【摘要】：本文探討火力發電廠主煙道的設計，并對其思路和方法進行了研究，為今后與此類似工程的主煙道設計提供了參考。

　　【關鍵詞】：火力發電廠,主煙道,設計

　　1、前言

　　隨著火力發電廠的快速發展，600MW 機組已經逐漸被1000MW 機組所取代，成為國內火力發電廠的主力機型。火力發電廠隨著煙氣流量加大和機組容量的加大，煙道是通風系統中的一個重要部分，但是煙道在設計方面水平參差不齊，存在著不少的缺陷，情況不容樂觀。本文以下內容將對火力發電廠主煙道的設計進行簡要的探討，以供大家參考學習之用。

　　2、煙道設計的改進

　　目前火力發電廠的主煙道采用的豎向煙道自然通風的作用力主要依靠室內外空氣溫差形成的熱壓，室外氣溫越低熱壓越大。但在室內氣溫低于室外氣溫的夏季，這種煙道就不能形成自然通風所需的作用力，因此在設計煙道時需留有安裝排氣機械的位置和條件。煙道的煙氣溫度是很高的，一般是(500～700) ℃，不管是選用熱壁式還是冷壁式煙道，其管道都將產生一定的熱膨脹變形，并對支撐結構及煙機等設備產生巨大的推力，常常會影響設備及裝置的安全穩定的運行。因此，在進行煙道設計時，要正確地選用各種支吊架、導向支架、彈簧支架以及滑動支座等設施，合理地分配煙道重量和布置煙道的走向。

　　3、主要設計思路

　　在火力發電廠工程設計中，以前主煙道一般由工藝專業負責，在工藝規程中，要充分的考慮了煙道頂底面、側面受煙氣壓力、風載、雪載等的影響，風載等水平荷載對煙道整體的影響往往不加以考慮。現在用的的《煤粉管道規程》是2001 年1 月1 日開始實施的，到今天已經有十幾年的時間了，在此期間火力發電廠的規模、容量、機組參數等均有了很大的改變，隨著煙道截面的加大，按現行工藝規程應進行驗證煙道設計是否安全可靠。

　　4、主煙道設計要點

　　4、1固定支架

　　在火力發電廠主煙道的設計中，為了減小溫差引起的變形，通常在管系中設置膨脹節。管段的形狀決定著膨脹節的選用。管道固定支架的作用就在于限制和控制設置位移量，此位移量是固定支架之間的膨脹節所吸收的，管系被固定支架分割成若干管段，然后根據管段的構形和尺寸及單個膨脹節所能調節的膨脹量等來確定膨脹節的選型。在一般的情況下，固定支架包括煙機、反應器等設備。另外，除了這些設備所提供的固定點外，常常需要在閥門、管道轉向處、管道盲端和主要支管的連接處設置固定支架。要求管道固定支架及其附件，和與之相連的結構必須能夠承受對它們的內壓推力、摩擦力以及膨脹節的變形反力等作用力。

　　4、2 導向支架

　　火力發電廠相鄰主管道的同軸性，對于膨脹節功能的發揮是很重要的。為了保證位移能夠正確地施加到膨脹節上，并防止管道失穩，在主煙道設計中必須使用導向支架。對于直管段膨脹節和導向支架的設置，往往是要遵守以下規則：使膨脹節靠近一個固定支架，第一個導向支架與膨脹節波紋管端面的間距要小于管徑的4倍。第二個導向支架與第一個導向支架的間距要小于管徑的14倍。

　　4、3 吊架及彈簧的設計

　　吊架設計通常是對于豎直管段或者要求管段由于熱位移而產生的摩擦力很小的時候才采用，而且與彈簧經常組合使用。吊架的設置原則是：①采用吊架，而不采用滑動支座的時候是對水平力要求非常嚴格的煙道。②冷態下安裝調試好的支承，在熱態下吊點的承重值不應有大的變化，此時要同時考慮冷、熱態下的支承;③不能阻止膨脹節按設計的補償方案變形;④管段重心最好通過吊點的位置，這是為了避免因偏心而產生附加彎矩。對于入口煙道，由于煙機的殼體與轉子之間和轉子與定子之間的間隙不是很大，它們之間一旦有微小的移動，就會讓煙機轉動導致煙機異常及和損壞。所以，通常的設計是保證煙機入口推力和力矩小于某一特定值。為了減小水平力，要設置一組吊架，將煙道上的高溫閘閥、蝶閥的重量以及與它們緊鄰的管段重量吊起來，減少作用在中心滾動支座上的重量，從而減小摩擦力對煙機的作用。對于出口煙道來說，為了減少作用在煙機上的垂直作用力，設置兩組彈簧吊架。經過這樣的設計，直接作用在煙機垂直方向的重力很小，有效地保證了煙機的穩定運行。

　　4、4 彈簧設計

　　彈簧包括可變彈簧和恒力彈簧兩種。載荷隨彈簧位移量的變化而變化，大多設置在水平煙道和離煙機比較遠的地方就是可變彈簧。承重載荷不隨煙道位移而變化就是恒力彈簧，但在煙道設計中很少采用恒力彈簧，因其荷載的準確性不高和對安裝調試技術要求高，因此。可變彈簧支吊架的設計應保證彈簧荷載變化率小于25%，小于25%的時候，要采取措施，比如彈簧的結構尺寸改變，彈簧剛度減少，彈簧的型號改變、串聯彈簧支吊架等方法，以滿足設計要求。

　　4、5 膨脹節的選型

　　膨脹節的選型一般分為以下兩步：第一步是根據煙道的布置及走向定管段的構形，然后選擇膨脹節型式;第二步是計算管段因熱變形而產生的位移量，再估計安裝誤差量，據此確定膨脹節的結構參數。這兩步中要強調的是第一步最關鍵的。

　　4、5.1 煙機出口膨脹節

　　在煙機出口至固定支架之間的管道中，通常選用彎管壓力平衡膨脹節。另外一個關鍵設計是煙道內壓推力靠壓力平衡膨脹節的大拉桿來平衡。所以說，大拉桿的強度和結構設計對膨脹節的安全穩定的使用也很重要的。膨脹節的失效一般有設計、制造、安裝原因等。由于設計的原因而造成的膨脹節失效主要表現在：應力腐蝕開裂，大多是由于介質中硫化鐵和水蒸氣形成硫酸，同時又由于氯離子的存在，造成膨脹節發生腐蝕開裂。設計時應盡量選用耐蝕性好的材料。此外，合理地設計和選擇膨脹節，使其在較低的應力狀態下工作，同時盡量避免腐蝕性介質的產生，都是有效的設計預防措施。

　　4、6 主煙道加固肋設計

　　煙道的形狀一般有圓形和矩形兩種, 雖然圓形煙道有很大的優勢，但由于受布置場地的限制, 國內對圓形煙道加固肋設計的規程及其配套計算方法不健全等因素的影響, 所以圓形管道在國內大容量機組中很少采用, 特別是圓形煙道中的積灰荷載對圓形道體產生了偏心荷載,極易引起圓形煙道的失穩變形, 而解決圓形煙道的失穩變形則是圓形煙道設計中的最大難點。一般在火電廠主煙道的設計中采用有限單元模型法對圓形煙道加固肋進行設計計算, 解決了此難題。有限單元模型法主要是通過荷載施加及組合、有限元模型建立、道體的強度驗算、加固肋和內撐桿的強度及穩定性的計算、道體結構自振頻率的計算和振動控制等五大步驟對加固肋進行設計。關鍵就是將煙道及其加固肋、支點型式等建立有限單元模型, 然后將不同的荷載對應賦予不同的有限單元上。然后再進行道體強度、加固肋強度和穩定驗算, 就能很好地解決不均勻荷載可能帶來的影響, 可以選擇出合理的煙道的厚度和加固肋的大小。

　　4、7 主煙道的焊接要求

　　由于主煙道防腐需要對主煙道進行內襯, 按照內襯的需要, 對主煙道內部焊接提出了以下要求: ( l) 在內襯施工之前各種焊接都要進行,內襯施工后不允許焊接。(2) 采用焊接連接的主煙道，內表面要采用連續焊接。當焊接使用材料厚度不一樣的時候, 在其結合處應保證其水平對齊。焊接完成后, 應去除所有焊接飛濺物, 并對焊縫做噴砂和磨平處理, 使之光滑, 符合防腐內襯的施工要求。(3) 煙道內側拐角處、內撐桿焊接襯板處內貼角鋼與面板結合處等有角度連接處, 焊縫應保持一定的弧度和光滑度。(4) 煙道拼板時, 應對鋼板進行坡口處理, 煙道內壁與焊縫應保持平整。(5) 煙道內撐桿與連接板之間的焊接, 應注意內撐桿端部用相同孔徑的封頭將其封堵, 以防止腐蝕氣體或液體流入內撐桿內部，從而將其腐蝕。

　　5、結尾

　　在火力發電廠主煙道的設計中，因為場地和空間的限制，煙道形式和走向是各種各樣的，相應的設計方法和思路也是千變萬化的。但是無論如何，也要遵守合理的設計原則，這樣才能夠保證煙道和設備的安全穩定運行，從而最大限度地節約成本。

　　【參考文獻】

　　[1]《火力發電廠煙風煤粉管道設計技術規程配套設計計算方法》錢成緒等，中國電力出版社

　　[2] 《空氣動力學基礎》徐華舫等，北京航空學院出版社

　　[3] 《工程氣固多相流動的理論及計》岑可法等，浙江大學出版社