電廠改造中鍋爐鋼結(jié)構(gòu)加固的設(shè)計(jì)應(yīng)用

張茂園

（東方電氣集團(tuán)東方鍋爐股份有限公司，四川 成都 611731）

隨著技術(shù)的更迭以及各方面要求的提高，火力發(fā)電廠需要進(jìn)行必要的改造，而鍋爐鋼結(jié)構(gòu)作為支撐結(jié)構(gòu)，也勢(shì)必進(jìn)行相應(yīng)的改造，以確保結(jié)構(gòu)安全，并使得經(jīng)濟(jì)指標(biāo)滿足改造需求。

1 火電廠鍋爐鋼結(jié)構(gòu)改造的常見(jiàn)形式

（1）增加脫硝設(shè)備進(jìn)行的改造。我國(guó)能源消費(fèi)以煤為主，約有90%二氧化硫、67%氮氧化物、70%煙塵排放量來(lái)自煤的燃燒，其中燃煤鍋爐等煙氣排放污染最為突出。煤燃燒生成的NOx以NO為主（90%以上），其次為NO2，容易造成酸雨等危害，對(duì)人的健康也有很大影響，因此必須進(jìn)行脫硝處理。治理措施主要分為燃燒過(guò)程控制和燃燒后煙氣脫硝技術(shù)，增加脫硝設(shè)備就屬于后者，鋼結(jié)構(gòu)改造主要是針對(duì)后者進(jìn)行最后一排結(jié)構(gòu)體系增加脫硝荷載的加固。

（2）燃燒器改造。由于煤種變化或燃燒效果不理想等問(wèn)題，為提高鍋爐燃燒性能，有針對(duì)性的對(duì)燃燒器進(jìn)行改造，主要是對(duì)燃燒器進(jìn)行風(fēng)量的調(diào)節(jié)。此類改造往往是通過(guò)微調(diào)的手段，改造量不大，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的影響主要是周圍平臺(tái)的通行問(wèn)題。

（3）旁路煙道改造。對(duì)煙氣流量的調(diào)節(jié)以及循環(huán)利用，也是提高熱效率的常用方法。由于旁路煙道的尺寸較大，在原有的結(jié)構(gòu)中難以完整的避開(kāi)，這就需要改變?cè)薪Y(jié)構(gòu)以適應(yīng)新增加的煙道。

2 鍋爐鋼結(jié)構(gòu)改造的主要設(shè)計(jì)步驟

（1）電廠相關(guān)資料收集。電廠改造一般是運(yùn)行幾年以后進(jìn)行，因此常作為一個(gè)獨(dú)立的項(xiàng)目進(jìn)行招標(biāo)。如果不是原設(shè)計(jì)單位中標(biāo)，就涉及收資的問(wèn)題。通常是由主要的專業(yè)負(fù)責(zé)人到電廠進(jìn)行實(shí)地考察，拍回相關(guān)圖紙以及實(shí)物的照片，這些內(nèi)容越詳細(xì)，對(duì)后期設(shè)計(jì)越有利。

（2）確定改造方案。電廠鍋爐房中的設(shè)備及管道眾多，常常牽一發(fā)而動(dòng)全身，這就需要在改動(dòng)前各專業(yè)詳細(xì)配合。收資完成后，由需要改造的專業(yè)提出一個(gè)大致的改造方案，各專業(yè)負(fù)責(zé)人根據(jù)收集到的資料情況配合該方案并提出意見(jiàn)，經(jīng)過(guò)多次配合確定一個(gè)具體的方案。

（3）具體設(shè)計(jì)。方案確定以后，按照方案及其他專業(yè)提資對(duì)原結(jié)構(gòu)進(jìn)行校核，確定其承載能力，并根據(jù)校核結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，出具相應(yīng)的施工圖紙。

3 鋼結(jié)構(gòu)的加固原則

鋼結(jié)構(gòu)加固要考慮的因素很多，應(yīng)從施工方便、不影響生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)合理、效果好等方面來(lái)選擇，主要有以下幾方面原則。

（1）加固時(shí)應(yīng)盡量按不停產(chǎn)或少停產(chǎn)設(shè)計(jì)，因?yàn)橥．a(chǎn)一天就會(huì)給電廠造成很大的經(jīng)濟(jì)損失，往往是加固費(fèi)用的幾倍或幾十倍。

（2）加固方案要便于制造、施工以及檢查。

（3）結(jié)構(gòu)件的制造組裝要盡量在廠內(nèi)完成，盡量減少現(xiàn)場(chǎng)工作量。

（4）連接加固采用焊接時(shí)，實(shí)際荷載產(chǎn)生的原有桿件應(yīng)力最好在鋼材設(shè)計(jì)強(qiáng)度60%以下，極限不得超過(guò)80%，否則應(yīng)采取相應(yīng)的措施才能施焊。

4 鍋爐鋼結(jié)構(gòu)改造的具體加固設(shè)計(jì)

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要基于《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》、《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》、《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》、《鍋爐鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》、《鍋爐鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的規(guī)范》及《火力發(fā)電廠土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》等作為設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)布置基本特點(diǎn)，以H型截面為對(duì)象進(jìn)行詳細(xì)介紹。

（1）原結(jié)構(gòu)的承載能力校核。在加固設(shè)計(jì)之前，先進(jìn)行對(duì)原結(jié)構(gòu)進(jìn)行承載能力校核，以確定需要加固的具體桿件。若是原設(shè)計(jì)預(yù)留了荷載的，則要判斷預(yù)留荷載是否能夠滿足新增的荷載。校核一般是由原設(shè)計(jì)單位進(jìn)行的，只需要將原有的計(jì)算模型進(jìn)行調(diào)整，即可得出計(jì)算文件。

（2）具體的加固方法。

①柱的加固。當(dāng)原柱子截面承載力不夠時(shí)，需要對(duì)柱進(jìn)行加固，主要從穩(wěn)定性和強(qiáng)度兩個(gè)方面入手。柱的穩(wěn)定性分為平面內(nèi)穩(wěn)定和平面外穩(wěn)定，其計(jì)算公式為N/ψA≤f，ψ為整體穩(wěn)定系數(shù)，與桿件長(zhǎng)細(xì)比λ和鋼材屈服強(qiáng)度有關(guān)。在同截面同材質(zhì)的情況下，長(zhǎng)細(xì)比越大，整體穩(wěn)定系數(shù)越小，桿件承載能力越小。由此可見(jiàn)，長(zhǎng)細(xì)比是控制穩(wěn)定性的一個(gè)重要因素，其計(jì)算公式為λ=μl/i，在桿件截面不變的情況下，減小柱的計(jì)算長(zhǎng)度l是一個(gè)立竿見(jiàn)影的方法。通過(guò)在兩個(gè)主層之間做立面桁架，為柱子提供有效的側(cè)向支撐，能夠達(dá)到減小柱計(jì)算長(zhǎng)度的目的。若柱子的自身強(qiáng)度不滿足，根據(jù)公式б=N/A可以看出，需要增加柱子的承載面積，常?？紤]在柱子翼緣外側(cè)貼鋼板或型鋼的方法，如圖1。

圖1

當(dāng)然，除了純交接的結(jié)構(gòu)以外，柱子一般是作為壓彎構(gòu)件，這種情況下還需要將彎矩和軸向壓力綜合計(jì)算考慮。

②梁的加固。梁作為主要的受彎構(gòu)件，在增加設(shè)備荷載后，或原平面布置的側(cè)向支撐由于新增設(shè)備專業(yè)空間而取消的原因，可能導(dǎo)致其自身的強(qiáng)度及撓度不足需要加固，主要從強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性三方面考慮。常用的方法有以下幾種。

一是在滿足梁腹板高厚比的基礎(chǔ)上，增加梁的高度，以增加梁的慣性矩和抗彎截面模量，從而提高梁的承載能力并減小變形。常采用的方法有在梁的下翼緣部分或通長(zhǎng)焊接T型鋼、鋼板。如圖2。

二是在梁的側(cè)面增加鋼板，將梁的截面做成類似箱型，以增加其弱軸方向的抗彎模量，增強(qiáng)其穩(wěn)定性；

三是空間允許的條件下，在梁的一側(cè)增加有效的側(cè)向支撐，以減小梁的計(jì)算長(zhǎng)度，增強(qiáng)其穩(wěn)定性。

③節(jié)點(diǎn)的加固。電廠鍋爐房鋼結(jié)構(gòu)的連接一般常用高強(qiáng)螺栓連接，當(dāng)節(jié)點(diǎn)螺栓驗(yàn)算不夠時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)焊接是有效又簡(jiǎn)便可行的加固方法。增加的焊縫需要按栓焊節(jié)點(diǎn)同時(shí)滿足來(lái)驗(yàn)算，即螺栓和焊縫各自分別滿足承擔(dān)百分之七十的荷載，同時(shí)滿足共同承擔(dān)百分百的荷載。若原節(jié)點(diǎn)增加焊縫還不能滿足，則要考慮增加連接板等形式。

圖2

5 對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工的要求

（1）施工順序的要求。

①若需要對(duì)原有結(jié)構(gòu)進(jìn)行拆除，必須在新的結(jié)構(gòu)加固完整以后再進(jìn)行拆除，否則可能引起整個(gè)結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)破壞。

②所有新的加載以及設(shè)備的安裝，必須在鋼結(jié)構(gòu)加固完成后進(jìn)行。

（2）焊接的要求。由于現(xiàn)場(chǎng)焊接具有施工簡(jiǎn)便、成本相對(duì)較低的特點(diǎn)，鋼結(jié)構(gòu)加固通常采用其作為連接方式。但是原結(jié)構(gòu)基本已經(jīng)受載，在此情況下，焊接時(shí)要采取相應(yīng)的措施如熱處理等，來(lái)避免應(yīng)力集中現(xiàn)象。

6 結(jié)語(yǔ)

縱觀近年來(lái)電廠鍋爐房鋼結(jié)構(gòu)改造的發(fā)展與應(yīng)用，樹(shù)立整體的結(jié)構(gòu)觀念，確定合理的改造方案至關(guān)重要。它是電廠改造中鍋爐鋼結(jié)構(gòu)的加固設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，也是實(shí)現(xiàn)降低改造成本、節(jié)約改造工期的根本途徑。負(fù)荷情況下對(duì)構(gòu)件進(jìn)行更換或加固有一定的施工困難，尋求經(jīng)濟(jì)高效的鋼結(jié)構(gòu)加固技術(shù)是土木工程領(lǐng)域亟待解決的技術(shù)問(wèn)題。改造后的結(jié)構(gòu)能夠在最大程度上利用原有結(jié)構(gòu)，并且滿足最新的使用功能。