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FGD烟道壁厚及其加固肋优化探讨内容摘要 就目前许多脱硫工程公司普遍应用的WFGD 烟道壁厚及加固肋（加强筋）的设计方法，发现无论是300MW还是600MW FGD的烟道，均采用6mm壁厚的烟道，其加固肋随烟道截面增加而数量多，肋/板比高，耗费大量钢材。本文对烟道壁厚及其加固肋采用的型钢种类，尺寸，肋间距等进行了优化分析。由优化计算结果曲线得出了结论：烟道壁厚增加可使其刚度和加固肋间距增加，若采用H型钢加固肋，效果更为明显，即大量节省钢材造价和布置空间。另外，若有可能，尽量采用内撑杆可大幅降低加固肋的高度和钢材消耗。关 键 词 烟气脱硫FGD；烟道壁厚；加固肋(加强筋)；优化 作者在做WFGD烟道设计及审查相关设计图纸过程中，用心做了一些烟道壁厚及其加固肋的优化工作。由于需要同时编制计算程序，收集了较多的应用数据和对大量的试算数据进行了处理，经过，全面的优化比较，得到有一定指导意义的结论。对目前已取得的阶段性成果，与同行们进行交流。望脱硫工艺设计及造价估算同行们重视这方面研究和改进设计规程。1 目前的问题和优化的必要性按照脱硫招标书技术附件中的普遍要求：烟道钢板壁厚最小6 mm，外部要充分加固和支撑，以防止由于颤动抖落防腐鳞片衬里和烟道整体振动。所有需防腐保护的烟道仅采用外部加强筋, 不允许有内部加强筋或支撑（见照片1）。烟道外部加强筋应统一间隔排列。加强筋使用统一的规格尺寸或尽量减少加强筋的规格尺寸，以便使敷设在加强筋上的保温层易于安装。 目前烟道壁厚及加固肋设计方法是，为满足烟道强度，刚度和振动的要求，一般采用电力系统典道标准计算方法中提供的型钢种类及其规格来设计。其结果是加固肋数量多，高度高，肋/板比高，特别是大的湿烟道设计（对于600MW FGD，烟道截面达10x6m）尤其突出，肋/板比甚至高达1.5以上，换句话说肋的重量竟是板重150 %以上。由此造成的问题主要有：1) 肋的型号规格过大，目前控制一般不超过I40a，肋高达400 mm。消耗大量钢材，同时道体刚度没有得到多大增加；2) 由于肋高大，远远超过所需保温层的厚度。按照相关规定，此时需重新计算保温厚度，并采用“留置空气层的保温结构”，由此大量增加保温主材和辅材的使用(顺便提一下，保温材料清册中未计及由此产生相关材料的消耗，也未进行保温厚度的重新计算)；3) 上述问题必然伴随发生的烟道占用空间大量增加，给FGD的布置不利（见照片2）；4) 整个FGD工程的钢材消耗指标恶化，使烟道造价远大于原投标估算值；5) 钢材消耗增加的同时，没有收到相应的回报，净烟气烟道内衬防腐层脱落问题时有发生。照片1. 照片2据称日本FGD工程中的净烟气烟道的壁厚普遍采用810 mm，扬州发电厂进口日本的湿法FGD系统运行两年来，其内衬玻璃鳞片完好如初；广东台山电厂FGD烟道从外观看，其加固肋高度很小，但烟道为壁厚6mm的不锈钢材。此外，从国外的一些资料图片得到的信息，其加固肋的密度和大小，均小于我国目前WFGD烟道的设计状况。综合以上信息，有必要对烟道壁厚及加固肋的型式进行分析、优化和改进等研究。2 优化计算的依据根据电力部相关标准及其计算方法，将其中“T3烟风道加固肋及内撑杆选择”的相关计算公式重新整理如下：1) 加固肋中心间距S计算公式强度条件： mm 1 - 1刚度条件： mm 1 2 振动条件： 13荷载q以及材料和使用温度一定时，上式可以分别简写为：和 14由上述公式可以知道：加固肋间距和板厚或板厚的0.5次方成正比，刚接加固肋决定了各面都有相同的S值，由此振动条件最终决定S的取值。虽然S值降低，但烟道使用较厚钢板时，其强度和刚度的储备得以增加，尤其对后者。刚度的大幅提高，对净烟道的防腐处理有非常积极的意义。2) 加固肋跨度L的计算公式强度条件： mm 21刚度条件： mm 22在荷载、材料和使用温度决定后，上式可以分别简写为： 和 23振动条件： 24在荷载、材料和使用温度决定后，上式可以分别简写为： 25Z、I和G参数，均与加固肋选用的型钢型号和规格相关。3. 主要优化的范围和内容从以上的分析可以得知，在材料不变的前提下，增加板厚的同时也提高了加固肋的Z和I值，同时合理选择型钢结构来降低G值，达到降低金属耗量、提高道体刚度，从而优化加固肋结构的目的。遵循以上原理，对刚接加固肋计算程序进行必要扩充和修改，之后对不同烟道尺寸，壁厚及其加固肋型钢结构进行计算和分析。3.1计算的基准如下：烟道壁厚6 mm和8 mm两种规格； 计算压力均为4 kPa； 积灰高度均为道体高度的1/6； 干灰容重：900 kg/m3；湿灰容重1500 kg/m3； 基本风压：0.5 kPa；基本雪压0.3 kPa。图1为不同壁厚的干、湿烟道高度与加固肋间距的关系曲线。从图1可看出，在烟道道体高度6m时，干灰烟道壁厚6mm时加固肋间距S为1m，而壁厚8mm时为1.25m。3.2 型钢选择型钢必须有高的I值，同时重量G要轻。对可能使用的型钢，如槽钢、工字钢、H型钢、矩形箱型钢，以及T型钢等均进行了试算和比对。结果发现，T型钢在I增加的同时，G值增加的速度更快，且Z值下降幅度巨大；矩形箱型钢的I值随尺寸增大时的增幅较小。因此，决定舍弃T型钢和矩形箱型钢。结果还表明，H型钢是较好的选择。同时H型钢的品种、系列及其规格比较丰富，制作方法也较多，轧制、工厂或现场焊制均可。为了达到优化的目的，H型钢要尽量选择腹壁和翼缘厚度均较小的规格，大致在610mm的范围。H型钢和标准计算采用的型钢加固肋的主要计算数据比较曲线，见图2(不同壁厚、加固肋型式的干烟道道体重量)和图3(不同壁厚、加固肋型式的湿烟道道体重量)。图4和图5分别为干、湿烟道不同壁厚时的“肋/板”比。3.3 计算程序的配套根据分析结果，对“刚接加固肋计算程序”进行了修改和扩充。现在已经可以计算6 mm和8 mm两种壁厚，同时可以自由选择标准计算型钢、H型钢加固肋，或者两者混合使用均可。4.结论和问题1) 增加壁厚可以显著提高烟道道体刚度，对净烟气烟道有积极意义；2) 增加壁厚可以显著加大加固肋间距S，幅度大于25%（见图1）；3) 增加壁厚的同时，采用H型钢加固肋，其总重量和标准计算型钢比较，变化范围从增加(20%)到降低(最多达17%)。金属耗量降低的拐点大概出现在道体高度为6 m处。因此，道体尺寸越大，采用H型钢加固肋节约钢材越多（见图2,3）。4) 壁厚提高到8 mm后，肋/板比大幅下降(最大超过50%)，提高钢材使用的合理性，同时型钢高度也略有降低（见图4,5）；5) 由于目前掌握的H型钢规格仍然不够多，因此各项参数的间隔仍然较大，优化的幅度受到较大局限。建议在完善H型钢结构计算并提出系列之后，和大中型钢结构公司协商，由其提供WFGD所需的不同规格焊接H型钢，以保证质量和进度。6)由于受振动条件和频率控制的限制，在不设内撑杆条件下，要大幅度降低金属耗量是困难的，或者是不可能的。大尺寸烟道截面加固肋的选型均受其限制，此时加固肋的尺寸巨大。在烟道高度910 m时，可达I40a甚至H450。因此建议，凡可以使用内撑杆的场合，当加固肋高度超过250 mm时应尽量采用内撑杆。对于不宜使用内撑杆的净烟气烟道，应尽快开展内撑杆及其材料、结构和防腐等方面的研究，达到大幅度降低金属耗量，提高道体整体刚度的目的。举例来说，道体高度8 m，不设内撑杆时的型钢为I36a，加一根内撑杆后就可以降低到10，每圈加固肋即可节约金属约600700kg(取决于内撑杆型式和材料，由此节约的保温、防腐、土建结构材料及其制作安装费用等均未计算在内)。全部工程节约的钢材及其费用可观，而且难度应该不会很大。内撑杆结构型式，目前可以吸收“苏源环保