燃煤电厂玻璃钢内筒套筒式烟囱设计

第40卷增刊2007年10月

武汉大学学报(工学版)

Engineering Journal of Wuhan University Vol.40Sup.Oct.2007

作者简介:杨小兵(19782),男,工程师,主要从事电力土建结构设计工作.

文章编号:167128844(2007)S120451204

燃煤电厂玻璃钢内筒套筒式烟囱设计

杨小兵1,田树桐1,马　申1,张大厚2

(1.北京国电华北电力工程有限公司,北京　100011;2.中冶集团建筑研究总院,北京　100088)

摘要:为达到环保要求和节省成本,燃煤电厂常采用湿法脱硫不上GGH 工艺.文章基于作者设计的国内首座

大型玻璃钢内筒套筒式烟囱(180/Φ6.6m ),从结构总体布置、计算模型简化与计算、FRP 内筒结构设计、铺层与材料设计、试验验证、连接构造等方面系统的阐述了玻璃钢烟囱的设计方法,并对需要注意的问题进行了重点说明.可供有关工程技术人员参考.

关键词:燃煤发电厂;湿烟囱;玻璃钢;防腐;结构设计

中图分类号:TU 233 文献标志码:A

Design of chimney with FRP Liners in coal 2f ired pow er plant

YAN G Xiaobing 1,TIAN Shutong 1,MA Sheng 1,ZHAN G Dahou 2

(1.North China Power Engineering (Beijing )Co.Ltd.,BeiJing 100011,China ;2.Central Research Institute of Building and Construction ,MCC ,Beijing 100088,China )

Abstract :In order to protect environment and save co st ,The wet desulf urization wit hout GGH Process is always adopted in coal 2fired power plant.Based o n t he first large chimney wit h FRP Liners (180/Φ6.6m )designed by t he aut hors ,t he design met hod of t he fiberglass reinforced plastics (FRP )chimney is systematically elaborated from t he general st ruct ure layout ,simplification and calculation of t he mat he 2matical model ,design of FRP liners ,t he design of ply and materials ,test verification ,connection con 2struction etc.Also ,t he problems needing attention are explained in detail .The design met hod can be used for reference.

K ey w ords :coal 2fired power plant ;wet chimney ;FRP ;st ruct ure design

当前普遍采用的湿法脱硫不加装烟气加热系统工艺,使排入烟囱的烟气温度在50℃左右,湿烟气在烟囱内结露形成冷凝酸液,对烟囱的腐蚀性大大加强,给烟囱结构型式和内衬材料防腐性能提出了更高要求.笔者在华能某电厂二期机组脱硫改造工程中,进行了180/Φ6.6m 整体缠绕式玻璃钢内筒套筒式烟囱的设计尝试.

1　烟囱结构总体布置

玻璃钢(Fiberglass Reinforced Plastic ,玻璃纤维增强塑料,缩写为FRP )是由增强材料玻璃纤维和基体树脂组成的复合材料,其特点是轻质、纤维

方向强度高、刚度小.玻璃钢的密度介于1500～2000kg/m 3,为普通碳钢的1/4～1/5,比普通混

凝土略低.玻璃钢的弹模较低,为3～30GPa ,是一般结构钢的1/100～1/10.包括玻璃钢在内的各种复合材料被广泛用于结构加固、组合结构、大跨和空间结构中[1].

玻璃钢内筒一般分节在现场缠绕加工,缠绕时在环向或螺旋方向采用缠绕纱,轴向采用单向布增强,安装时再将各节手糊连接,节点处轴向抗拉强度往往难以保证,因此,结构布置时应尽量避免玻璃钢内筒轴向承受较大的拉力.考虑到以上特点,较高的玻璃钢内筒不宜采用整体自立式和整体悬

武汉大学学报(工学版)2007

挂式.在本文实例工程中,玻璃钢内筒全高约160m ,顶标高180.00m ,分4段支承于内外筒的钢结构平台,底部不落地,各段高度依次为15、50、50和45m.各段每25m 设1层止晃平台,各段之间设膨胀节.烟囱结构布置见图

1.

图1　烟囱布置图

2　玻璃钢内筒设计

目前,国内已有成熟的玻璃钢材料试验标准,一些定型产品如压力容器、水箱、撑杆等也有相应

的技术标准,在结构设计方面,可以参考化工行业

的标准《玻璃钢化工设备设计规定》(H G/T 2069621999)[2],具体到燃煤电厂烟囱,则可以参考美国试

验与材料学会的标准ASTM D 5364293[3]或其他

国外标准.

2.1　荷载导算及内筒结构计算

内筒恒载包括玻璃钢筒体、外表面保温及加强圈等附属构件,换算到玻璃钢筒体,其等效容重可按23kN/m 3考虑.除结构自重外,还应根据运行条件,适当考虑内筒内表面积灰荷载.积灰荷载可按整个内表面积灰7.0kg/m 2考虑.2.2　内筒结构计算

玻璃钢内筒的内力计算与钢内筒相同,应考虑温度、环向压力、自重、水平烟道推力及外筒的影响.外筒影响按变形协调计算外筒在风、地震、地基倾斜、日照温差等作用下平台节点处强制位移引起内筒各截面的内力.计算及工况考虑可以按照相关烟囱规范[325]计算.烟囱环向压力计算可参考文献[5]第6.3.4条.

玻璃钢内筒本身的计算包括如下几个方面:(1)振动控制.

玻璃钢内筒的自振频率应满足下列条件[3]:

f =λ2

πr 0.007E b

θg γ(1-μ2

)≥2(1)

(2)筒身强度计算.

FRP 结构性能参数受产品配方、成型工艺及条件、使用环境等众多因素影响,相关参数变异性很大,国内对其强度计算一般根据经验取一个较大的安全系数(7～15),按允许应力法来验算.ASTM D 5364293[3]基于美国规范,给出了基于概率极限

状态设计方法的分项系数设计表达式.

(3)筒身加强圈计算.

为保证FRP 内筒的整体稳定及确保筒身出现极限正/负压时内筒环向承载力,FRP 内筒一般设置等间距(L )环向加强圈.文献[3]规定L 不大于1.5倍内筒直径和8m 中的较小值.文献[5]则对

钢内筒规定加强圈最大间距为1.5倍内筒直径和

7.5m 中的较小值.对一般电厂烟囱,加强圈间距可取为4～6m.加强圈的截面根据烟囱在负压时稳定计算和正/负压时承载力计算确定.计算时注意弹模也应视同材料抗力考虑折减系数.2.3　内筒铺层及材料设计

根据FRP 内筒承载力计算,提出FRP 应该满

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