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摘要：通过对双管式扁圆钢内筒烟囱的计算分析，与常规双管式圆钢内筒方案的烟囱进行技术经济对比，扁圆钢内筒方案大大降低了外筒及基础的混凝土用量，并减小了烟囱外形直径，降低了烟囱总造价，并使外形更修长、美观。
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关键词：扁圆钢内筒 烟囱优化设计
分类号：F407.61 文献标识码：A-E文章编号：2095-2104（2011）12-080―01
Optimal Design of the Oblate Steel-liners Chimney
For a Power Plants
Wang Chunjian
( Jiangsu Electric Power Design Institute, NanJing)
Abstract：Through the calculation analysis of the double oblate steel-liners chimney, we carriedon the technique economy contrast with the nomal steel-liners chimney and found the project of the oblate steel-liners lowered total concrete dosages consumedly，and saved the total investment,it made the shape more beautiful.
Keywords： oblate Steel-linersChimneyOptimal design
1概况：
某电厂建设2x1000MW燃煤机组，根据环保及工艺要求，烟囱高度为240m，采用双排烟筒，直径为7.2m。该项目采用湿法脱硫，且不设置烟气加热装置（GGH）。据此，我们提出了双管式钢内筒烟囱的设计方案，并对其进行优化设计。
2方案优化：
方案一：双管式圆钢内筒烟囱
该方案外侧为钢筋混凝土承重外筒、内部设置两个直径为7.2m的自立式圆形钢内筒。钢内筒由厚度14～18mm的Q235B钢板焊接而成。内筒外侧沿高度每5m左右设置一角钢或T型钢加劲肋以保证钢内筒的局部稳定。钢内筒内侧设置耐酸防腐内衬。外筒下部采用C40混凝土，上部采用C30混凝土。顶部壁厚300mm，底部壁厚650mm，顶部外直径19.8m，底部外直径25.8m。筒壁双层配筋。
外筒与内筒之间每隔40m设置一个钢平台，作为检修和止晃平台，共设置7层。方案外形简图见图一。
图一：方案一（立面及剖面图）
方案二：双管式扁圆钢内筒烟囱
本方案是上述双管式圆钢内筒烟囱的优化方案，其结构型式与普通双管式钢内筒烟囱基本相同，不同之处是在烟气有效排放面积不变的前提下将两个圆形排烟筒改为扁圆形,见图二。充分利用了钢筋混凝土外筒的空间，使外筒直径大为减小。此优化方案的主要优点有以下几方面：
首先从工程量方面考虑，本方案充分利用了烟囱的内部空间，减小了外筒直径(顶部直径比普通钢内筒减小了3.2m)，使上部结构的自重及迎风面大为减小，外筒、基础混凝土用量比常规圆钢内筒节省2650m3，约25%，相应的也可以缩短施工工期，而内筒检修平台用钢量也可减少。其次从结构安全性考虑，由于外筒直径的减小，使得一般多管式烟囱中常见的跨临界强风共振效应大大减小，有效的改善了烟囱筒身在大风时产生的共振及水平裂缝。从总图布置考虑，烟囱直径的减小也使原本狭小的脱硫区域的布置更为灵活、合理。
但扁圆形钢内筒与圆形内筒相比，受力较为复杂，在筒体局部稳定计算上更加不利。
本方案外筒顶部外直径16.6m，底部外直径21.4m。其他结构型式、钢筒材质均与普通双管式钢内筒烟囱相同。钢内筒壁厚为14～20mm。
图二:方案二剖面图
两种方案的混凝土外筒为常规形式，计算可按烟囱设计规范进行，本文不再赘述。而扁圆形钢内筒是一种新型的内筒型式，受力情况比较复杂，我们增加了有限元结构分析软件MIDAS/Gen模拟钢内筒的变形及受力，对结构进行计算分析。由于钢内筒刚度远远小于混凝土外筒，在此我们假定内筒变形与外筒一致。通过计算得出外筒的水平位移值，再按此位移值强制加载于钢内筒以模拟钢内筒实际受力状态。
图三为模拟钢内筒与外筒协调变形。图四、图五为强度、局部稳定分析结果图片。
图三：钢内筒强制位移图（强轴方向）
图四：钢内筒应力图（强轴方向）
图五：钢内筒局部稳定分析（强轴方向）
通过有限元计算分析可以看出，扁圆钢内筒在各层止晃平台的作用下，与外筒协调变形时，其承载能力及稳定满足要求。
3 技术经济比较
下表为由计算确定的各方案主要工程量及经济比较。
表一：
主要工程量 方案一：双钢圆内筒 方案二：双钢扁圆内筒
基础混凝土量(m3) 3800 2650
外筒混凝土量(m3) 7200 5700
钢平台 (t) 260 205
Q235B钢筒(含加劲肋) (t) 1550 1710
钢内筒外防腐 10900 11600
泡沫玻璃砖(m2) 10500 10500
烟囱总造价(万元) 5627 5460
注：采用天然地基；
由表一可见，采用优化方案二，该烟囱总造价比方案一减少167万。烟囱底部占地面积减小43%，利于炉后总平面布置。且优化方案二烟囱外筒细长，较为美观。由此可见，采用优化方案二具有明显的经济效益。
4 结语
通过本文双筒式扁圆钢内筒烟囱的优化设计，总结以下几点：
扁圆形钢内筒受力及应力分析较普通圆形钢内筒复杂，且规范中无相应内容。
有限元分析技术可以真实模拟异形钢内筒烟囱的受力和变形特点，是解决异形钢内筒计算分析的有效方法。
异形钢内筒烟囱的设计和研究仍应在实践中慢慢探索和完善。
参考文献:
牛春良 《烟囱工程手册》. 北京:中国计划出版社,2004
《烟囱设计规范》(GB50051－2002) 北京:中国计划出版社,2003
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。2390 |
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发表于 2018-7-16 20:48:07