燃煤電廠復(fù)雜玻璃鋼煙道設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)

羅樹青（華東電力設(shè)計(jì)院，上海 200063）

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燃煤電廠復(fù)雜玻璃鋼煙道設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)

羅樹青
（華東電力設(shè)計(jì)院，上海 200063）

摘要：國內(nèi)玻璃鋼煙道應(yīng)用越來越廣泛，本文作者利用自己參與的玻璃鋼煙道工程及相關(guān)的玻璃鋼制品的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，對復(fù)雜玻璃鋼煙道的布置、鋪層設(shè)計(jì)、玻璃鋼煙道接口設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討和研究，可為以后相關(guān)工程設(shè)計(jì)提供參考選用。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜玻璃鋼煙道；鋪層設(shè)計(jì)；接口。

玻璃鋼煙道是輸送煙氣進(jìn)入煙囪或冷卻塔的裝置，由玻璃鋼制造的煙道分為與煙囪相連的水平短煙道和排煙冷卻塔用玻璃鋼煙道。目前國內(nèi)排煙冷卻塔用玻璃鋼煙道主要為直線布置的煙塔合一工程。本文結(jié)合作者參與的國內(nèi)玻璃鋼煙道工程，對復(fù)雜玻璃鋼煙道設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究和探討。

1 復(fù)雜玻璃鋼煙道的總體布置

在國內(nèi)煙塔合一的燃煤電廠工程中，脫硫吸收塔靠近冷卻塔直線布置， 減少玻璃鋼煙道的長度和煙氣排放路徑，有利于煙氣排放。這種布置對運(yùn)行管理要求比較高，當(dāng)脫硫吸收塔發(fā)生故障停運(yùn)時(shí)，相應(yīng)機(jī)組必須停運(yùn)，影響生產(chǎn)。為了解決這個(gè)問題，在兩座脫硫吸收塔之間設(shè)置事故吸收塔，當(dāng)鍋爐啟動(dòng)、進(jìn)入FGD的煙氣超溫，在運(yùn)吸收塔發(fā)生故障停運(yùn)時(shí)，事故噴淋系統(tǒng)啟動(dòng)，啟用事故吸收塔。

山東濱州供熱中心三期4×330 MW機(jī)組工程采用煙塔合一方案，建造4根φ5600的玻璃鋼主煙道和4根φ5600的玻璃鋼事故煙道，煙道中心離塔外地面高度約41 m，主煙道以1%的坡度坡向脫硫吸收塔，事故煙道以1%的坡度坡向事故吸收塔，主煙道與事故煙道均設(shè)置彎頭，主煙道與事故煙道通過三通相連，煙道單跨最長55 m，總長約1030 m。本工程于2014年12月底全部正常發(fā)電，目前運(yùn)行良好。

本工程由于地方空間的限制，使得整個(gè)玻璃鋼煙道布置較為復(fù)雜，主煙道與事故煙道均布置為分段咽道，分段最長110 m，每段煙道兩端布置滑動(dòng)支座，中間布置固定支座，相鄰兩段煙道通過在滑動(dòng)支座之間布置膨脹節(jié)相連，煙道通過滑動(dòng)支座和膨脹節(jié)釋放由溫度產(chǎn)生的內(nèi)力和位移，減少對煙道支架的不利影響。同樣，煙道三通布置一個(gè)固定支座，與主煙道和事故煙道相連的三個(gè)方向布置滑動(dòng)支座和膨脹節(jié)。同時(shí)，為了便于脫硫吸收塔和事故吸收塔切換，阻隔煙氣串通，不影響彼此正常工作，在玻璃鋼主煙道和事故煙道上均布置擋板門。具體布置見圖1。

圖1 復(fù)雜玻璃鋼煙道平面布置圖

2 復(fù)雜玻璃鋼煙道的鋪層設(shè)計(jì)

玻璃鋼煙道中主要包含兩種材料：樹脂和玻璃纖維。樹脂主要用于化學(xué)保護(hù)和作為粘結(jié)劑；玻璃纖維為增強(qiáng)材料，以提高強(qiáng)度性能。復(fù)合材料因?yàn)檫@兩種材料的共同作用而具有其特殊的力學(xué)性能。

纖維：結(jié)構(gòu)層采用的玻璃纖維為ECR纖維。樹脂：采用乙烯基酯樹脂。

工藝：煙道采用環(huán)向纏繞成型的玻璃纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料，軸向采用單向布增強(qiáng)。

玻璃鋼煙道鋪層設(shè)計(jì)根據(jù)煙道設(shè)計(jì)工作溫度、設(shè)計(jì)工作壓力、荷載、煙道布置等具體設(shè)計(jì)條件進(jìn)行。燃煤電廠煙道的直徑比較大，一般采用接近為90°環(huán)向纏繞，軸向采用單向布增強(qiáng)。

單層環(huán)向強(qiáng)度σhi=σfsin2αi單層軸向強(qiáng)度αai=αfcos2αi

式中：αf為材料纖維方向強(qiáng)度； αi為纏繞角。

考慮煙道壁厚較薄，按薄壁結(jié)構(gòu)計(jì)算，煙道環(huán)向和軸向強(qiáng)度為各個(gè)單層環(huán)向和環(huán)向強(qiáng)度的線性迭加，各鋪層共同工作折減系數(shù)c取0.75。

式中：σh為結(jié)構(gòu)層環(huán)向強(qiáng)度； σa為結(jié)構(gòu)層軸向強(qiáng)度 ；ti為各單層厚度。

煙道環(huán)向和軸向的彈性模量為：

式中：Ea為結(jié)構(gòu)層軸向彈性模量； ti為各結(jié)構(gòu)單層厚度； ttotal為FRP結(jié)構(gòu)層總厚度，各鋪層共同工作的折減系數(shù)c取0.75。

纏繞材料及單向布材料的模量、強(qiáng)度根據(jù)實(shí)驗(yàn)確定。玻璃鋼煙道結(jié)構(gòu)分析計(jì)算采用大型通用有限元軟件ANSYS進(jìn)行。

本工程玻璃鋼煙道根據(jù)跨度，結(jié)構(gòu)層設(shè)計(jì)厚度分別為28 mm和30 mm，煙道通過兩布一紗交替纏繞到設(shè)計(jì)厚度，煙道內(nèi)表面設(shè)置2.5 mm的內(nèi)襯防腐層； 冷卻塔內(nèi)煙道設(shè)置1.5 mm外表層，冷卻塔外煙道設(shè)置0.5 mm外表層，分界點(diǎn)在塔筒外壁向外1.0 m處。

3 復(fù)雜玻璃鋼煙道的接口設(shè)計(jì)

玻璃鋼煙道由玻璃鋼煙道分段通過適當(dāng)?shù)男问竭B接而成，對于小直徑的玻璃鋼煙道（一般小于4 m）可以選用插接方式連接，對于直徑大于4 m的玻璃鋼煙道，一般采用對接形式，見圖2。

圖2 玻璃鋼煙道接口

接口的總寬度及厚度與玻璃鋼煙道的受力、接口鋪層有關(guān)，接口的增強(qiáng)材料主要為短切氈和玻璃布，短切氈的長度一般在25～50 mm，手糊工藝制造，雙面補(bǔ)強(qiáng)，接口的施工質(zhì)量嚴(yán)重影響到玻璃鋼煙道使用性和安全性。接口的鋪層按照設(shè)計(jì)要求鋪放至設(shè)計(jì)厚度，其中玻璃布的使用量不宜太大，增強(qiáng)材料主要為短切氈，由短纖維組成的單向板或?qū)雍习宓男阅苁軜渲?、纖維的性能、長度影響，在高溫下的性能衰減較快。此外，由于接口補(bǔ)強(qiáng)片與煙道不是同時(shí)固化，層間的剝離應(yīng)力和剪切強(qiáng)度很小，尤其是剝離應(yīng)力很小，在實(shí)際中要防止接口的剝離破壞。

目前國內(nèi)玻璃鋼煙道的接口形式主要一般采用對接方式，內(nèi)接外接口的厚度相差不大或相等。本工程煙道接口采用對接式，采用的材料是短切氈+玻璃布，手糊完成。內(nèi)外接口厚度設(shè)計(jì)為：對于結(jié)構(gòu)層厚30 mm做法為：1層玻璃布+短切氈交替至37.18 mm。接口寬度設(shè)計(jì)為700 mm；對于結(jié)構(gòu)層厚28 mm做法為：1層玻璃布+短切氈交替至30.18 mm。接口寬度設(shè)計(jì)為700 mm。

4 結(jié)語

（1） 一般而言，脫硫吸收塔和事故吸收塔應(yīng)靠近冷卻塔中間布置，盡量減少玻璃鋼煙道的長度，減少投資，同時(shí)有利于煙氣排放；對于布置比較復(fù)雜的工程，玻璃鋼煙道宜進(jìn)行分段，每段煙道通過固定支座、滑動(dòng)支座和膨脹節(jié)結(jié)合布置。

（2） 玻璃鋼煙道支座間距均勻布置比較合適，鋪層設(shè)計(jì)厚度比較均勻。

（3） 接口設(shè)計(jì)可以采用不等厚設(shè)計(jì)，內(nèi)接口不宜太厚，且與筒體連接坡度不宜太小，不能小于1∶6，最好為1∶10，利于煙氣的流通和冷凝液的收集及力的傳遞。

參考文獻(xiàn)：

［1］ Q/DG 1-SOO5-2010，排煙冷卻塔設(shè)計(jì)導(dǎo)則［S］.

［2］ 羅樹青，等.燃煤電廠玻璃鋼煙道設(shè)計(jì)與研究［J］.電力勘測設(shè)計(jì)，2015，（2）.

中圖分類號：TM621

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號：1671-9913（2016）01-0046-03

* 收稿日期：2016-02-19

作者簡介：羅樹青（1977- ），男，湖南衡陽人，高級工程師，從事電力設(shè)計(jì)相關(guān)工作。

Design Key Technic of Complex Glass Steel Flue in Coal-fired Power Plant

LUO Shu-qing
（East China Electric Power Design Institute， Shanghai 200063， China）

Abstract:The application of FRP flue becomes more and more extensive internal. The author discusses and researches the layout plan， layering design and joint design of complicated FRP flue according to the FRP liner and FRP flue engineering which the author participate and design experience of FRP product. The result is consistent with the practice experience.

Key words:complicated FRP Flue； layering design； joint.