的基础上,通过精心设计和利用激光测速等先进测试手段进行了广泛的冷、热态气体动力模化试验,研制出了性能优良的辐射一对流前拱即“人”字型前拱和强对流后拱即“人”字型后拱,人字型前拱和人字型后拱的组合,即为双“人”字型炉拱。
在工业锅炉的制造上广泛应用,在消除锅炉烟尘、减少不完全燃烧的损失、提高锅炉的热效率、扩大锅炉燃烧范围得到了良好的效果因此,通过对双“人”字型拱特性的研究,作者认为可将其理论运用到小型立式锅炉上,将大拱缩小成小拱, 双“人”可增加至多“人” , 也应该可以达到环保、节能的效果。
2、新型炉拱的理论验证。新型炉拱的换热同样遵循“漫辐射”的传热原理,即炉拱首先吸收高温火焰或高温烟气所带来的辐射热量, 本身具有较高的温度后再以漫辐射的形式将热量向四面八方辐射出去。所以,强化炉拱传热的根本途径是提高拱区温度为了提高上拱区的温度, 就必须将下部的高温烟气引人到上拱区并在那里停留尽可能长的时间因此,不同炉拱层应相对错开,使得来自下拱区的高温烟气导人上拱区时同样形成回旋涡流, 给可燃物挥发分和细小煤粉颗粒充分反应和燃尽,多层回旋,直到完全反应和燃尽，经论证后,新型炉拱有了初步的设计方案,单个新型炉拱采用“人”字拱形, 炉拱采用具有防倾斜、出口端低长的后拱尾,这样增加了良好的保温性能。由于小拱相互搭建,高温烟气在炉拱中盘旋,炉拱与炉拱之间的层段空间较小,使得锅炉在燃烧工况时,炉内的高温环境不易被锅炉工频繁的开关炉门而改变, 因此采用新型炉拱的立式锅炉可改变了以往开关炉门即周期性会冒黑烟的现象。
3、新型炉拱应用。经试制出新型炉拱, 即可实现立式锅炉的改造了首先将炉胆内壁横水管下方四周炉胆壁上砌成正方形以方便悬挂炉拱, 可先在炉壁上电焊上若干个弯曲铁条, 以牢固四周耐火水泥炉壁在砌筑时,加筑上悬挂柱,将砌筑好的新型炉拱挂在指定方位,以形成良好的高温烟气回旋区悬挂好的炉拱与炉拱之间相互搭建,在锅炉燃烧时,对高温烟气起到一个慢回旋的充分燃烧的作用最后为了巩固最下层炉拱的稳定性,在拱区最下方通两根横水管,一方面可托住下层炉拱,
对锅炉工字型大板梁的强度和刚度的计算方法、端部结构的计算和设计方法、整体稳定计算及其结构的设计方法、局部稳定计算及其结构的设计方法以及制造要求都做了规范性的说明。对大板梁力学量的计算方法，完全适用于锅炉顶梁格所有其他梁的计算。而且只有把顶梁格其他所有的梁都计算完之后，才能最终完成大板梁的设计计算。因此，立式锅炉燃烧效率提高,同时降低了固休、气体不完全燃烧热损失, 除尘和环保效果也非常显著。
参考文献：
[1] 罗永浩.节能锅炉工字型大板梁的强度和刚度静力计算[M]．北京：中国建筑工业出版社，2018．
[2] 林宗虎, 张永照.高效节能炉拱的工作原理及应用锅炉钢结构架设计[M]．北京：中国电力出版社，2017．
论文作者:庞清良
论文发表刊物:《科学与技术》2019年17期
论文发表时间:2020/1/15
标签：锅炉论文; 工字型论文; 斜杆论文; 炉门论文; 高温论文; 烟气论文; 稳定论文; 《科学与技术》2019年17期论文;