烟囱平台（精选8篇）
烟囱平台 篇1
随着火力发电厂脱硫技术的广泛应用,单管或多管式钢套筒烟囱在火力发电厂中越来越普遍。目前国内常用的钢内筒安装方法主要有钢索式液压提升倒装法和气压顶升倒装法。这两种方法均要求安装钢内筒前完成烟囱内部各层钢平台和爬梯的安装,为钢内筒的安装提供条件。
钢索式液压提升倒装法施工钢内筒,其内部平台和爬梯的安装主要在钢内筒顶部安装简易安装作业平台,随着钢内筒的逐步提升,从下至上逐层安装各层平台及爬梯。该施工方法的缺点:钢内筒顶部的作业平台安全可靠性差,施工人员的安全风险大;边顶升钢内筒边安装爬梯和钢平台,人员容易窝工,施工效率不高;从下至上安装各层平台及爬梯,下层平台完成后会给上面的安装带来较大困难。
气压顶升倒装法安装钢内筒,其内部平台和爬梯的安装主要用2部(或1部)12t卷扬机整体提升安装作业平台的方法。该施工方法的缺点:人货混装,违反相关规范的规定,安全风险大;2部卷扬机难以实现同步,安装作业平台容易侧翻;安装作业平台承载量大、比较笨重,且浪费材料不经济。
鉴于烟囱内钢梁及爬梯安装工作的高空作业量大、起重作业多、危险性高的特点,经过几年来的探索和实践,我公司研制出利用钢索式液压提升装置(4×200t)的部分钢绞线来提升安装作业平台、安装烟囱内钢梁和爬梯的施工方法。
1 工艺原理
根据烟囱外筒直径以及施工人员安装作业要求,在充分利用现有设备的前提下,设计制作满足安装作业需要的安装作业平台,最大限度地节约设备成本。该方法使用液压提升装置的部分钢绞线作为安装作业平台的提升动力,安装作业平台只作为施工人员的操作平台,钢梁及爬梯等构件的垂直运输利用2台10t卷扬机完成,人员的上下仍利用原烟囱外筒施工的吊笼,施工人员站在安装作业平台上对吊装物件进行安装就位,安全、方便,同时也大大提高了烟囱内各层平台及爬梯的安装进度。
本施工方法主要设备为钢索式液压提升装置。该装置与常规大型起重设备不同,它基于液压千斤顶的工作原理。其液压千斤顶为空心式,千斤顶活塞上端设有上卡紧机构,而缸体下部设有下卡紧机构。上下卡紧机构之间穿着承力钢索,钢索下端通过下锚头与吊装件相连接。当液压千斤顶、液压泵站和电气控制台组成系统后,液压泵站输出的压力油推动液压千斤顶活塞作往复运动时,上、下卡紧机构交替进行负荷转换(卡紧或放松),从而将穿在其间的钢索按行程提升或下降。根据现场施工需要,设计制作一个安装作业平台与本液压装置相配套使用,以液压提升装置作为安装作业平台的提升动力,实现安装作业平台的提升或下降作业。由于该套液压提升装置运行平稳、安全可靠,能够为施工人员提供一种安全、稳定、可靠的工作环境。
2 施工流程
2.1 前期准备
1)根据施工图纸制作烟囱内部的各层钢梁和爬梯。
2)根据提升钢内筒的承载要求,设计制作烟囱筒首承重梁(如果采用4×10t钢索式液压提升装置,则需设计制作满足安装作业平台承载要求的承重梁)。
3)现场制作满足施工要求的安装作业平台。
4)利用烟囱外筒施工的小拔杆辅助,在烟囱筒首制作安装10t卷扬机的导向支架(图1)。
5)在烟囱0m布置2部10t卷扬机并浇筑混凝土地锚,穿装钢丝绳并安装吊钩。
6)利用2部10t卷扬机分别将烟囱筒首4个承重梁和钢索式液压提升装置的液压站、液压千斤顶安装就位。每个液压千斤顶穿装2根钢绞线,连接相应的液压油管完成液压系统的调试工作。
7)将钢绞线的下锚头与安装作业平台可靠连接。完成作业平台的组装任务,根据安装作业平台的设计载荷进行负荷试验(包括静载和动载),检验无误后方可投入使用。
说明:在安装液压提升装置之前,进行必要检查和维护:(1)液压油箱内的液压油是否有氧化变质等现象,必要时进行更换;(2)用煤油清理钢绞线,但决不允许在钢绞线表面涂抹润滑油脂;(3)安装卡爪前,须向卡座爪窝内和卡爪锥面上均匀涂一层3#二硫化钼锂基润滑脂。
3 施工方法
1)钢索式液压提升装置的操作人员乘坐吊笼至烟囱筒首,操作液压装置缓慢提升安装作业平台至顶层平台安装作业面(图2)。
2)施工人员乘坐吊笼至安装作业平台上,为有效防止施工时安装作业平台晃动以及其他意外情况发生,保证施工人员安全,将安装作业平台与保险绳(从烟囱筒首至0m)临时可靠连接。
3)操作10t卷扬机吊运钢梁及爬梯,施工人员在安装作业平台上进行吊装件的就位和焊接工作。
4)顶层平台钢梁和上部爬梯安装完成后,施工人员应解除安装作业平台与保险绳的临时连接,乘坐吊笼至地面。
5)烟囱筒首的液压系统操作人员继续操纵液压系统缓慢将安装作业平台下降至下层平台,重复以上步骤安装该层的钢梁及上部爬梯。
6)依次向下安装各层钢梁及爬梯。随着安装高度的降低,烟囱筒径逐渐加大,施工人员距就位钢梁的距离也随之加大。考虑到这个因素,我们将安装作业平台设计成可伸缩的,随着烟囱下部半径的加大,平台也随之加大,以方便施工人员进行钢梁及爬梯就位和焊接,确保安全。
7)当安装完最下层的钢梁及爬梯时,将安装作业平台放至0m,解除钢绞线与安装作业平台的连接,穿装剩余的钢绞线为钢内筒提升作准备。
4 作业要点和注意事项
4.1 作业要点
1)安装作业平台只作为施工人员的操作平台,严禁临时放置吊装物件,以免超载或失衡而倾翻。
2)为确保施工人员人身安全,杜绝意外发生,安装作业平台升降过程中严禁施工人员站在平台上,操作人员站在烟囱首操作液压系统进行安装作业平台的升降作业。
3)液压提升装置正常使用后,须定期检查卡爪的使用情况。为防止卡爪意外松脱,对下锚头的压板须进行经常性检查并紧固。
4.2 注意事项
1)从事烟囱各层平台及爬梯安装的作业人员,施工前应经专业的技术培训并交底,明确施工中可能存在的各种危险因素及其预控措施。
2)加强对起重索具和设备的检查维护,确保其性能良好。
3)安装作业平台上的工器具等物品应采取可靠措施放置牢靠,防止坠落。
4)安装作业平台的外圈及空洞四周临空面要采取有效防护措施,确保作业安全。
5)施工人员应正确使用安全带等安全防护用品,防止高空坠落。
6)整个施工过程中操作人员、指挥人员应时刻保持联络畅通。
5 经济性和安全性评价
5.1 经济性分析
1)能够充分利用钢内筒安装的动力设备,降低设备成本。
2)安装作业平台可以重复使用在外筒直径类似的烟囱工程中。
5.2 安全性评价
1)做到了人员的上下、安装构件的运输、施工人员的作业三项分离,其可靠性、安全性较以往的施工方法有明显的优势。
2)索式液压提升装置设备先进、运行平稳、安全可靠性高:(1)电气控制部分为西门子智能PLC系统,操作按钮和系统动作、运行指示灯均直接在控制面板上显示,清晰直观,便于操作、监控;(2)气控制系统可在各种吊装工况下实现带载上升、下降与停止,并具有多缸同步运行和单缸调整功能;(3)工作系统发生故障时,系统均能自动报警并在控制面板上显示,如遇严重故障时系统能自动停止运行,以便及时检查处理。如遇突然停电、天气异变、因故中途停工或收工过夜等情况时,承载系统能自动闭锁,安全可靠。
3)安装作业平台上安装了踢脚板、栏杆,在规定的高度拉设安全绳,最大限度地保障施工人员的人身安全。
4)从烟囱顶部至0m安装了保险绳,当安装作业平台至作业面时,施工人员将安装作业平台可靠地与保险绳相连接,从而使安装作业平台的可靠性和稳定性进一步提高。
6 应用实例
采用钢索式液压提升装置与安装作业平台配套使用的施工方法先后成功应用于华能白杨河电厂210m烟囱和南山怡力电厂210m烟囱内部的钢梁及爬梯的安装,分别仅用15天和13天就安全、优质、高效地完成了烟囱内部全部钢梁及爬梯的安装任务,较以往常规方法提高了1倍以上;安全性、可靠性,以及适用性充分得到了集中体现,并取得了良好的经济效益和社会效益。
摘要：介绍一种新型烟囱钢梁及爬梯安装施工方法。该方法首先设计制作施工作业钢平台,利用钢索式液压提升装置作为作业钢平台的提升动力,具有安全、稳定、可靠的特点,进一步提高安装工作效率,大大降低施工作业风险。
关键词：安装作业平台,钢索式液压提升装置,垂直运输,安装
烟囱平台 篇2
烟囱信号灯平台埋件的预埋顺序与方法是按照预埋件数量，在烟囱外模板上分好尺寸，并按照标高要求，用水准仪找平，用红漆标出，随后埋入暗榫，紧贴外模，埋入的暗榫内可塞满黄油或棉纱头，随后用扁铁与竖筋电焊，或暗榫与竖筋直接电焊，滑升过程中应注意暗榫不能卡住外模上口，以防拉坏；等滑出模板后应及时将暗榫内的棉纱头取出并随即清理并安好螺栓，
烟囱信号灯平台安装：烟囱信号灯平台的安装是随筒壁滑升时在外吊脚进行安装方法和顺序如下：上下暗榫全部滑出模板后，应及时找出并清理→在下层外吊脚于板上安装三角架将螺栓拧紧→放开吊脚手架下部的安全网→拆除外吊脚手架下层的铺板→筒壁继续滑升，待吊脚手架下部距三角架顶部300mm左右时安装信号平台板→正常滑升，安上吊脚手架铺板，收紧安全网，安装信号灯平台的栏杆，并补刷油漆。
烟囱爬梯安装：爬梯分节，每一节高度2.5米，爬梯应随着花生及时安装一般保持在外吊脚手架（花生平台下方的外吊脚手架）的上口，以防止万一吊笼发生故障时施工人员可由外爬梯作为临时的上下通道。
烟囱平台 篇3
火力发电厂烟囱结构形式常采用钢内套筒式或多管式烟囱, 钢内筒为排烟筒, 外筒为钢筋混凝土作为主要受力结构, 内筒和外筒间设置多层钢结构平台, 协调内外筒的变形一致, 同时承担烟囱内部检修平台的功能。目前, 国内设计的钢内筒烟囱大部分采用整体自立式, 即钢内筒自立于零米基础, 为自承重结构。由于大型机组烟囱高度高达210m-240m, 加上钢内筒的防腐内衬、加劲肋等, 钢内筒筒壁要承受很大的竖向荷载, 其属于压弯构件, 存在稳定问题, 导致钢内筒壁厚大, 用钢量高。而悬挂式钢内筒则将钢筒分段支承于各层平台, 筒身以受拉为主, 避免了局部失稳, 自重较自立式钢内筒小40%左右, 但是悬挂式烟囱对于钢平台结构有较大变化, 悬挂层钢平台主梁截面、板厚都将增大, 连接节点趋于复杂, 对于制作及安装带来较大的难度。因此需要在钢平台的制作阶段合理地考虑整体平台钢梁的分段, 及连接节点的策划和设计, 并需选定合适的钢平台作为安装施工平台考虑并进行结构计算校核。
2 工程结构概况
老挝HONGSA (3×626MW) 电站工程, 烟囱结构形式为悬挂式钢内筒烟囱, 共3个排烟钢内筒, 供三台锅炉使用。钢内筒高250m, 直径为8.6m。混凝土外筒高245m, 外筒底部外直径29.1m, 顶部外直径23.7m。钢内筒与钢筋混凝土外筒之间共设置10层钢平台, 平台面标高分别为243m、238m、182m、126m、90m、70m、65m、40m、35m和10.05m, 238m、65m、35m平台为钢内筒悬挂平台, 其余为止晃平台, 烟囱立面图见图1烟囱南立面图。243m层平台浇筑混凝土, 其余平台配以楼面铺设格栅板。
平台钢梁由三根主梁成三角形布置配以中间Y型梁, 将三个圆筒分隔开, 形式见图2烟囱平面图。主梁简支搁置在混凝土外筒筒壁上, Y型梁与主梁采用高强螺栓连接, 节点形式为铰接连接, 其余次梁与主梁均为铰接连接。在悬挂层主梁与Y型梁上设置挂支点与钢内筒相连。其余各止晃层主梁与Y型梁与筒身之间配以止晃点连接。10m层、40m层、70m层、90m层、182m层、243m层平台主梁截面规格为BH1000×400×16×40, Y型大梁截面规格BH700×400×12×30;238m层平台主梁截面规格为BH2600×500×40×50主梁, Y型大梁截面规格BH2200×500×32×50;35m层、65m层平台主梁截面规格为BH2200×500×32×50, Y型大梁截面规格BH2000×500×30×40;所有主梁及Y型钢梁材质均为Q345B。
钢内筒上设置12个悬挂点和平台连接, 其中1#、3#钢内筒和238m层平台、35m层平台悬挂连接;2#钢内筒和238m层平台、65m层平台悬挂连接。1#、3#钢内筒在标高37.2m处设置氯化橡胶膨胀节;2#钢内筒在标高67.2m处设置氯化橡胶膨胀节。
3 钢平台及钢内筒安装方案简介
烟囱钢平台243m层主梁采用整体单件安装方法, Y型大梁采用整体拼装安装法, 其他层平台采用考虑将3根主梁在三角形区域内与Y型大梁及连接直接支撑采取地面组合, 整体安装方法。所以需要将平台的3根主梁在端部进行分段, 见图3分段组装示意图 (分段节点考虑采用高强度螺栓等强连接) 。
烟囱钢内筒安装采用倒装法, 动力是4台额定荷载为100吨的液压油缸系统。一般钢内筒提升作业平台都布置在悬挂层平台, 此次经过安装工艺考虑及实际平台结构工况将4台油缸布置在烟囱的243m层平台上。钢内筒膨胀节以上分成3段。1#、3#钢内筒第一段标高为 (37.8m-97m) , 第二段标高为 (97m-183m) , 第三段标高为 (183m-250m) , 2#钢内筒第一段标高为 (67.8m-97m) , 第二段标高为 (97m-183m) , 第三段标高为 (183m-250m) 。
钢内筒安装顺序为1#筒→2#筒→3#筒。钢内筒安装工艺:钢内筒制作时高度4m作为一个标准节;第一个标准节上设置临时吊点, 和油缸的钢绞线连接;第一个标准节提高, 然后第二段标准节推入到下方, 和第一个标准节进行焊接, 以后依此类推;安装完成8节, 更换吊点, 吊点标高约238米;当钢内筒第一分段 (183m-250m) 焊接完成后, 把其顶部标高提升到标高250米, 然后把钢内筒和238米层的悬挂点施工完成;更换吊点, 吊点标高约182m;按第一分段的方法安装第二分段、第三分段, 每个分段更换一次吊点;第四分段提升到位后, 立即施工悬挂点。
4 钢平台结构及节点分析
4.1 提升施工平台结构验算
由于243m层大梁需要作为整体烟筒提升的施工平台, 需要对平台钢梁进行结构验算。平台荷载计算考虑如下因素:
(1) 钢内筒重量:根据图纸及安装方案计算, 第二段的重量最大, 为170吨, 分配到每点的荷载为42.5吨。 (2) 施工工装荷载:考虑有液压油缸系统、钢绞线、油缸支撑梁、各种工器具等, 每点荷载为10吨。 (3) 平台楼面恒荷载:顶层平台有浇筑混凝土区域, 鉴于荷载过大考虑不浇混凝土, 铺设甲板, 荷载按照1KN/m2。 (4) 施工活荷载:此部分区域施工时工人、工器具产生的施工荷载:按照2KN/m2。 (5) 平台本身自重:按照钢梁截面重量乘以1.2的系数 (考虑加劲板连接板等重量。 (6) 提升吊笼荷载:每个支点位置荷载为2.9吨。
依据前述各项荷载, 以及施工方案中对3个钢内筒的各种施工工况荷载, 以SAP2000结构软件建模分析得提升3#筒时荷载最大, 荷载组合采用1.2*钢梁自重+1.2*压型钢板自重+1.4*钢筒3提升荷载+1.4*吊笼提升荷载+1.4*施工活荷载。提升布置见图4。
验算结果得BH1000×400×16×40主梁应力比最大为0.92, BH700×400×12×30主梁应力比最大为0.849。梁挠度超过最大允许挠度为1/400L。按照设计及业主方要求应力上限控制在0.8的要求 (需考虑钢梁分段截面削弱因素) , 以及挠度控制要求该层平台钢梁无法满足要求。经通报设计对平台进行重新计算校核原主梁BH1000×400×16×40改为BH1300×400×25×40, Y形梁BH700×400×12×30改为BH900×400×25×40。重新核算的主梁应力比最大为0.631, Y形梁应力比最大为0.540, 验算挠度同样满足要求。
4.2 平台结构连接节点分析
依据结构设计图纸及施工安装方案, 烟囱各结构之间连接节点按照连接部位分为4类8种节点形式。见下表1。
第一类钢内筒与钢梁连接常规的悬挂点做法是将悬挂环梁牛腿与支撑钢梁搁置焊接。依据既有经验分析表明, 这种方式悬挂平台在平面外承受较大附加弯矩, 过大的弯矩会使悬挂段上部出现受压区, 不利于内筒的稳定。本工程采用的悬挂连接节点更接近理想铰支座, 有效释放弯矩, 从而减小反力值。具体做法为:支承钢梁上设置与悬挂环梁等高的支座短柱, 将支座短柱与悬挂环梁支撑劲板采用双夹板连接板高强螺栓连接。考虑实际制作及安装误差, 悬挂环梁牛腿加劲板上开制竖向长圆孔, 制作短柱上竖向加劲板上同样开制竖向长圆孔, 双夹板连接板开孔采用横向长圆孔, 见悬挂点示意图5。
钢内筒与钢梁止晃点采用常规做法, 主要为在大梁侧面加设止晃牛腿连接板, 工内制作止晃支座板, 由钢板拼成[型, 与大梁侧板螺栓连接。钢内筒上焊制止晃牛腿成□形, 同时再两侧钢板上贴聚四氟乙烯板缓冲, 相应形式见止晃点示意图6。
主梁与外筒简支节点做法为:混凝土筒壁上开孔做支撑平台, 主梁搁置在混凝土外筒平台上, 钢梁下部采用开孔加垫板简支, 钢梁与预埋铁板焊接。有关构造见图7。该种方式可避免给外筒筒壁带来较大的局部平面外弯矩和和钢梁下局部压应力。
次梁与外筒节点做法为:混凝土筒壁上预设埋件, 现场安装时焊制钢支座牛腿, 然后将次梁搁置在牛腿上焊接。
各层平台主次梁之间连接节点基本采用简支铰接形式。依据钢结构连接节点设计手册及多高层钢结构节点构造主要有以下种形式如图8。
在电站结构中较常用的是 (1) 所示的节点, 在次梁端部焊上角钢。这样的节点形式可以不考虑端部的附加弯矩, 结构受力更加清晰, 但是图1节点通常都为90°正交连接, 在斜角连接时一般采用端板替代角钢。当角度太小时由于次梁上翼板切除过大, 导致局部削弱过大时采用 (4) 所示节点方法, 计算需要考虑剪力产生的附加弯矩。相对于铰接节点次梁剪力计算需要按照次梁腹板截面受力的一半来考虑计算。
各层钢平台主梁及Y型大梁由于安装及制作运输考虑, 需要采用分段制作, 现场拼接的方式。拼接节点采用全高强螺栓拼接, 等强连接计算方式, 具体形式见大梁拼接节点示意。
5 部分节点设计优化
5.1 钢梁分段节点优化设计方案
因平台主次梁连接部位较多, 对于悬挂层大梁, 由于截面太大, 采用全高强螺栓连接等强连接将导致高强螺栓连接节点区域过大, 与次梁及悬挂节点等相碰撞, 为此需要对于相应节点进行试算节点大小, 并进行CAD图纸1:1模型放样, 对于相碰节点采取实际受力计算, 或者采用翼缘焊接, 腹板高强螺栓连接等方式来避免。经实际校核计算, 238m、65m、35m悬挂平台的主梁及Y型大梁按等强计算均无法进行螺栓排布, 与周边次梁, 悬挂节点相碰。经实际选择分段节点, 请设计提供相应内力进行实际内力计算。经设计提供具体设计内力核算后, 大部分拼接节点按照实际受力计算螺栓数量排布能够满足放样要求。但仍有238米层Y型大梁仍无法满足要求, 经与现场安装单位及设计协商, 将该节点改为翼缘焊接, 腹板高强螺栓连接形式。
5.2 Y型大梁铰接节点优化
相对于各层平台Y型大梁与主梁的铰接连接节点, 基本上采用前序 (1) 所示的节点, 在次梁端部焊上角钢, 与主梁腹板高强螺栓连接, 计算原则梁端剪力按照次梁腹板截面受力的一半来考虑。同样的在238m、65m、35m悬挂平台, 若按照此计算原则, 经过实际校核计算同样由于截面过大, 实际螺栓排布无法进行, 设计核算相应实际受力进行计算。经设计提供内力后, 计算通过。
另对于243m层Y型大梁由于安装方案中提出Y形大梁采用整体安装, 且安装时H1300X400X25X40主梁已经就位且无法移动, 经安装单位方案放样提出 (1) 所示的节点形式将导致Y形大梁在安装时无法顺利就位, 与H1300大梁腹板与加劲板均相碰, 建议修改节点。考虑节点连接方式为H900大梁腹板与H1300主梁加劲肋双夹板连接, 主梁加劲肋与次梁腹板高强度螺栓摩擦型连接 (双剪) , 及前述 (4) 所示节点形式, 经计算节点螺栓排布满足要求。
6 总结
在进行悬挂式内筒烟囱平台的制作深化设计时应当注意以下几个方面: (1) 对于作为整体提升用的施工提升平台应当依据安装提升方案产生的荷载进行整体的结构校核, 并须经过原设计同意。在结构校核时需要要考虑主梁由于分段截面削弱因素。 (2) 悬挂节点需要考虑便于施工及安装误差带来的影响。 (3) 主梁分段节点、梁间连接节点采用螺栓或焊接连接的等均需进行必要的计算核算, 分段方案需要考虑运输、制作等情况。 (4) 针对安装施工方案, 可以改变部分连接节点做法以提升施工效率, 但须经计算校核。 (5) 针对深化图纸, 有条件需要进行三维整体建模放样, 可以整体考虑各部位干涉碰撞情况。
悬挂式内筒烟囱相对于自立式内筒烟囱, 由于经济省料今后将会成为电厂烟囱设计方式的主流。对于该种类型烟囱制作安装的研究, 及连接节点的设计优化, 有助于缩短钢内筒及钢平台的施工周期。钢结构节点二次深化设计影响着整个工程的施工全过程和经济效益。钢结构二次深化设计的策划不仅带来直接的经济效益和社会效益, 也有利于增强我们的综合竞争力, 在工程中需要好好整理并总结利用。
参考文献
[1]李星荣.钢结构连接节点设计手册[M].北京, 中国建筑工业出版社.
[2]汪一骏.钢结构设计手册[M].北京, 中国建筑工业出版社.
烟囱平台 篇4
石狮鸿山热电厂烟囱混凝土外筒壁与钢内筒之间, 从标高89.5m、149.5m、212.5m、230.5m, 分别设有4层钢平台。施工难度大, 提升高度高, 作业空间小, 高空作业难度风险大, 提升设备特殊, 施工环境复杂。
2 施工条件和施工准备
2.1 烟囱钢平台制作
钢平台的施工拟定两步施工。第一步为工厂制作, 第二步为现场加工、补漆。为确保钢平台的质量, 钢结构拟定在工厂进行制作, 配备有自动气割机, 自动埋弧焊并有喷砂除锈机一套, 可直接完成钢平台构件的自动切割下料, 自动焊接成型, 自动除锈, 人工涂刷或喷涂防腐油漆。由于采用自动埋弧焊接, 钢构件因焊接造成变形极小, 焊缝质量有保证。
2.2 Q235B钢材、Q345B钢材选材
(1) 核对各钢板外形尺寸符合施工图要求。
(2) 加工前应对原材料进行检查, 边缘表面不应污染。
(3) 本工程采用的主要板材Q235B、Q345B。平台构件如下:普通钢板除GL89.70-1、GL89.70-2、GL149.50-1、GL149.50-2、GL149.50-4、GL212.50-1、GL212.50-2、GL212.50-3、GL212.50-3a、GL212.50-4、GL230.30-1、GL230.30-2、GL230.30-3梁及其节点连接相关板件采用Q345B外, 其它板件都为Q235B。
3 作业程序
3.1 安装流程
准备工作→0m层的5t卷扬机和导向滑轮布置→筒顶扒杆和导向滑轮安装→穿φ17.5钢丝绳→卷扬机实验→230.5m层平台安装→在230.5m层平台上安装吊装下面三层平台所用的千斤顶及钢铰线→吊笼移位、外筒施工操作平台拆除→212.5m平台安装→149.5m平台安装→89.5m平台安装→0~230.5m爬梯安装→230.5m钢筋混凝土楼面施工→场地清理工作。
3.2 机具布置
为了安装4层钢平台, 针对钢平台的钢构件重量、安装位置进行详细分析。决定利用混凝土外筒施工的操作平台吊装完成230.5m平台, 然后拆除外筒施工提升操作平台, 再继续进行下层平台的安装。人员及辅助材料仍利用施工外筒壁时的吊笼进行上下运输。
(1) 筒首导向滑轮布置:在筒首外筒施工平台上设置与需吊装梁相对应的导向滑轮。
(2) 5t卷扬机和地面导向滑轮布置:在±0.00m, 在混凝土烟囱内卷扬机距导向滑轮约37m施工洞口处, 布置两个2台5t卷扬机, 并把φ17.5mm钢丝绳一端卷进卷扬机, 另一端穿过烟囱内壁的导向滑轮向上拉, 经筒首滑轮再导向±0.00m地面, 此钢丝绳作为吊构件使用, 2台5t卷扬机布置见图1所示。
(3) 外筒施工。在+0.50m两侧的洞口位置边的筒壁上各预留了一个洞, 用短钢丝绳穿过此洞与洞口挂住一个10t的开门葫芦, 作为地面钢丝绳的导向滑轮。其钢丝绳绕进与绕出的夹角约为90°。故该导向滑轮所承受的最大荷载为P=5×1.4/sin45=9.9t, 故选用10t的开门葫芦满足要求。
(4) φ17.5钢丝绳就位。由于550mφ17.5mm钢丝绳约重700kg, 可利用施工吊笼安装。首先将施工吊笼开到烟囱顶, 将一根250m长的φ8钢丝绳一端固定于施工吊笼, 另一端穿过筒首导向滑轮从烟囱内筒壁放下;从5t卷扬机拉出约30mφ17.5钢丝绳, 绳头穿过地面导向滑轮, 用M18夹头与φ17.5mm钢丝绳对卡, 夹头不少于4只。钢丝绳端头留10~15m余量, 然后吊笼向下运行至±0.00m, 从而将φ17.5钢丝绳从±0.00m向上拉, 然后再用2t链条葫芦接钩将φ17.5mm钢丝绳换卡点, 这样利用吊笼反复上下运行以及反复对卡钢丝绳, 将φ17.5钢丝绳拉至筒首并穿过滑轮再导向混凝土筒内±0.00m作为构件吊绳。转换过程中需固定保险, 防止钢丝绳掉落。最后把地面层上多余的φ17.5钢丝绳梳理并卷入5t卷扬机滚筒, 滚筒上圈数最少留6圈。
(5) 钢梁拼装及运输。所有钢梁在地面拼装, 用50t平板车将钢梁从钢构制作场运至烟囱施工洞口处, 再用50t或100t吊车将钢梁吊至吊装地点;散件利用吊笼或2.0t卷扬机吊至操作位置, 散件需捆绑牢固, 防止散件坠落。
(6) 卷扬机试吊合格后方可使用: (1) 首先进行空载运转, 检查卷扬机起动和制动情况。 (2) 静载试吊时重物加载顺序:4t、5t、6t;离地1m悬吊10min, 观察卷扬机刹车情况, 然后检查扒杆结构及卷扬机基础有无变形及导向滑轮有否夹丝现象, 转动是否灵活卷扬机自身有无异常情况。 (3) 动载试吊时顺序:4t、5t、7.5t, 从0到10m来回起吊三次, 并检查卷扬机、导向滑轮等是否工作正常, 重点检查卷扬机刹车情况, 检查一切正常后卷扬机才能投入工作 (荷载实验已按1.5系数) 。 (4) 每根钢梁需焊接两个吊点, 起吊时保持钢梁平衡。
3.3 钢平台安装
(1) 起吊前准备工作及起吊注意事项。 (1) 5t卷扬机试吊完毕, 拆除隔离平台, +0.00m层清理完毕。 (2) 钢梁轴线定位:先对外筒施工时的筒壁十字中心线进行复核, 如有误差进行细微调整, 然后根据图纸上钢梁的设计轴线, 用钢卷尺依次定出各钢梁的安装位置线, 用红油漆清晰标出作为钢梁定位的依据。 (3) 钢梁用吊车从堆放场地运至烟囱内, 再利用5t卷扬机进行二次吊运至合适吊装位置, 注意每根钢梁起吊时的方向。 (4) 本工程采用两种吊装方法, 即单根吊与组合吊。采用单根吊的平台层为230.5m平台层, 采用组合吊装的平台层为、212.5m平台层、149.5m平台层、89.5m平台层。 (5) 采用组合吊装法, 将两根主梁、中间的梁及八字梁全部在地面进行拼装成一整体。在两根主梁的的两端500mm处各安装一个锚盘, 共四个锚盘。 (6) 本工程仅230.5m钢梁吊装采用施工操作平台作为吊装平台, 其它各层平台梁吊装, 将千斤顶布置在230.5m层, 图上位置处的八字梁与主梁交接处进行适当加固, 千斤顶底座垫40mm钢板, 底座开孔同千斤顶孔径 (见图2所示) 。
(2) 212.5m钢梁起吊与就位。 (1) 采用四台250t穿心千斤顶同时启动抬吊。指挥人员随吊笼与钢梁同步上升, 在起吊过程中密切监视, 若钢梁发生倾斜应通过监督人员的指令调节钢梁水平。 (2) 钢梁起吊前, GL212.5必须在钢梁两端各绑一根麻绳 (直径20mm) , 用于钢梁吊起过程中辅助稳定钢梁的作用。 (3) 在吊装212.5m平台组合梁时, 同时起动四台千斤顶开始提升, 当液压提升至160m标高处时将一侧烟道口方向的两台千斤顶停止工作, 另一侧烟道口的两台千斤顶继续提升将整个平台调整为倾斜角40°后, 四台千斤顶同时提升, 当钢梁下缘超出第212.5m层砼牛腿面时, 由吊笼内监察人员发出指令, 使四台千斤顶同时停止工作。施工人员扣上保险钩, 从230.5m平台上爬软梯至212.5m钢梁牛腿面, 按已放线标出的记号, 对钢梁进行调整就位。先将较低端落位于牛腿大梁位置, 再放较高端缓慢落位于大梁位置。由于吊点位置与钢梁就位前期已经定位, 故只需人工做稍微调整就能完成。 (4) 212.5组合梁全部就位时, 用水平管测量两钢梁的端头面标高, 以最高点为基准, 其余点的标高用铁板垫至与最高点相平。垫板应成梯形, 在各块垫板及预埋铁件处进行焊接, 使大梁保持稳固, 最后测出实际平台面标高。
3.4 其它各层钢平台的安装, 以212.5m层为例
(1) 安装149.5m、89.5m钢平台时与212.5m层钢平台的安装方法一样, 四台千斤顶同时提升就位安装。
(2) 施工人员操作从安装好的上层钢平台爬软梯至施工的平台牛腿位置。当钢梁吊升至设计高度后停止, 在筒壁的原钢梁预埋铁上焊接一个吊耳, 用1只5t的链条葫芦将钢梁进行水平移位, 移位过程中应防止与其他物体相碰撞, 校正其梁中心线与标高后进行焊接工作。对于其余小梁, 选用最近一台5t卷扬机起吊, 然后移至相应位置进行安装。
(3) 其它各小梁由于重量较轻, 采用施工平台处3t卷扬机吊装, 吊至相应标高后用链条葫芦接钩, 然后移至安装位置。此链条葫芦抛锚与相应位置的辐射梁上。
(4) 钢梁提升过程中, 控制提升速度及钢梁水平, 尽量避免与筒壁、吊笼钢丝绳相碰。所有钢梁的焊接严格按照图纸及规范规定的要求进行施焊。
(5) 当四层钢平台及内筒安装全部完成后, 再安装楼板底模压型钢板及绑扎钢筋, 浇楼板混凝土。内筒安装到顶后内平台拆除完, 进行楼面找平。施工干燥后, 操作施工防腐层, 并铺设耐酸瓷砖。
注:212.5m层整体提升重量约120t。每顶布置5根钢绞线, 其余149.5m及89.5m层, 每层整体提升重量约50t, 每顶布置3根钢绞线。安装顺序为:从上向下进行。每层安装时间大约需要一周时间。千斤顶整体提升的优点是:动力储备及安全系数高, 就位后减少高空焊接量, 减少高空作业时间, 综合施工工期短等优点。
4 结语
钢烟囱的设计 篇5
1 钢烟囱形式的选择
钢烟囱包括塔架式、自立式和拉索式三种形式。高大的钢烟囱可采用塔架式,低矮的钢烟囱可采用自立式,细高的钢烟囱可采用拉索式。自立式钢烟囱设计可选用或参考国家建筑标准设计图集08SG213-1钢烟囱(自立式30 m～60 m)。在玻璃厂中多数采用塔架式或拉索式,但拉索式往往因场地的局限,很少采用,一般采用塔架式,若烟囱高度在20 m～30 m左右且与周围的建筑不是很远时,可与周围的建筑拉结,不需另立塔架。
2 钢烟囱的设计
2.1 设计原则
1)设计的基准期为50年,在正常施工、正常使用和正常维护的情况下,烟囱的设计使用年限为30年;烟囱的安全等级为二级。
2)烟囱承载能力极限状态设计表达式:
荷载效应基本组合:
地震作用效应基本组合:
3)烟囱正常使用极限状态设计表达式:
4)横风向共振时,风荷载的总效应S由横向风振效应SC与对应临界风速时的顺风向荷载效应SA组合而成,即:
5)地基变形计算应采用准永久组合,即:
其中,γ0=1.0;γRE=0.8,其余各符号意义及取值见GB 50051-2002烟囱设计规范。
6)在设置“破风圈”范围内,烟囱体形系数取1.2,其余部分取0.6。
7)钢烟囱结构阻尼比按0.01考虑,可不考虑内衬对烟囱刚度的影响。钢烟囱计算中,风荷载往往起控制作用,计算风荷载各参数的取值一定要正确无误。钢烟囱的基本自振周期T1=0.013 h;特别注意高度Z处的风振系数βZ在不同高度处的取值。
2.2 材料选用
1)钢烟囱外壁及罩帽一般采用10 mm厚的Q235B低合金钢板,焊条E43。当烟气腐蚀性等级为中等及中等以上腐蚀,或环境相对湿度大于75%时,筒身采用耐硫酸露点腐蚀钢制作,材料机械性能不应低于Q345B钢;在70℃,50%硫酸腐蚀介质条件下,腐蚀速度不大于20 mg/(cm·h)。
2)钢烟囱内衬采用4 mm厚的Q235NH(耐候钢)制作,筒首部分宜采用4 mm不锈钢板(如OOCr17Ni14Mo2)制作(高度为1.5倍左右烟囱出口直径)。各节钢烟囱内衬均采用Υ18圆钢筋箍加强,钢箍间距1 500 mm。
3)法兰盘、加劲肋采用Q235NH制作;法兰盘螺栓采用5.6级普通螺栓;其他附属构件(爬梯、平台)采用Q235B钢制作。
4)外壁和内衬之间填充100 mm厚矿渣棉隔热。
2.3 烟囱的防腐蚀处理
制作钢烟囱的钢板基层除锈处理要求不低于国家标准GB/T8923-1988涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级中规定的Sa21/2除锈等级。筒壁防锈蚀涂料其长期耐热温度不应低于150℃,并具有良好的耐腐蚀性能和耐候性,如涂刷QR83-1黑酚醛油漆两道,漆膜总厚度不宜小于200μm。其他附属构件(爬梯、平台)采用热镀锌防腐处理。
2.4 筒身间的连接
钢烟囱分成几节施工,每节不宜超过10 m,太长了不宜施工、安装。节与节采用法兰盘通过螺栓连接,特别注意,法兰盘要开缺口,以减少冷桥,隔热效果更好,同时,连接螺栓要足够强,保证很好的传递上部风荷载在此处形成的弯矩、剪力。
3 支撑钢烟囱的塔架设计
1)钢塔架水平截面设计成三角形和方形,沿高度可采用单坡度或多坡度形式,塔架底部宽度与高度之比不宜小于1/8。对于高度较高,底部较宽的钢塔架,宜在底部各边增设拉杆。
2)计算简图处理及受力。钢塔架结构分析计算时宜对结构进行力学上的简化处理,使其既能反映结构的受力性能,又适应于所选用的计算分析软件的力学模型。计算塔架可采用PKPM钢结构部分三维建模先估算一下截面,而后建议采用美国CSI公司开发的SAP2000计算。注意用程序计算时地震信息打开,地震和风荷载共同作用在塔架上,计算钢塔架的风荷载时,先应根据PKPM估算的截面确定塔架的挡风系数,再根据《荷载规范》计算各节的风荷载。钢塔架的风荷载及钢烟囱的风荷载按节点荷载输入钢塔架的节点上。
4 钢烟囱、塔架与基础的连接
钢烟囱与混凝土基础连接采用预埋地脚螺栓,螺栓的直径根据受力的大小确定,且均匀布置,螺栓的直径不宜小于30,塔架与混凝土基础的连接采用预埋钢板,塔架弦杆与埋件焊接连接,预埋件的锚筋受力应与地脚螺栓相当,不应太小。钢烟囱基础与塔架基础做成一筏板基础,整体性好。若与基础连接的烟道是地下烟道,烟道通过基础内时,应做好导热或隔热,一般采用空气导热,矿棉、黏土质耐火砖、保温砖隔热。混凝土的温度不要高于200℃。某厂钢烟囱及塔架立面及与基础的连接示意图分别见图1,图2,烟囱高45 m,塔架高35 m。
5 结语
钢烟囱及塔架设计主要考虑风荷载及地震荷载,风荷载按节点荷载作用在拼接点上,地震荷载与风荷载的组合作用,建议采用电算,选用合理的模型。通过计算满足受力要求同时要注意构造合理,构造上主要考虑施工、安装等的可操作性。同时要考虑钢材的选用及防腐蚀的处理。
摘要：主要通过分析钢烟囱及塔架的受力性能、结构设计及连接等,介绍了钢烟囱设计方法以及设计中参数的取值,指出钢烟囱在构造上主要考虑施工、安装等的可操作性,同时要考虑钢材的选用及防腐蚀的处理,以使设计更加合理。
关键词：钢烟囱,塔架,设计,连接
参考文献
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[2]GB 50009-2001,建筑结构荷载规范(2006年版)[S].
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[4]GB 50046-2008,工业建筑防腐蚀设计规范[S].
[5]GB 50017-2003,钢结构设计规范[S].
双筒烟囱的施工方法 篇6
现在, 因环保要求, 新建的电厂都采用了脱硫技术, 烟囱的结构也改变了。采用脱硫技术的烟囱外筒为钢筋混凝土筒壁, 内筒为耐酸胶泥砌筑的排烟筒 (排烟筒结构由里向外的结构组成依次为为耐酸砌块砌体、耐酸砂浆封闭层、超细玻璃棉毡隔热层和用于固定隔热层的钢丝网) , 排烟筒筒壁和钢筋混凝土筒壁之间最大距离为2950mm, 最小为距离为1500mm。因焊接时埋件温度很高影响埋件强度和施工过程中的人员安全, 钢筋混凝土筒壁和排烟筒筒壁不能同时施工。只有采用DZSM-Ⅲ型电动升模施工工艺, 以吊平台方法对排烟筒筒壁进行施工。
在一般烟囱工程中采用的方法是首先施工钢筋混凝土外筒壁, 再施工排烟筒。排烟筒施工中平台提升采用的是两台20t卷扬机 (两台20t卷扬机安装在210m处的电动升模平台上) , 由于施工平台结构也无法满足排烟筒施工要求。两台20t卷扬机安装和拆除过程及提升平台都存在危险性。
我们对施工平台提升采用了8个5t道链提升, 提升过程平稳安全可靠;施工平台造价也比采用两台20t卷扬机提升方案低。
一、双筒烟囱施工步骤
基础施工完毕→砼筒壁施工27m→组装DZSM-Ⅲ型电动升模平台→钢筋混凝土外筒壁施工到顶→组装排烟筒施工平台→排烟筒施工到顶→电动升模平台和排烟筒施工平台拆除→内烟道和隔烟墙施工
二、排烟筒筒壁的施工条件
1、钢筋混凝土外筒壁施工到210m。
2、在210m处的烟囱筒壁上埋设8根16[]槽钢 (均匀布置在烟囱筒首) , 电动升模平台鼓圈固定在槽钢上。
3、排烟筒的25m平台安装完成。
4.提升平台的8个5t手拉葫芦的静载试验。
三、排烟筒平台布置
1、将电动升模平台固定在烟囱筒首。
2、在电动升模平台鼓圈上均匀布置8根φ19.5钢丝绳 (长250m) 。将排烟筒施工平台固定在钢丝绳上。
3、排烟筒施工平台分两层, 顶层用于保温层材料周转使用, 底层为耐酸砌块砌筑层。
4、外吊篮分两层, 上层为保温施工层, 下层为粉刷施工层。
5、排烟筒施工平台上布置10m井架, 用于更换提升平台8个5t手拉葫芦。
6、材料垂直运输使用电动升模平台垂直运输系统。
7、另设一根动力电缆和一根控制电缆。动力电缆供排烟筒施工平台照明和焊机施工。控制电缆用于控制吊笼运行。
8、在每一根钢丝绳上用5绳卡固定一钢丝绳鼻子。在钢丝绳鼻子挂5t道链, 道链的另一端固定在排烟筒施工平台的鼓圈上。
9、在电动升模平台固定好后, 将50kg线锤引到烟囱中心, 吊50kg线锤的φ6钢丝绳在烟囱中心线上。此线为排烟筒施工时的烟囱中心。
10、排烟筒施工平台组成:一个鼓圈 (主要受力构件) , 顶层有16根长辐射梁和砌筑层16根短辐射梁与鼓圈连接。鼓圈上有10m高双孔井架。井架上安装了32根钢丝绳固定辐射梁。辐射梁之间铺设木板, 组成施工平台。
四、排烟筒施工平台的提升
烟囱电动升模平台上挂着8根φ19.5钢丝绳, 在钢丝绳上挂5T手拉葫芦。排烟筒施工平台的提升就是使用8个5T手拉葫芦。
五、排烟筒施工
在砌筑平台上砌筑排烟筒筒壁, 在吊篮内施工排烟筒的耐酸砂浆、超细玻璃棉毡、扁铁抱箍。所有材料的垂直运输采用吊笼, 耐酸砌块随砌随用吊笼运送, 在砌筑平台砌块的存放量不得超过1.5m3。施工时耐酸胶泥和保温涂料严格按规范和生产厂家的使用说明进行配料、搅拌和使用, 并且做到随用随拌, 搅拌好的材料应在30分钟内使用完。
六、夹层平台及爬梯安装
夹层平台的构件钢牛腿和钢支撑柱、混凝土预制梁用吊笼运输至排烟筒施工平台, 再由电动升模平台的3T卷扬机就位安装。同样钢楼梯也是用吊笼运输至平台, 再用3T卷扬机就位安装。
夹层平台构件安装顺序:安装钢牛腿和钢支撑柱→混凝土预制梁→平台钢横梁→钢格栅板。
七、排烟筒施工平台承载重量设计
排烟筒施工平台总重约5.2t。施工过程中堆放500片砖约重2t, 砌筑胶泥1.5t, 保温层材料约2t。作业人员15名重约1t, 施工荷载6.5t。施工中整个平台最大重量约11.7t。在静止状态下, 平台设计承载重量未40t, 安全系数2.0, 施工过程总重满足设计要求。
八、排烟筒施工平台安全施工要求
1、堆放材料不得大于设计重量。
2、作业人员不得超过15人。
3、平台提升时必须控制平台提升速度, 平台摇摆不得过大。
4、将道链更换到高处时, 只能两个道链更换安装受力后, 再更换另外两个道链。
5、平台提升到位后必须及时将平台固定在钢筋混凝土外筒上, 防止施工过程中平台摇摆。平台固定后, 才能控制排烟筒的中心和半径。
附:采用脱硫技术电厂烟囱的结构
1、工程烟囱为双筒结构, 外筒为钢筋混凝土结构, 内筒排烟筒为耐酸砌块。烟囱高度为210m, 钢筋混凝土外筒±0.00m外半径8.2m, 出口外半径为5.20m;筒身壁厚由底部的550mm逐步变为顶端的250mm。排烟筒积灰平台的内半径为5.0m, 出口半径为3.5m, 壁厚为290mm。±0.00m标高相当于绝对标高1846.6m。
2、筋混凝土筒壁从0m到210m分为三段进行变坡。
排烟筒筒壁从积灰平台到28.0m分为三段进行变坡。
3、在9.15m处设有积灰平台, 其上还有隔烟墙。根部入孔两个, 结构尺寸为2400×2400mm, 烟道口有两个, 结构尺寸为5.5m×8.5m。挑牛腿N-1之上, 牛腿顶面标高为8.95m。烟囱钢筋混凝土筒壁上共有84扇窗子, 4道门。
4、排烟筒结构
某电厂烟囱结构选型 篇7
某电厂该期工程新建2×600 MW国产亚临界一次中间再热凝汽式发电机组。该工程考虑脱硫设备同期建设,且在不上GGH的情况下,如何选择好烟囱的结构型式,保证与锅炉同寿命,安全可靠的运行。根据工程特点需要对烟囱型式作必要论证。
1 烟囱结构选型原则
烟囱结构选型原则要考虑安全运行、使用寿命、环境保护、技术经济等因素,针对结构设计还要考虑工艺条件、土建原始资料、施工技术、材料供应等。一般来说,合理地选择好烟囱结构型式,要考虑以下几个方面。
1.1 烟囱的重要性
应把烟囱作为设备来看待,其寿命长短直接影响整个电厂的正常运行,烟囱与锅炉同寿命。
1.2 烟囱的功能
烟囱作为设备直接参与发电机组的运行,提高机组效率也要借助烟囱的性能,确保排烟能更有效地散流。
1.3 环保方面
脱硫技术应用、建设高大烟囱以利于烟气扩散、降低污染密度。
1.4 运行维修
考虑部分锅炉停运,烟囱检修维护方便,应建设多管集束式烟囱。
1.5 经济造价
选择烟囱结构形式,要综合考虑工艺条件,环保要求及防腐材料等。通常,单筒钢筋混凝土烟囱造价最低。
土建结构专业还要考虑诸如风荷载的大小、地震设防烈度、地基条件等,这些对烟囱结构型式的选择都有重要的影响。特别是地基条件,对烟囱基础方案的选择是决定性的条件。随着大机组,大容量电厂的出现,人类对环境要求的提高,近几十年来各国都在不断探索电厂高烟囱的合理结构型式。
2 火力发电厂常见烟囱结构型式及特点
2.1 普通钢筋混凝土单筒式烟囱
20世纪80年代以前设计的普通钢筋混凝土单筒式烟囱即钢筋混凝土筒身,内衬支承在筒身牛腿上。内衬多采用水泥砂浆砌筑普通黏土砖,隔热层通常采用封闭空气层或水泥珍珠岩板或岩棉板。从设计强度上讲,这种形式的烟囱其筒身足够安全。但是,实际中筒壁普遍存在裂缝、腐蚀的情况,其情况如下。
a)裂缝以竖向为主,水平裂缝较少,其宽度一般都超过烟囱设计规范规定的0.15 mm～0.30 mm的允许值,普遍在0.3 mm～1.0 mm之间;b)烟囱内部腐蚀带有普遍性,有的烟囱腐蚀相当严重;c)施工方法对烟囱裂缝的影响明显。采用有井架支模和单滑方法施工的烟囱,属较严重或严重裂缝的有50%,采用双滑方法施工的更甚,达75%;d)裂缝严重程度与除尘器型式无明显关系,与燃料种类有关。燃油或燃天然气的比燃煤的裂缝更严重些。
为提高烟囱抗腐蚀能力,增强其耐久性,做到安全运行,一些科研、设计单位针对以往电厂烟囱出现的问题,结合工程实际情况,设计建造了一些新型烟囱。
2.2 改进型单筒式烟囱
改进型单筒式烟囱是在传统式钢筋混凝土烟囱形式上,根据燃煤含S量和腐蚀性指数对烟囱结构形式、内衬、保温材料和计算参数取值等方面进行改进。其特点是:a)通过改变烟囱外型坡度和烟囱内部结构形状,调整烟囱内部各区段的烟气流速,使烟囱内的烟气压力在运行期间基本处于负压状态;b)提高钢筋混凝土外筒壁的混凝土强度等级,提高混凝土密实性和抗渗性;c)在钢筋混凝土筒壁内表面设置耐高温防腐蚀涂层或设置防腐蚀隔离层;d)采用憎水耐腐蚀材料作隔热层,该材料由2层组成,层与层之间相互错缝,使烟气不易渗透;e)内衬采用耐高温耐酸砌体,用耐酸耐高温胶泥砌筑,具有良好的防腐、抗渗性能。
2.3 套筒或双管(多管)烟囱
从内筒材质上分:有砖内筒套筒或双管(多管)烟囱和钢内筒套筒或双管(多管)烟囱(以下简称砖内筒烟囱和钢内筒烟囱)。外筒考虑抵抗风吹日晒和地震力的作用,均选钢筋混凝土结构。此类烟囱的结构由钢筋混凝土外筒和砖或钢排烟内筒组成。
2.3.1 钢内筒烟囱的布置形式及构造
a)悬挂式结构布置是将整个钢内筒挂在钢筋混凝土外筒顶部,钢内筒处于受拉状态,所有热膨胀都是向下的,膨胀量根据最高可能出现的烟气温度计算,烟道接口处设有膨胀节。钢内筒筒壁可大大减薄;b)自立式结构布置是将钢内筒支承在基础上,所有热膨胀都是向上的,取消了膨胀节。多数钢内筒式烟囱采用这种支承方式。无论何种布置方式的构造均在一定标高设置一定数量的侧向支撑或止晃结构,用以减少钢内筒变形及支撑处弯距,允许竖向无约束膨胀。
2.3.2 砖内筒烟囱的布置形式及构造
砖内筒烟囱结构形式是将砖内筒分段支承在各层平台梁的环梁上,砖内筒采用轻质耐酸砌块,高品质耐酸胶泥砌筑而成。为使砖内筒内烟气温度得以保持,内筒外侧采用带铝箔超细玻璃棉毡包裹。
2.3.3 双管(多管)砖、钢内筒烟囱
双管(多管)砖、钢内筒烟囱的热力特性好,每台机组运行互不影响,烟囱的检查、维修方便。此类烟囱能提高烟气自拔力。其缺点是由于多个排烟管的存在,外筒直径较大,受风压较大。为使内筒的受热温度高于烟气酸露点温度,应特别注意外部保温材料的设计和施工质量。这种结构形式的烟囱在国外已广泛运用于火电厂,在中国大容量机组火电厂也已开始采用。
3 烟囱结构型式技术比较
该发电厂烟囱设计条件为,烟囱高度180 m,烟囱(烟气)单个排烟筒出口直径6.5 m,若两炉合用1个烟囱,出口直径为10 m。基本风压值为0.45 kN/m2,厂区地震基本烈度为7度、Ⅲ类场地土,厂区最大冻土深度0.74 m。非脱硫工况烟气温度为140℃(事故温度超过200℃),脱硫工况烟气温度50℃。考虑将来有多种工况运行的可能,有必要对烟囱选型进一步讨论。
3.1 传统式单筒烟囱存在的问题
从烟囱结构自身特点分析,传统式单筒烟囱存在着无法弥补的缺点,其原因是:a)传统式单筒烟囱构造不合理,内衬、隔热层组成的排烟管紧靠筒壁,其坡度与外筒壁相同,使得烟囱部分区段烟气处于正压运行,加大了烟气对内衬的腐蚀作用,加之内衬砌筑灰缝不密实,因而,影响钢筋混凝土外筒壁的强度。这是烟囱选型构造上的的薄弱环节;b)传统的单筒烟囱隔热层通常采用亲水材料或空气作为隔热层,隔热效果较低;c)传统式单筒烟囱内衬、砌筑砂浆不耐酸。砖内衬灰缝易遭受烟气腐蚀,尤其是燃煤含S量≥1%时,砌筑砂浆部分或大部分失去黏结力,内衬结构松散,影响了内衬结构的整体性。
3.2 改进型单筒烟囱的使用性
从改进设计、严格施工等角度,选择改进型钢筋混凝土单筒烟囱,在干式除尘、湿式除尘烟气温度在90℃以上运行工况时,可满足生产需要并缓解传统单筒烟囱的弊端。但是,对湿法脱硫运行方式,如果不设置GGH设备,烟气温度可能仅在50℃左右,那就需要再研究。
3.3 双管烟囱的优势
多管(双管)是烟囱体系发展起来的新的结构形式。这种烟囱的特点是,每台锅炉设1个单独的排烟管,几个排烟管紧密地布置在同一外筒之中,增加了烟气有效排放高度,减少了烟囱的计算高度。对部分锅炉尚未投产或停用检修时,不影响其余排烟筒的运行,也不会使烟囱出口烟气流速降低。其特点是:a)在正常运行条件下,钢筋混凝土筒身承重结构不直接与烟气接触;b)单台机组停止运行,相应的排烟管可以检修、维护,确保烟囱与锅炉同寿命;c)烟气热浮力大,增加烟气抬升高度,利于扩散、减少污染;d)结构稳定性好,抗风、抗震能力强;e)多管烟囱更利于脱硫工况的运行、检修。
4 技术经济比较
结合该发电厂实际情况以及对烟囱一系列分析,这里对改进型钢筋混凝土单筒烟囱、钢内筒套筒烟囱、双管砖内筒烟囱、双管钢内筒烟囱加以技术经济比较,具体数据见表1。
5 结语
虽然双管钢内筒烟囱造价较高,但考虑该工程燃煤含S量中等、烟气腐蚀性一般,且脱硫设备同期建设,为确保烟囱与锅炉同寿命和持久地安全运行,该期工程推荐双管钢内筒烟囱。
湿法脱硫烟囱防腐现状探析 篇8
随着社会环保意识的逐渐增强, 火电厂燃煤烟气中存在的大量二氧化硫等污染物的脱除显得尤为重要[1]。“十一五”期间, 国内原有电厂和新建电厂均在相关部门出台的新政策推动下, 进行了技术改造, 加设了烟气脱硫工序。
石灰石-石湿法脱硫 (WFGD) 技术是目前国内火电厂普遍采用的烟气脱硫工艺, 该工艺具有脱硫效率高、烟气处理量大、煤质适用面宽、工艺技术成熟、稳定运转周期长、负荷变动影响小等特点, 因此, 也是各个国家应用最多和相对最为成熟的脱硫工艺。但是, 该工艺也存在一些较难克服的缺点, 特别是经烟气脱硫系统排放的烟气对烟囱的腐蚀相当严重。据调查, 很多火电厂经技术改造后1~2年内, 就出现了严重的烟囱腐蚀现象, 有些烟囱甚至穿孔渗漏[2]。
国内在加设烟气脱硫系统后, 对烟囱腐蚀问题的研究很少, 目前也正处于研究起步阶段[3], 而且实地考察和调研也不多, 参考资料有限, 经验尚浅。在我国电力行业烟囱的现行设计标准中, 也仅仅从烟气腐蚀等级方面对烟囱的防腐设计提出了要求, 并没有对脱硫系统中烟囱的防腐设计作出具体的规定。因此, 进行烟囱防腐的相关研究和设计显得尤为重要。
2 腐蚀机理
2.1 烟气特点
在加设烟气脱硫工序后, 进入烟囱内的烟气温度较低, 且烟气湿度大。不设烟气热交换器 (GGH) 系统的烟气温度在50℃左右, 某些电厂加设GGH系统后, 烟气温度在80℃左右, 均低于酸露点温度, 烟囱内有严重的结露, 结露生成的稀酸性液滴主要是硫酸和亚硫酸, 同时还包括微量的氢氟酸、盐酸和硝酸, 该混合酸液的pH值为1.0~2.0, 湿烟囱的内壁长期暴露于这种强混合酸环境中, 使烟囱处于腐蚀强度高、渗透性强、且较难防范的低温高湿稀酸型腐蚀工况中。研究表明, 在40~80℃时, 低浓度的酸液对结构材料有更强的腐蚀性, 例如, 40~80℃条件下, 稀酸液对钢材的腐蚀速度是其他温度下的3~8倍, 因此, 该低温高湿稀酸型腐蚀工况的腐蚀程度与未脱硫时的干烟囱相比更为严重[4]。
2.2 烟囱腐蚀环境
经湿法脱硫后的烟囱, 内部运行工况非常复杂。一是酸液的组成比较复杂, 其中不仅含有硫酸, 还含有微量的硝酸、盐酸和氢氟酸, 虽然其中的氢氟酸浓度并不大, 但其对绝大多数材料的腐蚀性都非常强, 能够抵抗该混合酸腐蚀的材料很少。二是烟囱在正常运行时, 内壁几乎处于全正压状态, 尽管烟囱正压的压力并不大, 但其对烟囱的腐蚀作用影响非常大, 可以使烟气和酸液穿过内衬砖或混凝土层, 从而对烟囱内壁造成腐蚀。另外, 在正常脱硫情况下, 烟囱内湿烟气温度约50℃, 而烟气脱硫系统在事故状态时, 烟气温度马上升高至110℃, 烟囱内的高湿度状态逐渐转变为高温干燥状态, 烟囱内壁附着的混合酸液浓度也随着水分的蒸发逐渐增大, 当硫酸浓度达到70%以上后, 就变为具有强氧化性和脱水性的浓硫酸[5]。
加热条件下, 除金和铂外, 浓硫酸的强氧化性能使浓硫酸与其他所有金属发生反应, 生成金属硫酸盐。钛合金板是一种在烟囱防腐中应用相对较多的高档耐腐蚀材料, 表面易生成化学性质稳定的钝化膜, 且对于局部损坏具有瞬间修复的特性, 在硫酸浓度小于10%时, 防腐性能优异, 而且耐高温及耐磨性也很好, 使用年限长。但当硫酸浓度大于10%时, 可与钛发生反应, 尤其是在硫酸浓度接近80%时的腐蚀速度最快, 其反应见式为:
有机体系防腐层也是目前烟囱防腐的一大方向, 但浓硫酸具有脱水性, 可以夺取含氢、氧元素有机物中的氢原子和氧原子, 从而使有机物防腐层从内往外逐渐碳化, 进而丧失耐腐蚀性能, 其反应见式为:
由此可见, 工作在干湿、冷热交替工况下的烟囱, 对防腐材料的性能要求是非常苛刻的。湿法脱硫以后, 不同温度和湿度条件下的烟气会对烟囱产生不同程度、不同类型的腐蚀, 对湿法脱硫工序的安全稳定运行有很大的影响。
3 国内防腐技术
针对以上经湿法脱硫技术改造之后的烟囱防腐问题, 国内外在工艺、材料以及施工方面都在积极寻求一种防腐效果最理想的方案, 以保证火电厂脱硫工序的安全稳定运行。国外在近几年已经取得了一些成功案例, 但国内对湿烟囱防腐设计的研究刚刚起步, 尚处在探索阶段。
目前, 国内研究最多的, 是针对以上复杂的运行工况, 对烟囱防腐中使用的防腐材料进行选择。应用最多的湿法脱硫烟囱防腐技术主要有4种。
3.1 钢钛合金板
钢钛合金板是一种防腐性能优异的合金材料, 在很多环境中性能非常稳定, 用其制成适合烟囱尺寸的整体内筒作为烟囱防腐内层的技术, 即为钢钛合金板防腐技术。钢钛合金板作为烟囱防腐内筒, 其耐高温性能及防腐性能好, 耐磨性能优, 且维护成本低, 使用年限长, 单从技术角度讲, 是一种非常理想的烟囱防腐选择。而该防腐材料的主要缺点就是造价很高[6], 约2000~3000元/m2, 很多电厂难以接受, 推广有一定的难度。除此之外, 该防腐材料对施工要求也异常苛刻, 运输过程中出现的划伤或焊接时留下的技术缺陷, 在后期使用过程中都很容易出现腐蚀渗漏现象。
3.2 耐腐蚀涂料
耐腐蚀涂料主要是以有机高分子材料作为反应性单体, 以纤维或无机粉料作为补强填料制得的防腐材料。目前, 在湿烟囱防腐领域, 国内应用较多的耐腐蚀涂料主要有VEGF鳞片胶泥涂层、OM型耐酸胶泥涂料、聚脲涂料、美国萨维真涂料、德国固斯特涂料等[7]。
如专利CN100393829中公开了一种乙烯基酯树脂玻璃鳞片涂料, 该材料抗渗透性能好, 耐磨, 其耐温性和耐腐蚀性已得到工程实践的充分证明, 能够长期在180℃以下使用, 但该材料弹性很差, 在温度交替变化时易开裂、脱落, 对烟囱内壁产生腐蚀。另外, 在施工过程中还需要加入大量有机溶剂, 溶剂的挥发对处于通风不好的烟囱环境中施工工人的健康危害很大, 而且溶剂也会造成一定的环境污染[8]。
OM涂料是以液体水玻璃为主剂的一种无机涂料, 其施工主要包括3个步骤: (1) 涂刷表面处理剂底料; (2) 贴玻璃丝布; (3) 刷表面处理剂面料。OM涂料同样存在弹性很差的问题, 在冷热交替工况下运行时, 容易使OM涂料开裂, 混合酸液随裂缝进入烟囱混凝土层, 从而造成腐蚀。
专利CN101280153中公开了一种脱硫烟道内衬用喷涂耐高温耐酸聚脲防腐涂料, 该涂料是一种双组分、无溶剂涂料, 具有优异的防水、耐腐蚀特性, 但该材料长期耐高温性能差, 烟道气体温度超过150℃时, 会对聚脲造成严重的破坏。另外, 聚脲涂料同样弹性很差, 不能直接使用它来粘接器件的接头部位[9]。耐腐蚀涂料的使用方法目前以刮涂法居多, 而喷涂法则是未来耐腐蚀涂料的一大发展趋势。
该技术优势在于耐腐性好、密封性好、容易修补、施工简便。目前, 国内有很多人从事湿烟囱有机防腐内衬材料的研究工作, 发展前景很好。但是, 单从目前投入使用的耐腐蚀涂料性能来看, 其耐高低温循环、耐混合酸液冲刷性能不好, 使用一段时间后, 因材料老化易开裂, 且需要单独做保温层[10,11]。
3.3 发泡玻璃砖加胶粘剂复合系统
发泡玻璃砖加胶粘剂复合系统是在烟囱内表面用有机耐酸胶粘剂衬砌无机轻质发泡陶瓷进行湿烟囱防腐的方案。
发泡玻璃砖是以石英砂、玻璃粉和特殊的玻璃发泡剂为主要原料, 在高温条件下熔融、烧结并退火, 制得的一种防腐、保温材料。玻璃砖不仅耐酸碱、耐高温, 而且其抗渗透效果好、阻燃性能优异、导热系数小, 因此, 玻璃砖内衬系统除具有耐腐蚀性能外, 还具有很好的隔热性能及阻燃防火能力[12]。目前国内使用的有机粘合剂产品种类繁多, 如国外进口的宾高德胶粘剂, 具有良好的耐酸防腐性能, 抗渗透性好, 且具有一定的弹性, 在温度交替变化时, 不易开裂和脱落。专利CN101638518中公开了一种耐酸气腐蚀耐高温室温硫化硅橡胶, 具有优异的耐高温性能, 且同样具有良好的弹性, 可长期在150℃条件下使用[13]。环氧类粘合剂耐温防腐性能优异, 但缺点是弹性不好, 使用过程中易开裂, 在烟囱防腐领域也有个别用户选用。
发泡玻璃砖加胶粘剂复合系统兼具发泡玻璃砖和有机粘合剂的优异性能, 具有良好的耐酸、防水、耐高低温变性能, 可同时起到防腐和保温的作用。使用性能优异的有机粘合剂粘贴发泡玻璃砖作为脱硫烟囱防腐内衬系统, 既能保证脱硫烟囱中防腐层的使用效果, 延长防腐层使用寿命, 又有利于新建电厂缩短施工周期和技改电厂大幅减少因为施工而停止发电造成的巨大损失。另外, 砖加胶方案造价较低, 且施工工艺与传统的砌筑耐酸砖的工艺类似, 操作简单易行, 是目前湿法脱硫烟囱防腐领域中普及率较高, 且性能较稳定的防腐技术。
然而, 目前市场上的有机粘合剂产品品种多样, 质量参差不齐, 其中大部分是未根据实际工况开发出的劣质粘合剂产品。使用性能较差的有机粘合剂粘贴发泡玻璃砖作为烟囱防腐内衬, 在长期高低温交变工况下, 粘合剂成会逐渐缓慢老化, 甚至高温碳化, 从而造成强混合酸液的渗漏, 最终导致烟囱出现严重的腐蚀, 给电力行业带来很大的经济损失。因此, 有机粘合剂的质量好坏是决定砖加胶方案成功与否的关键。
3.4 面涂弹性体防腐材料方案
面涂弹性体防腐材料方案是在《火电厂大气污染物排放标准》 (GB 13223-2011) 颁布实施以后新兴的一种防腐方案。该方案是直接在烟囱内表面涂抹有机防腐胶粘剂进行湿烟囱防腐的方案。
用于烟囱内壁涂刷的弹性体防腐材料具有优异的防腐、耐高温性能, 可长期耐受80℃以下强腐蚀性混合酸液的渗透和腐蚀, 并可短时间耐受120℃以上高温。同时, 该材料不仅对混凝土、钢板、陶瓷耐酸耐温砖均具有良好的粘接性, 可有效地阻隔酸气及酸液的渗透, 防止酸液对烟囱各部件造成腐蚀, 而且具有高弹性, 可避免因冷热交替变化以及烟囱运行条件下的摆动产生的应力对防腐内衬造成破坏, 影响防腐系统的正常运行。另外, 使用该弹性体防腐材料, 工程造价低, 施工简单, 局部破坏后容易修补。
目前, 该防腐方案已得到大量工程实践的充分证明:完全能够满足新工况下的各种严苛的强腐蚀环境, 在国内火电厂湿法脱硫烟囱防腐领域的市场占有率中逐年递增。
4 结语
经技术改造后的湿法脱硫烟囱, 其内部腐蚀因素错综复杂, 腐蚀环境恶劣。在诸多湿法脱硫烟囱防腐方案中, 目前防腐效果较好的防腐方案为发泡玻璃砖加胶粘剂复合系统方案。近年来也有越来越多的人致力于该方案中粘合剂耐老化性能的提高, 以及发泡玻璃砖耐冲刷性能的改进。直接使用弹性体防腐材料进行防腐的面涂方案, 已得到大量工程实践的充分证明, 且占有相当的市场占有率, 是未来湿法脱硫烟囱防腐技术发展的一大趋势。
针对湿烟囱的防腐问题, 不可忽视的现状是, 国内现行防腐技术针对性不强, 适用面较窄, 大部分防腐方案还处于试验阶段, 现阶段还没有一种非常成熟的长效防腐方案, 而仅仅能在事故的发生率上有所改善;各个火电厂烟囱的运行工况均比较复杂, 而且存在一定的差异, 这必然会造成湿烟囱防腐技术的普适性较差, 只能针对特定的烟囱进行防腐方案的必要调整。因此, 必须加快开发综合性能更优且成本较低的防腐材料, 并将防腐方案系统化。
另外, 从国内大多烟囱腐蚀的实例来看, 很多是由施工工艺及施工质量的缺陷造成, 尤其是对烟囱内特殊部位防腐材料的施工, 因此, 在大力研究防腐材料的同时, 需要加强防腐材料施工相关的研究工作, 并适时地对施工队伍进行施工技能培训, 以适应烟囱防腐方案的不断改进。
摘要：指出了在国家环保政策的推动下, 石灰石-石湿法脱硫技术得到了普遍应用, 随之而来的烟气腐蚀问题给整个脱硫工序带来了新的挑战。针对国内防腐现状, 分析了脱硫工序中烟气的特点及腐蚀机理, 并详细阐述了4种主要的防腐技术。