张所庆
国核电力规划设计研究院有限公司 北京 100095
提要：本文给出火力发电站大型烟道设计的思路和方法，并指出单纯按《火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程》（DL/T 5121—2000）设计存在安全隐患，供有关工程技术人员参考。
关键词：大型烟道，自振频率，变形，钢材强度设计值
Research on design of large chimney flue of thermal power plant
ZHANG Suoqing
（State Nuclear Electric Power Planning Design&Research Institute Co.,Ltd, Beijing，100095）
Abstract: This paper provides design idea and method of large chimney flue of thermal power plant, and index that it is dangerous if the design is done only by《Technical code for design of thermal power plant air & flue duct/ raw coal & pulverized coal piping》（DL/T 5121—2000）. This paper can be referenced by engineer.
Key words: large chimney flue, natural frequency of vibration, deformation, design value of steel strength
1.工程概况
近年来，1000MW机组已逐渐代替600MW机组，成为国内火力发电站建设的主力机型。火力发电站随着机组容量的加大，烟气流量加大，例如：某300MW机组工程，主烟道截面尺寸4.5mx9m；某600MW机组工程，主烟道截面尺寸6.0mx11m；某1000MW机组工程，主烟道截面尺寸7.5mx12.0m。
2.主要设计思路
在以往的火力发电站工程设计中，主烟道一般由工艺专业负责，根据《火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程》（DL/T 5121—2000）（以下简称《煤粉管道规程》）进行设计。在工艺规程中，考虑了烟气压力、积灰、风载、雪载等对烟道顶底面、侧面的局部影响，没有考虑风载等水平荷载对烟道整体的影响。现行的《煤粉管道规程》为2001年1月1日实施，至今已有十几年时间，火力发电站的规模、容量、机组参数等均有了很大的发展，随着烟道截面的加大，按现行工艺规程进行烟道设计是否安全可靠，应进行验证。针对上述情况，本工程钢烟道的设计，确定以下设计思路：
(1)初步确定烟道结构布置两个方案。
(2)按《煤粉管道规程》进行道体面板和加固肋设计，确定道体面板厚度和加固肋的规格、间距。
(3)按土建结构规范规程，对设计结果进行结构强度、自振频率等复核。
3.主烟道按《煤粉管道规程》设计
根据《煤粉管道规程》，本工程对道体面板和横向加固肋应分别按强度（应力）、刚度（挠度）、振动（频率）条件进行设计，控制加固肋和道体面板自振频率分别≥40Hz（振动设计）和≥40Hz（常规设计）。本工程主烟道远离风机口，第一自振频率应≥20Hz（常规设计）。
主烟道截面尺寸7.5m（宽）x12.8m（高），加固肋按刚接设置，结构布置方案如下：
方案一：在烟道内部设置两道水平内撑杆，将高度三等分，再在上部分、下部分设置斜撑杆，呈三角形布置。
方案二：在烟道内部设置两道水平内撑杆，将高度三等分，再设置一道竖向内撑杆，将宽度两等分，无斜撑杆。
(2)道体面板设计荷载统计
道体及受力面
分项荷载组合设计荷载当量荷载
注：1、荷载方向，由道体向外为“＋”，向内为“－”。
(3)道体面板设计荷载统计道体面板和加固肋的按以下设计，确定面板厚度、加固肋规格
(4)根据《煤粉管道规程》的要求，以上“方案一、方案二”加固肋的设计条件相同，加固肋规格、间距相同，设计结果无区别。
主烟道土建规程复核
(1)主烟道轴向变形核算
烟道固定支座的设置，应保证烟道随温度变化引起的轴向变形，小于膨胀节允许变形的要求。本工程烟道固定支座最大间距为L=25m，烟道安装初始温度T=10℃，烟气最高温度Tmax=150℃，膨胀节轴向变形允许值85mm。
膨胀节两侧烟道膨胀轴向变形之和：
△u=αS•(Tmax-T) •L=1.2x10-5x(150-10)x25000=42mm<85mm
轴向变形满足要求。
(2)主烟道结构复核
本工程采用STAAD PRO V8i结构分析软件对“方案一、方案二”进行了结构分析。
注：1）计算应力——加固肋最大计算应力
2）水平位移——烟道顶部最大横向计算变形
3）允许变形——烟道膨胀节允许横向变形
风载等水平荷载对烟道整体影响明显，影响烟道的结构安全和使用。
(3)主烟道自振频率复核
根据STAAD PRO V8i结构分析软件对方案一计算结果，道体面板第一振型自振频率27.8Hz，加固肋第一振型自振频率46.0Hz，均≥20Hz（常规设计），满足要求。
工艺规程与土建规程钢材力学性能的差异
Q235B钢材力学性能(150℃)
弹性摸量E（N/mm2）结构强度（N/mm2）
《煤粉管道规程》1.96x105125
《钢结构设计规范》2.06x105183
注：(1)结构强度——对于《煤粉管道规程》，为钢材的许用应力；对于《钢结构设计规范》，为钢材的强度设计值。
(2)150℃钢材强度设计值约折减f ≈ 0.85x215=183 N/mm2
《煤粉管道规程》和《钢结构设计规范》中，弹性模量E基本一致。
《煤粉管道规程》和《钢结构设计规范》中，钢材Q235B许用应力与钢材强度设计值183 N/mm2差别较大，分析如下：
《煤粉管道规程》采用的是许用应力设计法，各项荷载均采用标准值。土建规程采用的是基于概率理论的极限状态设计方法，各项荷载均采用设计值，若参照结构规范，则钢材Q235B许用应力乘荷载分项系数，则125x1.35=168 N/mm2，小于183 N/mm2，二者差值约为9%，大致相当，《煤粉管道规程》略显保守。
6.结论
单纯按《煤粉管道规程》主烟道设计，没有考虑风载等水平荷载对烟道整体的影响，存在安全隐患，需要按土建规程进行复核。
鉴于笔者水平有限，文中难免有考虑不道支处，本文旨在共享工程设计中的经验，为今后类似工程提供借鉴参考。
参考文献
[1]《烟囱设计规范》（GB 50051-2002）.
[2]《火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程》（DL/T 5121—2000）.
[3]《火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程》（DL/T 5121— 2000）.配套计算方法.
[4]《钛制焊接容器》（JB/T4745-2002）.
作者简介
张所庆，男，1963年出生，本科，教授级高级工程师, zhangsuoqing@snpdri.com。
论文作者:张所庆
论文发表刊物:《防护工程》2018年第25期
论文发表时间:2018/12/4
标签：烟道论文; 规程论文; 荷载论文; 管道论文; 煤粉论文; 结构论文; 体面论文; 《防护工程》2018年第25期论文;