燃煤電廠復雜玻璃鋼煙道設計關鍵技術

羅樹青（華東電力設計院，上海 200063）

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燃煤電廠復雜玻璃鋼煙道設計關鍵技術

羅樹青
（華東電力設計院，上海 200063）

摘要：國內玻璃鋼煙道應用越來越廣泛，本文作者利用自己參與的玻璃鋼煙道工程及相關的玻璃鋼制品的設計經驗，對復雜玻璃鋼煙道的布置、鋪層設計、玻璃鋼煙道接口設計進行了探討和研究，可為以后相關工程設計提供參考選用。

關鍵詞：復雜玻璃鋼煙道；鋪層設計；接口。

玻璃鋼煙道是輸送煙氣進入煙囪或冷卻塔的裝置，由玻璃鋼制造的煙道分為與煙囪相連的水平短煙道和排煙冷卻塔用玻璃鋼煙道。目前國內排煙冷卻塔用玻璃鋼煙道主要為直線布置的煙塔合一工程。本文結合作者參與的國內玻璃鋼煙道工程，對復雜玻璃鋼煙道設計關鍵技術進行研究和探討。

1 復雜玻璃鋼煙道的總體布置

在國內煙塔合一的燃煤電廠工程中，脫硫吸收塔靠近冷卻塔直線布置， 減少玻璃鋼煙道的長度和煙氣排放路徑，有利于煙氣排放。這種布置對運行管理要求比較高，當脫硫吸收塔發生故障停運時，相應機組必須停運，影響生產。為了解決這個問題，在兩座脫硫吸收塔之間設置事故吸收塔，當鍋爐啟動、進入FGD的煙氣超溫，在運吸收塔發生故障停運時，事故噴淋系統啟動，啟用事故吸收塔。

山東濱州供熱中心三期4×330 MW機組工程采用煙塔合一方案，建造4根φ5600的玻璃鋼主煙道和4根φ5600的玻璃鋼事故煙道，煙道中心離塔外地面高度約41 m，主煙道以1%的坡度坡向脫硫吸收塔，事故煙道以1%的坡度坡向事故吸收塔，主煙道與事故煙道均設置彎頭，主煙道與事故煙道通過三通相連，煙道單跨最長55 m，總長約1030 m。本工程于2014年12月底全部正常發電，目前運行良好。

本工程由于地方空間的限制，使得整個玻璃鋼煙道布置較為復雜，主煙道與事故煙道均布置為分段咽道，分段最長110 m，每段煙道兩端布置滑動支座，中間布置固定支座，相鄰兩段煙道通過在滑動支座之間布置膨脹節相連，煙道通過滑動支座和膨脹節釋放由溫度產生的內力和位移，減少對煙道支架的不利影響。同樣，煙道三通布置一個固定支座，與主煙道和事故煙道相連的三個方向布置滑動支座和膨脹節。同時，為了便于脫硫吸收塔和事故吸收塔切換，阻隔煙氣串通，不影響彼此正常工作，在玻璃鋼主煙道和事故煙道上均布置擋板門。具體布置見圖1。

圖1 復雜玻璃鋼煙道平面布置圖

2 復雜玻璃鋼煙道的鋪層設計

玻璃鋼煙道中主要包含兩種材料：樹脂和玻璃纖維。樹脂主要用于化學保護和作為粘結劑；玻璃纖維為增強材料，以提高強度性能。復合材料因為這兩種材料的共同作用而具有其特殊的力學性能。

纖維：結構層采用的玻璃纖維為ECR纖維。樹脂：采用乙烯基酯樹脂。

工藝：煙道采用環向纏繞成型的玻璃纖維增強樹脂基復合材料，軸向采用單向布增強。

玻璃鋼煙道鋪層設計根據煙道設計工作溫度、設計工作壓力、荷載、煙道布置等具體設計條件進行。燃煤電廠煙道的直徑比較大，一般采用接近為90°環向纏繞，軸向采用單向布增強。

單層環向強度σhi=σfsin2αi單層軸向強度αai=αfcos2αi

式中：αf為材料纖維方向強度； αi為纏繞角。

考慮煙道壁厚較薄，按薄壁結構計算，煙道環向和軸向強度為各個單層環向和環向強度的線性迭加，各鋪層共同工作折減系數c取0.75。

式中：σh為結構層環向強度； σa為結構層軸向強度 ；ti為各單層厚度。

煙道環向和軸向的彈性模量為：

式中：Ea為結構層軸向彈性模量； ti為各結構單層厚度； ttotal為FRP結構層總厚度，各鋪層共同工作的折減系數c取0.75。

纏繞材料及單向布材料的模量、強度根據實驗確定。玻璃鋼煙道結構分析計算采用大型通用有限元軟件ANSYS進行。

本工程玻璃鋼煙道根據跨度，結構層設計厚度分別為28 mm和30 mm，煙道通過兩布一紗交替纏繞到設計厚度，煙道內表面設置2.5 mm的內襯防腐層； 冷卻塔內煙道設置1.5 mm外表層，冷卻塔外煙道設置0.5 mm外表層，分界點在塔筒外壁向外1.0 m處。

3 復雜玻璃鋼煙道的接口設計

玻璃鋼煙道由玻璃鋼煙道分段通過適當的形式連接而成，對于小直徑的玻璃鋼煙道（一般小于4 m）可以選用插接方式連接，對于直徑大于4 m的玻璃鋼煙道，一般采用對接形式，見圖2。

圖2 玻璃鋼煙道接口

接口的總寬度及厚度與玻璃鋼煙道的受力、接口鋪層有關，接口的增強材料主要為短切氈和玻璃布，短切氈的長度一般在25～50 mm，手糊工藝制造，雙面補強，接口的施工質量嚴重影響到玻璃鋼煙道使用性和安全性。接口的鋪層按照設計要求鋪放至設計厚度，其中玻璃布的使用量不宜太大，增強材料主要為短切氈，由短纖維組成的單向板或層合板的性能受樹脂、纖維的性能、長度影響，在高溫下的性能衰減較快。此外，由于接口補強片與煙道不是同時固化，層間的剝離應力和剪切強度很小，尤其是剝離應力很小，在實際中要防止接口的剝離破壞。

目前國內玻璃鋼煙道的接口形式主要一般采用對接方式，內接外接口的厚度相差不大或相等。本工程煙道接口采用對接式，采用的材料是短切氈+玻璃布，手糊完成。內外接口厚度設計為：對于結構層厚30 mm做法為：1層玻璃布+短切氈交替至37.18 mm。接口寬度設計為700 mm；對于結構層厚28 mm做法為：1層玻璃布+短切氈交替至30.18 mm。接口寬度設計為700 mm。

4 結語

（1） 一般而言，脫硫吸收塔和事故吸收塔應靠近冷卻塔中間布置，盡量減少玻璃鋼煙道的長度，減少投資，同時有利于煙氣排放；對于布置比較復雜的工程，玻璃鋼煙道宜進行分段，每段煙道通過固定支座、滑動支座和膨脹節結合布置。

（2） 玻璃鋼煙道支座間距均勻布置比較合適，鋪層設計厚度比較均勻。

（3） 接口設計可以采用不等厚設計，內接口不宜太厚，且與筒體連接坡度不宜太小，不能小于1∶6，最好為1∶10，利于煙氣的流通和冷凝液的收集及力的傳遞。

參考文獻：

［1］ Q/DG 1-SOO5-2010，排煙冷卻塔設計導則［S］.

［2］ 羅樹青，等.燃煤電廠玻璃鋼煙道設計與研究［J］.電力勘測設計，2015，（2）.

中圖分類號：TM621

文獻標志碼：B

文章編號：1671-9913（2016）01-0046-03

* 收稿日期：2016-02-19

作者簡介：羅樹青（1977- ），男，湖南衡陽人，高級工程師，從事電力設計相關工作。

Design Key Technic of Complex Glass Steel Flue in Coal-fired Power Plant

LUO Shu-qing
（East China Electric Power Design Institute， Shanghai 200063， China）

Abstract:The application of FRP flue becomes more and more extensive internal. The author discusses and researches the layout plan， layering design and joint design of complicated FRP flue according to the FRP liner and FRP flue engineering which the author participate and design experience of FRP product. The result is consistent with the practice experience.

Key words:complicated FRP Flue； layering design； joint.