（中国能源建设集团陕西省电力设计院有限公司 陕西西安 710054）
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。这种情况下，矩形烟风道平面受力的缺点愈加突出。圆形截面烟风道只要合理解决布置问题，其高质量、低造价、低运行成本的优越性就可得以充分发挥。
在同样通流面积时，圆形烟风道有下列优势：
a．风道断面周长比矩形风道小，无内撑杆，加固肋也少得多，节省用料；
b．风道直径比采用正方形时的边长要大，且上下左右都需要同样大的空间；
c．管道采用摧扳机拷制，加固肋少，因此焊缝少，加工工作量小；
d．管道道体较轻，节省支吊架和土建费用；
e．管道无内撑杆，可以减少管道流通阻力；
在同样通流面积时，圆形烟风道的不足之处：
a．圆形风道与矩型风道相比，空间适应性稍差；
b．当需要设插板门时，圆风道可能要特殊订货。
综上所述，在布置空间允许的前提下优先采用圆形风道。
2.2 布置方案
在常规的烟道布置方案中，空气预热器出口烟道首先进入横向布置的大风箱，然后在大风箱内进行90°转弯，转向炉侧，再进行90°向上转弯，最后再进行90°进入除尘器。该布置方案中，由于烟气经过3次直角转弯，同时伴随着通流面积强烈地扩散和收缩，不但增大了烟气阻力，同时极易引起烟气湍流，导致烟道在运行中发生振动。
由于烟气中飞灰的惯性作用，这种布置方案会导致电除尘器2个室的含尘量不均匀，原因是当灰在烟道中拐弯时，由于惯性的作用灰在弯道的外侧浓度增加，内侧浓度减少。如图1所示，实际运行中电除尘器2个室中靠锅炉外侧的烟气含尘量较大。由于电除尘器各个室的集尘面积相同，势必造成一侧工作超负荷，而另一侧则不能满负荷工作。
工程同步建设脱硝装置时，要求锅炉最外排柱必须从零米直达炉顶，用于支撑脱硝装置。如图1所示，该布置方案将导致锅炉最外排柱被烟道遮挡，且难以避让。另一个缺点是矩形大风箱体积庞大。由于此处烟气处于负压状态，同时需要考虑积灰荷载，因此需要加大加固肋和内撑杆的规格。与圆形烟道相比，常规矩形风道的材料费用高、加工复杂、工期长。
鉴于常规烟道的以上缺点，借鉴其他工程，最终确定本工程的烟道布置方案，见图2。
优化后的烟道在锅炉出口处先布置一个90。矩形弯头，把烟气流向转为向上，为送风机和一次风机的布置腾出空间，然后紧接一个偏心大小头将烟气引向除尘器进口方向，同时将矩形截面烟道变为圆形截面。由于圆形管道空间转角非常方便，因此方圆节后的烟道布置自由度很大，以烟道最短、阻力最小为原则。
除尘器进口烟道优化方案具有以下优点：
a．保证除尘效率。由于烟道从锅炉出来后被分隔成2根，避免了烟道经过多个拐弯后，烟尘的浓度在不同烟道内分配不均，使进入除尘器不同通道的烟气含尘浓度差别大，保证了除尘效率。
b．减小烟道阻力。优化后的烟道阻力比常规布置方案的阻力更小，常规布置方案除尘器进口前的烟道大风箱流态很差，阻力较大，优化后的烟道布置方案取消了大风箱，用圆形烟道的缓转弯头和直段把烟道出口的烟气分送到除尘器的进口，气流顺畅，阻力较小，减少了引风机运行的电耗。
c．减少工作量。由于采用圆形烟道，烟道的受力结构比矩形烟道好，能节省大量烟道加固肋和内撑的用量，减少钢材及焊条耗量，减少加工工作量，缩短工期。
本工程的烟道布置方案经过优化后，可优化烟气的流态，节省材料用量，缩短烟道的加工工期，实现“高速度、高质量、低成本”的基建方针。
3 优化结论
以本工程作为目标工程进行对比，按施工图设计，每台锅炉除尘器前烟道钢材耗量为145t，经过优化设计后，初步估算本工程的除尘器前烟道钢材耗量为100t。按照《火电工程限额设计参考造价指标(2015年水平)》取值，除尘器烟道钢材成本加上制作费用单价为7252元/t，2台锅炉除尘器烟道可节省约65.27万元，优化可取得的效益很明显。
参考文献：
⑴李江波 贾绍广 600MW空冷机组锅炉烟风道优化设计分析河北电力技术2010
⑵DL/T5121-2000 火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程
论文作者:仲学兰
论文发表刊物:《电力设备》2017年第8期
论文发表时间:2017/7/19
标签：风道论文; 烟道论文; 矩形论文; 除尘器论文; 烟气论文; 圆形论文; 阻力论文; 《电力设备》2017年第8期论文;