电厂烟风道设计注意问题

电厂烟风道设计注意问题摘要：烟风道作为连接从锅炉到烟囱之间的主要管道系统，其设计品质直接关系着电厂运行的安全性、经济性。

随着电力机组容量逐年的增加，烟风道的截面随之增大，而随着国家对于烟气洁净排放要求的日益提高,中间烟气处理系统越来越复杂,这些对于烟道设计来说,不仅增加了烟道的长度以及在电厂中所占比重,更增加了烟道设计在系统布置及烟道结构设计上的难度.作为一名多年从事电厂烟风系统设计的工作人员，笔者在工作中总结了一些电厂烟风道设计中应注意的问题，下面就这些问题做一个简单梳理。

由于现代电厂设计中，考虑烟道结构多变，维修改造需求等多种因素，混凝土烟道基本已被钢制烟道取代，因此本文所诉烟道均以钢制结构烟道为例，非混凝土烟道所适用。

关键词：烟风系统；钢制烟道；安全性；经济性1 电厂烟风系统按照燃煤电厂的传统划分方法，通常我们可将其分为冷、热风道及烟道三种类型，冷、热风道相比烟道来说，其设计截面及压力相对较小，无积灰积雪高负压等工况，因此设计难度也相对较小，本文将不予重点论述。

本文将以现代大型机组燃煤电厂的烟气系统为设计对象，来梳理电厂烟道设计中常见的一些问题。

在电厂烟气系统中，通常涉及到的主要设备有脱硝装置、空气预热器、烟气换热器、干式除尘器、引风机、脱硫装置、湿式除尘、烟气再加热等等。

主要系统元件有：烟气挡板门、插板门、补偿器、防暴门、人孔门、清灰门及消音器等。

在电厂烟气处理工艺中，不同的烟气净化工艺，所采用的烟道设计工艺也会有所不同，下图仅给出其中一种典型的电厂烟气净化及热回收工艺流程，以供后续参考和说明。

2 烟道设计步骤2.1 烟道流速、截面计算（1）烟气流速选择：根据《火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程》（DL/T5121-2000）规定，烟气流速范围宜在10~15 m/s,根据烟道所处的位置确定适宜流速。

对于含尘量大的烟气(除尘前)，应选择较小的烟气流速，从而避免高流速下烟气冲刷对烟道壁产生的磨损破坏。

对于除尘处理后含尘量低，较为干净的烟气，可以采用较高流速来减小烟道截面，从而优化烟道结构及整体布置。

（2）烟道截面形状选择：圆形烟道布置零活，但是在烟道支撑和制作方面有一定难度，并且对于超大截面的圆形烟道，其加固肋计算尚无成熟的规范参考，国内使用相对较少。

而矩形烟道因其相对简单的加工制作工艺，简单清晰的支撑结构、受力分析设计而在电厂烟道设计中广为使用。

矩形烟道的加固计算有较为成熟的计算方法及相关规范，如：《火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程配套设计计算方法》（以下称《计算方法》）既为国内最常用烟风煤粉官道的计算规范。

对于目前国内越来越多的超大机组，超百万机组，局部烟道截面甚至可达到500㎡以上，并且由于辅助系统（脱硫、脱硝、除尘等系统）数量的增加，导致烟气系统的风机增容，烟道设计压力大大增加，对烟道设计难度提出了更高要求，已经超出了烟道规范的计算范围，对于这一类烟道，笔者建议应采用钢结构计算分析类软件（如：STAAD Pro等）辅助设计，或者使有限元分析计算软件（如：ANSYS 等）等进行烟道流场及结构模拟设计，从而提高烟道结构设计的合理性，可靠性，减少烟道安装、运行的安全隐患。

2.2烟道布置及支吊形式确定烟道布置及支吊设计是烟道设计的重中之重，其合理性直接关系到电厂初期建设成本和后期运行、维修管理，正确的支吊设置更关系到整个烟气系统的运行安全性。

笔者多年工作总结以下几点：（1）烟道布置尽量短而紧凑。

众所周知，烟道越短越经济，在满足功能需求的基础上，尽可能通过调整设备放置方式（如：引风机等）及立体空间使用等方法来缩短烟道尺寸，不仅节省烟道制作材料，更能节省电厂的占地成本。

（2）尽量避免烟道局部阻力过大。

除各功能设备阻力外，烟气系统阻力的大小，也直接影响系统使用风机的功率大小，烟气系统阻力大，风机功率增大，不仅仅增加了风机成本，运行电耗，同时使得烟道设计压力增加，烟道设计规格增加，成本上升。

因此，烟气系统的设计通常应严格控制烟道阻力大小，对于局部阻力过大的地方，应采用导流板、布风板等方式减小阻力。

（3）本文所述烟道均为热烟气道体，在机组运行时，道体受热膨胀，从而产生热应力。

为了减少因道体膨胀而引起的热应力影响，减少荷载通过烟道刚体进行支架结构间的力传递，需在烟道适当位置或者烟道与设备连接处加装补偿器，以吸收道体的膨胀位移，增加系统稳定性。

（4）支吊架设置需配合烟道补偿器设计同时考虑。

烟道运行时会受热膨胀，因此对于无补偿装置的任意两点间不可以同时存在两个固定点，防止因温度应力而引起系统失稳，导致安全事故；而对于两个补偿器之间的一段烟道，有且只能有一个固定点。

在固定点延长线上可配合设置导向点，以适当分担固定点所受水平荷载。

（1）烟道与设备连接时，应使用补偿器装置，避免因烟道膨胀而对设备接口产生外力影响。

烟道与挡板门等需检修设备时，应采用法兰连接。

（2）设置人孔门和清灰门时，注意配合外部平台布置，以及人进入烟道后的安全着陆，避免踏空摔伤。

2.3烟道设计计算烟道的设计计算主要包括三个部分：烟道阻力计算，支吊架荷载计算，烟道加固肋计算。

(1)烟道阻力计算主要用于系统风机配套选型.计算可参照烟规相应章节确定每个烟道零件的阻力系数,再根据不同区段的烟气参数分段计算后得出系统总阻力.计算时需注意,对于局部阻力过大的部件,应加装导流板,按照装设导流板后的阻力计入系统总阻力.(2)支吊架荷载计算主要用于土建或者钢结构设计依据输入.支吊架荷载按照力的方向分为竖向荷载和水平荷载,按照荷载种类可分为:自重荷载（含保温）、内压荷载、积灰荷载、风荷载、雪荷载、地震荷载，补偿器推力、附加荷载等。

烟道设计时，须根据支吊架形式，对每个点进行受力分析，并计算荷载值，然后给土建结构专业提资分项荷载资料，而最终工况荷载组合方式（主要涉及地震荷载、风荷载组合方式）则由结构专业按照《锅炉钢结构设计规范》等进一步详细设计。

值得注意的是，受力分析时，注意代入荷载方向，以及不同工况时的荷载情况；计算时，应选取恶劣工况下的荷载状态作为提资荷载。

补偿截面设置引起的面板差压荷载计算时，可将补偿器截面作为自由截面（补偿不承受来自烟道的任何外力）进行分析。

(3)烟道加固肋计算是烟道设计的一个重要环节。

在《计算方法》中有详细计算过程，此处不再赘述，仅仅对其中应注意的几个问题做简单阐述。

注意一：因计算中涉及到荷载的方向代入，而烟道计算的荷载方向定义为：由道体向外为正（外鼓），向内为负（内吸）；注意二：板肋自重荷载项q1，通常为经验值，根据不同位置的烟道，取值也大相径庭。

但最终烟道设计结束后，应对此项设计值进行校验，如相差太大，则应重新复算加固肋。

注意三：风荷载值计算时，注意截面系数的正负方向定义，与烟道计算中的荷载方向定义有所不同。

注意四：对于积灰荷载，在与水平夹角大于45度的烟道面板上，可不计入总荷载（即不考虑积灰）。

对小于45度的面板，可按照水平投影面积计入积灰面积。

注意五：加固肋计算中的a（=邻边/计算边）取值问题。

在烟道截面随机组容量增大的情况下，a的取值将非常明显的影响加固肋最终计算结果。

而a的取值涉及到相邻边和计算边的定义。

很多设计者在取值时，将邻边定义为烟道截面的宽、高尺寸，但实际上，因烟道内撑杆的设置，对加固肋起到支撑作用，类似于设置一个中间简支点，此时a的真实取值应当为所被支撑分割后的最大边长段。

注意六：对于脱硫后的湿烟气烟道，需考虑烟道防腐要求，因此在计算时，尽量避免内撑竿设置，如实在不能避免，应将内撑竿节点按钢接设计并打磨光滑，不可铰接节点，避免湿烟气与杆件接触造成腐蚀，也避免防腐涂层不易涂刷。

3 烟道保温、防腐和油漆为了减少烟道外表面的散热损失，也为了确保工作人员防烫伤等安全问题，所有烟道需进行保温，确保外表面温度不得大于50度。

保温具体设计须按照《火力发电厂保温油漆设计规程》（DL/T 2072-2007）进行，本文不作详述。

对于具有腐蚀性烟气的烟道，须进行烟道内防腐处理，如湿法脱硫的净烟道，烟气含水量大，温度在70度~100度区间，易在烟道板面形成腐蚀点，造成安全隐患。

因此需在烟道内进行防腐处理，对于需防腐的烟道，尽量避免内部撑竿设置，若不能避免，则应使内撑杆件与烟道板之间的焊接密封，焊接面须打磨光滑，便于烟道的防腐施工。

具体防腐施工应参照《火力发电厂保温油漆设计规程》（DL/T 2072-2007）执行。

4 结束语:烟气系统的设计具有一定复杂性，不同的系统工艺流程，对烟道设计的具体要求不同，在烟道的布置上更是灵活多变。

随着国家对电力环保要求的不断提升，小型发电机组均面临改造甚至被取代，烟气净化处理工艺日趋复杂化，烟道设计更是面临诸如截面越来越大、而建设或者改造场地狭小等困难的挑战，因此对于烟道设计者来说，掌握烟道设计的关键点技术，保证安全施工的前提下灵活处理烟道的设计和制作过程，努力创新和发展是我们的必修课程。

参考文献[1]郭娟丽. ANSYS在电厂烟风道设计中的应用[J]. 电力勘测设计, 2015(8):38-41.[2]王有锋. 姜武. 张辉. 等. 电厂烟风道异型件阻力系数的数值计算方法[J]. 电力科学与工程, 2006(3):47-49.。