鍋爐鋼結構的設計步驟及其注意要點

鄭長波

（哈爾濱鍋爐廠有限責任公司鍋爐設計開發處，哈爾濱 150046）

鍋爐鋼結構的設計步驟及其注意要點

鄭長波

（哈爾濱鍋爐廠有限責任公司鍋爐設計開發處，哈爾濱 150046）

本文淺析了鍋爐鋼結構初步設計、技術設計、施工設計步驟及注意要點。

鍋爐鋼結構；設計步驟；要點

鍋爐鋼結構作為鍋爐設備的重要組成部分，對鍋爐的整體性能參數沒有任何影響，成為降低鍋爐成本的重要突破口。正因如此，越來越多的鍋爐制造廠家加大了對鍋爐鋼結構設計與計算上的研究。

1　鍋爐鋼結構初步設計步驟及注意要點

通過分析，我們可以看到鍋爐鋼結構初步設計包括：確定鋼結構布置形式、選擇鋼結構節點連接形式、選擇鋼結構材料以及合理截面尺寸等方面。

1.1確定鍋爐鋼結構的布置形式

不同的鍋爐，鋼結構的布置形式也不相同。首先，要確定鋼柱距離、鋼柱數量。結合爐膛、尾部煙道尺寸、旋風分離器直徑等確定主柱的距離。而主副跨之間距離的確定，應考慮整個平臺樓梯間、煙風道間，吹灰器間的布置空間。其次，要對剛性水平面的層數進行確定。對剛性水平面層數的布置直接影響著整個鋼性結構的耗鋼數量，層數越多耗鋼越多。為了進一步降低耗鋼量，在鍋爐鋼結構設計中結合實際情況，在被允許的范圍內，盡可能降低剛性水平面層數。中高壓小容量機組的鋼性水平面大多為4到6層，而大容量機組的剛性水平面則可根據鍋爐的實際高度適當增加。再次，要對垂直支撐布置進行確定。垂直支撐布置主要分為兩種，一種布置在鍋爐鋼結構的副跨，一種布置在鍋爐鋼結構的主跨。實際設計中通常采用副跨設計，副跨設計能避免鍋爐內部各個管道之間的沖突，避免柱子承受過大的上拔力。最后，對頂板布置的確定。頂板作為吊掛鍋爐本體的重要稱重部件，對其斷面尺寸的設計尤為重要，尤其是在尺寸設計與計算上，要考慮到后期運輸過程是否會超限等問題。

1.2選擇鋼結構節點連接形式

鍋爐技術協議明確了對鋼結構節點選擇形式要與鋼結構的布置形式相一致。可采用高強度螺栓連接作為大容量的鍋爐節點連接形式，而小容量鍋爐可使用焊接技術進行連接。

1.3鋼結構材料的選擇

柱、梁、頂板、垂直支撐構成了鋼結構的主結構，并控制著桿件的強度。可選擇低合金鋼Q345作為材料，其他主要控制剛度的桿件則可選擇碳鋼Q235。

1.4選擇合理的截面尺寸

在鍋爐鋼結構截面的選擇上，必須綜合考慮鋼結構形式以及用戶需求，根據鍋爐鋼結構的設計規范考慮桿件截面自身的穩定性與長細比。

2　鍋爐鋼結構的技術設計步驟及注意要點

鍋爐鋼結構技術設計，主要包括荷載統計、繪制計算簡圖、計算結果分析、繪制鋼構架總圖及基礎負荷圖等。

2.1荷載統計

荷載設計是指鍋爐本體荷載、鋼結構自重荷載以及其他與鍋爐荷載相關并作用在鍋爐鋼結構上的荷載。計算結果的準確性直接影響著鍋爐鋼結構計算結果的準確性，尤其是影響荷載統計結果的因素很多，要想進一步提高荷載統計的準確性，各個部門的鍋爐鋼結構設計人員都必須配合，提供準確的荷載大小、荷載位置。

2.2繪制計算簡圖

計算簡圖不僅能夠表達鍋爐鋼結構的實際情況，還能進一步簡化鍋爐鋼結構的設計計算，所以，在鍋爐鋼結構計算簡圖的繪制上，必須仔細、耐心的做好設計工作。

2.3計算

鍋爐鋼結構計算主要包括對立體、柱腳、平面、節點的計算。其中，立體計算是要確定柱子斷面、垂直支撐斷面以及基礎負荷圖；柱腳計算是在柱基礎機構的連接上，確定柱腳結構尺寸，并根據各柱之間負荷大小，計算出柱底板厚度；平面計算則分為平面整體計算、單個桿件計算二種，它是為了確定梁、水平支撐斷面的；而節點計算是鍋爐鋼結構各個桿件連接點進行連接的重要依據，也是整個鍋爐鋼結構計算的重要環節，在整個計算過程中必須對其進行不斷的調整與優化，以達到預定目標。

2.4計算結果分析

在對鍋爐鋼結構進行計算后，還要對計算結果進行分析，進一步驗證繪制計算簡圖時桿件的斷面是否合理，若存在問題則進行循環計算，直至所得的所有數值接近其取值界限。

2.5繪制鋼構架總圖及基礎負荷圖

鋼結構架總圖及基礎負荷圖是在計算結果分析無誤的基礎上進行繪制的。因此，鋼結構架總圖及基礎負荷圖成了鍋爐鋼結構架施工設計的重要依據。所以，在鋼結構架總圖及基礎負荷圖的繪制上，要確保數據的準確性以及圖紙的全面性。如：鋼結構架總圖包括垂直立面圖以及各水平平面圖，并且垂直立面圖與水平面圖中要將各個構件的相互關系尺寸逐一標明，而基礎負荷圖要標記出柱底板處的柱腳位置以及各種工況下應用于基礎的垂直力、水平力、彎矩。

3　鍋爐鋼結構的施工設計步驟及注意要點

鍋爐鋼結構的初步設計、技術設計是鍋爐鋼結構設計的主要環節，也是鍋爐鋼結構進行施工設計的重要設計依據與重要設計基礎。與鍋爐鋼結構初步設計、技術設計相比，鍋爐鋼結構的施工設計是初步設計與技術設計進一步的細化與完善，進而產生生產用圖的一個過程，所以，施工設計的難度較小，且額外設計工作較少，其根本目標在于降本增效。

［1]楊紅紅.鍋爐鋼結構設計的步驟及特點［J］.鍋爐制造，2013，（11）：76-77.

［2]陶然.鍋爐鋼結構設計的步驟及特點［J］.電站系統工程，2011，（09）：42-44.

Design Procedure of Boiler Steel Structure and its Points of Attention

ZHENGChang-bo
（Harbin Boiler FactoryCo.，Ltd.boiler design and development department，Harbin 150046，China）

This paper analyzes the preliminary design of the boiler steel structure，technical design，construction design steps and attention points.

Boiler steel structure；Design procedure；Keypoints

TK222

B

1674-8646（2015）07-0081-01