FGD煙道壁厚及其加固肋優(yōu)化探討

1、FGD煙道壁厚及其加固肋優(yōu)化探討趙經(jīng)濂（武漢凱迪電力化環(huán)保有限公司，武漢江夏大道特1號430023） 傅文玲（巴威北京代表處凱迪技術支持方，北京麗都飯店寫字樓402 100004）內(nèi)容摘要 就目前許多脫硫工程公司普遍應用的WFGD 煙道壁厚及加固肋（加強筋）的設計方法，發(fā)現(xiàn)無論是300MW還是600MW FGD的煙道，均采用6mm壁厚的煙道，其加固肋隨煙道截面增加而數(shù)量多，肋/板比高，耗費大量鋼材。本文對煙道壁厚及其加固肋采用的型鋼種類，尺寸，肋間距等進行了優(yōu)化分析。由優(yōu)化計算結果曲線得出了結論：煙道壁厚增加可使其剛度和加固肋間距增加，若采用H型鋼加固肋，效果更為明顯，即大量節(jié)省鋼材造價和布置

2、空間。另外，若有可能，盡量采用內(nèi)撐桿可大幅降低加固肋的高度和鋼材消耗。關 鍵 詞 煙氣脫硫FGD；煙道壁厚；加固肋(加強筋)；優(yōu)化 作者在做WFGD煙道設計及審查相關設計圖紙過程中，用心做了一些煙道壁厚及其加固肋的優(yōu)化工作。由于需要同時編制計算程序，收集了較多的應用數(shù)據(jù)和對大量的試算數(shù)據(jù)進行了處理，經(jīng)過，全面的優(yōu)化比較，得到有一定指導意義的結論。對目前已取得的階段性成果，與同行們進行交流。望脫硫工藝設計及造價估算同行們重視這方面研究和改進設計規(guī)程。1 目前的問題和優(yōu)化的必要性按照脫硫招標書技術附件中的普遍要求：煙道鋼板壁厚最小6 mm，外部要充分加固和支撐，以防止由于顫動抖落防腐鱗片襯里和煙道

3、整體振動。所有需防腐保護的煙道僅采用外部加強筋, 不允許有內(nèi)部加強筋或支撐（見照片1）。煙道外部加強筋應統(tǒng)一間隔排列。加強筋使用統(tǒng)一的規(guī)格尺寸或盡量減少加強筋的規(guī)格尺寸，以便使敷設在加強筋上的保溫層易于安裝。 目前煙道壁厚及加固肋設計方法是，為滿足煙道強度，剛度和振動的要求，一般采用電力系統(tǒng)典道標準計算方法中提供的型鋼種類及其規(guī)格來設計。其結果是加固肋數(shù)量多，高度高，肋/板比高，特別是大的濕煙道設計（對于600MW FGD，煙道截面達10x6m）尤其突出，肋/板比甚至高達1.5以上，換句話說肋的重量竟是板重150 %以上。由此造成的問題主要有：1) 肋的型號規(guī)格過大，目前控制一般不超過I40a

4、，肋高達400 mm。消耗大量鋼材，同時道體剛度沒有得到多大增加；2) 由于肋高大，遠遠超過所需保溫層的厚度。按照相關規(guī)定，此時需重新計算保溫厚度，并采用“留置空氣層的保溫結構”，由此大量增加保溫主材和輔材的使用(順便提一下，保溫材料清冊中未計及由此產(chǎn)生相關材料的消耗，也未進行保溫厚度的重新計算)；3) 上述問題必然伴隨發(fā)生的煙道占用空間大量增加，給FGD的布置不利（見照片2）；4) 整個FGD工程的鋼材消耗指標惡化，使煙道造價遠大于原投標估算值；5) 鋼材消耗增加的同時，沒有收到相應的回報，凈煙氣煙道內(nèi)襯防腐層脫落問題時有發(fā)生。照片1. 照片2據(jù)稱日本FGD工程中的凈煙氣煙道的壁厚普遍采用8

5、10 mm，揚州發(fā)電廠進口日本的濕法FGD系統(tǒng)運行兩年來，其內(nèi)襯玻璃鱗片完好如初；廣東臺山電廠FGD煙道從外觀看，其加固肋高度很小，但煙道為壁厚6mm的不銹鋼材。此外，從國外的一些資料圖片得到的信息，其加固肋的密度和大小，均小于我國目前WFGD煙道的設計狀況。綜合以上信息，有必要對煙道壁厚及加固肋的型式進行分析、優(yōu)化和改進等研究。2 優(yōu)化計算的依據(jù)根據(jù)電力部相關標準及其計算方法，將其中“T3煙風道加固肋及內(nèi)撐桿選擇”的相關計算公式重新整理如下：1) 加固肋中心間距S計算公式強度條件： mm 1 - 1剛度條件： mm 1 2 振動條件： 13荷載q以及材料和使用溫度一定時，上式可以分別簡寫為：

6、和 14由上述公式可以知道：加固肋間距和板厚或板厚的0.5次方成正比，剛接加固肋決定了各面都有相同的S值，由此振動條件最終決定S的取值。雖然S值降低，但煙道使用較厚鋼板時，其強度和剛度的儲備得以增加，尤其對后者。剛度的大幅提高，對凈煙道的防腐處理有非常積極的意義。2) 加固肋跨度L的計算公式強度條件： mm 21剛度條件： mm 22在荷載、材料和使用溫度決定后，上式可以分別簡寫為： 和 23振動條件： 24在荷載、材料和使用溫度決定后，上式可以分別簡寫為： 25Z、I和G參數(shù)，均與加固肋選用的型鋼型號和規(guī)格相關。3. 主要優(yōu)化的范圍和內(nèi)容從以上的分析可以得知，在材料不變的前提下，增加板厚的同

7、時也提高了加固肋的Z和I值，同時合理選擇型鋼結構來降低G值，達到降低金屬耗量、提高道體剛度，從而優(yōu)化加固肋結構的目的。遵循以上原理，對剛接加固肋計算程序進行必要擴充和修改，之后對不同煙道尺寸，壁厚及其加固肋型鋼結構進行計算和分析。3.1計算的基準如下：煙道壁厚6 mm和8 mm兩種規(guī)格； 計算壓力均為4 kPa； 積灰高度均為道體高度的1/6； 干灰容重：900 kg/m3；濕灰容重1500 kg/m3； 基本風壓：0.5 kPa；基本雪壓0.3 kPa。圖1為不同壁厚的干、濕煙道高度與加固肋間距的關系曲線。從圖1可看出，在煙道道體高度6m時，干灰煙道壁厚6mm時加固肋間距S為1m，而壁厚8m

8、m時為1.25m。3.2 型鋼選擇型鋼必須有高的I值，同時重量G要輕。對可能使用的型鋼，如槽鋼、工字鋼、H型鋼、矩形箱型鋼，以及T型鋼等均進行了試算和比對。結果發(fā)現(xiàn)，T型鋼在I增加的同時，G值增加的速度更快，且Z值下降幅度巨大；矩形箱型鋼的I值隨尺寸增大時的增幅較小。因此，決定舍棄T型鋼和矩形箱型鋼。結果還表明，H型鋼是較好的選擇。同時H型鋼的品種、系列及其規(guī)格比較豐富，制作方法也較多，軋制、工廠或現(xiàn)場焊制均可。為了達到優(yōu)化的目的，H型鋼要盡量選擇腹壁和翼緣厚度均較小的規(guī)格，大致在610mm的范圍。H型鋼和標準計算采用的型鋼加固肋的主要計算數(shù)據(jù)比較曲線，見圖2(不同壁厚、加固肋型式的干煙道道體

9、重量)和圖3(不同壁厚、加固肋型式的濕煙道道體重量)。圖4和圖5分別為干、濕煙道不同壁厚時的“肋/板”比。3.3 計算程序的配套根據(jù)分析結果，對“剛接加固肋計算程序”進行了修改和擴充?，F(xiàn)在已經(jīng)可以計算6 mm和8 mm兩種壁厚，同時可以自由選擇標準計算型鋼、H型鋼加固肋，或者兩者混合使用均可。4.結論和問題1) 增加壁厚可以顯著提高煙道道體剛度，對凈煙氣煙道有積極意義；2) 增加壁厚可以顯著加大加固肋間距S，幅度大于25%（見圖1）；3) 增加壁厚的同時，采用H型鋼加固肋，其總重量和標準計算型鋼比較，變化范圍從增加(20%)到降低(最多達17%)。金屬耗量降低的拐點大概出現(xiàn)在道體高度為6 m處

10、。因此，道體尺寸越大，采用H型鋼加固肋節(jié)約鋼材越多（見圖2,3）。4) 壁厚提高到8 mm后，肋/板比大幅下降(最大超過50%)，提高鋼材使用的合理性，同時型鋼高度也略有降低（見圖4,5）；5) 由于目前掌握的H型鋼規(guī)格仍然不夠多，因此各項參數(shù)的間隔仍然較大，優(yōu)化的幅度受到較大局限。建議在完善H型鋼結構計算并提出系列之后，和大中型鋼結構公司協(xié)商，由其提供WFGD所需的不同規(guī)格焊接H型鋼，以保證質(zhì)量和進度。6)由于受振動條件和頻率控制的限制，在不設內(nèi)撐桿條件下，要大幅度降低金屬耗量是困難的，或者是不可能的。大尺寸煙道截面加固肋的選型均受其限制，此時加固肋的尺寸巨大。在煙道高度910 m時，可達I40a甚至H450。因此建議，凡可以使用內(nèi)撐桿的場合，當加固肋高度超過250 mm時應盡量采用內(nèi)撐桿。對于不宜使用內(nèi)撐桿的凈煙氣煙道，應盡快開展內(nèi)撐桿及其材料、結構和防腐等方面的研究，達到大幅度降低金屬耗量，提高道體整體剛度的目的。舉例來說，道體高度8 m，不設內(nèi)撐桿時的型鋼為I36a，加一根內(nèi)撐桿后就可以降低到10，每圈加固肋即可節(jié)約金屬約600700kg(取決于內(nèi)撐桿型式和材料，由此節(jié)約的保溫、防腐、土建結構材料及其制作安裝費用等均未計算在內(nèi))。全部工程節(jié)約的鋼材及其費用可觀，而且難度應該不會很大。內(nèi)撐桿結構型式，目前可以吸收“