大容量鍋爐煙風道結構設計

1、一鍋爐煙風道設計壓力和設計溫度二波形補償器設計說明三煙風道補償器的選擇四第二類煙風道補償器計算五煙風道墻板及加強筋的結構設計*鍋爐煙風道設計壓力和設計溫度1目的1.1本說明用于確定鍋爐煙風道的設計溫度和設計壓力，適用于所有工業(yè) 鍋爐和電站鍋爐。1.2本說明所述的設計壓力參照而不同于工作壓力和瞬時壓力。2概述2.1鍋爐煙風道、大風箱、剛性梁、爐膛和煙氣凈化設備等的結構設計都 必須確定其基本參數(shù)，如：設計壓力和設計溫度。2.1.1設計壓力的是指煙氣或空氣側的設計壓力。2.1.2設計壓力不表示鍋爐一定會在該壓力下運行，它與瞬時壓力和工作 壓力一起，用作部件的結構設計。2.1.3壓力影響材料的用量，溫

2、度影響材質和許用應力，同時也影響材料 的用量。2.2本說明的目的是提供確定設計壓力和設計溫度的原則，作為一個經(jīng)濟 和安全設計的基礎。設計壓力用于計算應力和撓度。2.3風、地震等組合荷載對各種設計壓力下的許用應力的影響本說明沒有 提及。3設計壓力3.1總則每個部件都有各自獨立的設計正壓PD和設計負壓NPd，設計壓力由三個 壓力條件決定：3.1.1最大工作壓力PO,可能為正，可能為負，見第3.5.1條。3.1.2最小標準壓力PmiN，可能為正，可能為負，見第3.5.2條。3.1.3鍋爐主燃料切斷負壓NPmft，見第3.5.3條。3.2風機需考慮的事項3.2.1本說明中的設計壓力小于等于風機的靜壓。

3、3.2.2任何超出NFPA-85G要求的設計壓力都將被認為是非標設計。3.3結構上需考慮的事項本說明中的設計壓力用作結構設計時沒有考慮地震、風、雪、灰渣和自 重的影響，它們將在其它標準中予以考慮（某些此類荷載已轉化為等價的設 計壓力）。3.4設計壓力的確定3.4.1平衡通風鍋爐表1給出了部件的設計正壓和設計負壓。3.4.2正壓鍋爐煙氣和空氣輸送設備按如下方法設計：設計正壓取下列數(shù)值中的較大者：Pdes=+2 KPa公式 3.4aPDES=PO （第3.1.1條中的工作壓力）另外，爐膛、尾部煙道及鍋爐出口至下一主要阻力部件間的煙道必須考 慮瞬時壓力：Pt=Po+2 KPa公式 3.4b設計負壓：

4、NPd=2 KPa公式 3.4c3.5設計壓力有關規(guī)定3.5.1工作壓力.最大工作壓力是指部件所有范圍內最大過量空氣系數(shù)時的壓力。3.5.2最小壓力不管是平衡通風鍋爐還是正壓鍋爐，最小設計壓力均為2KPa。3.5.3主燃料切斷壓力對于正壓鍋爐，主燃料切斷壓力不用于設計，因為其最低設計壓力已 經(jīng)為負壓一2KPa。對于平衡通風鍋爐，主燃料切斷壓力為負，如圖1A虛線所示。設計壓 力就取主燃料切斷負壓，但實際上主燃料切斷時會有一個瞬時壓力，此壓力 取為1.67倍的主燃料切斷壓力：NPmftt= 1.67 XNPmft-d公式 3.5.3a電站鍋爐和工業(yè)鍋爐爐膛的瞬時最大負壓為（爐膛承壓能力）：NPf-

5、t= 8.7 KPa公式 3.5.3b爐膛的瞬時最大負壓也可按下列方式取值：不小于引風機最大試驗臺壓力或一8.7KPa，如果引風機試驗臺壓力超出8.7KPa，瞬時最大負壓至少應為一8.7KPa。相應的爐膛設計壓力：NPF_D=5.2 KPa公式 3.5.3c注意：當用戶要求的爐膛瞬時壓力和設計壓力超出本說明規(guī)定時，應按 用戶的要求取值：N* t=P公式 3.5.3dPF-T C-TNf-d=Pc-d公式 3.5.3e爐膛設計壓力確定后，風道的設計壓力按公式3.5.3f取值，煙道的設計壓力按公式3.5.3g取值：NPD=NPF-D+0.9APa公式 3.5.3fPa為風道至爐膛的壓降，總為正值，

6、NPf-d總為負值。NPD=NPF-D0.15APg公式 3.5.3gPg為爐膛至煙道的壓降，總為正值，npf-d總為負值。4設計溫度4.1設計溫度由熱力計算給出。4.2設計溫度取最高平均煙（風）溫，它用于選擇材質。表1煙、風道的設計壓力設計壓力瞬時壓力風道爐膛風機至預熱器預熱器至大風箱和磨煤機燃燒器風室大 風箱尾部煙道至預熱器入口預熱至除烈度等級31111或2（設計正壓1.5PO（入口） 或 2 KPaPO（入口） 或 2 KPaPO或 2 KPa8.7 KPa 或風機試驗臺壓力2 K設計負壓-2 KPa 或NPf_d+0.9Po（出口）同爐膛見表2或第3.5.3條-0.15PO（nPf-d

7、-0.1-注：1、根據(jù)NFPA-85G的規(guī)定，爐膛最大瞬時承壓能力為8.7KPa，爐膛設計壓力為5.2KPa。2、進入磨煤機的冷風道的烈度等級為2型。3、當除塵器至引風機的壓降小于0.75KPa時，預熱器出口至除塵器間煙道烈度等級為2，否表2爐膛的設計壓力爐膛設計負壓爐膛瞬時壓力凈化設備附注1-5.2 KPa-8.7 KPa靜電除塵器見圖1B2-5.2 KPa-8.7 KPa靜電除塵器 和噴淋塔見圖1B3-6 KPa-10 KPa布袋式過濾器和噴淋塔見圖1C4-6 KPa-10 KPa低壓差文丘里式除塵器見圖1C5-7.5 KPa-12.5 KPa高壓差文丘里 式除塵器見圖1C注：1、如果鍋爐

8、尾部連接有表中第3列所示的煙氣凈化設備，則爐膛設計壓 力按第1列的設計壓力選取。2、爐膛瞬時壓力為其設計壓力的1.67倍。3、當用戶要求的爐膛瞬時承壓能力大于本說明的規(guī)定時，爐膛的設計壓 力按用戶的要求確定，但煙風道的設計壓力還是按本說明選取，除非用戶有 特別的說明。圖1A平衡通風鍋爐典型煙風道設計壓力圖1B平衡通風鍋爐典型煙、風道設計壓力圖1C平衡通風鍋爐典型煙、風道設計壓力二波形補償器設計說明1總則本說明用于煙風道補償器補償要求的確定。在使用本說明前，必須已知 下列條件：煙風道設計壓力（PE）外部位移量煙風道尺寸及布置圖2補償器波節(jié)要求2.1波形補償器可用于補償線性位移、角位移或兩者的組合

9、位移。2.2為確定波形補償器的波節(jié)數(shù)，首先必須確定補償器的最大位移量及冷 拉尺寸。2.3如圖2所示，兩個任意煙風道截面中間連接有一個補償器，初始狀態(tài) 下兩個煙風道的對應開口截面I II III W和1 2 3 4是平行的，在旋轉角度 、后截面1 2 3 4變?yōu)?，2, 3, 4，此時由Z向旋轉引起的補償器角部位 移量為EZ。補償器在旋轉角度6Y后截面1 2 3 4變?yōu)? 2 3 4，此 時由Y向旋轉引起的補償器角部位移量為Ey。補償器由于旋轉產生的最大位移為EZ +Ey，如果補償器還有線性位移 E，此“浮動節(jié)”的最大位移量即為上述三項位移的總和：M=| EZ | + | EY | + | E

10、|2.4補償器尺寸計算中的主要問題在于旋轉角度6Z和6Y以及線性位移 E的計算，它們取決于煙風道的幾何尺寸、內外部的支撐等。2.5補償器的最大補償能力為補償器從最大壓縮狀態(tài)到最大拉伸狀態(tài)的 位移量，詳見第三章。2.6 “浮動節(jié)”補償器有三種冷拉方式：冷拉角度6 ZZ冷拉角度6y冷拉線性位移E冷拉率RZ、Ry、Re以百分比計，若RZ=50%，則冷拉角度為50%6Z， 為了達到預期的冷拉量，煙風道系統(tǒng)應進行仔細的設計，某些尺寸將會縮短 或加長。為了最大限度的利用補償器，上述三個方向的冷拉率都應為50%。2.7補償器的設計補償量：md=| edz | + | edy | + | ED |補償器的波節(jié)

11、數(shù)計算：N=MD /Aa其中,=單波節(jié)最大補償量=2X單波節(jié)最大基本補償量2.8補償器計算時外部位移量必須在X、Y、Z方向考慮25mm的附加位 移量，即使只有一個方向的位移，任何采用此連接方式的煙風道系統(tǒng)都必須 考慮三個方向上的附加位移量。2.9計算示例假設補償器由冷態(tài)至熱態(tài)的旋轉角度6Z不考慮誤差時為6Z0=5.7，考 慮誤差時為6Zt=8，當補償器向與位移相反方向冷拉50%時最為經(jīng)濟，此 時RZ=50%。角度6Z0用于計算補償器的冷拉量，角度6Zt用于計算補償器 的波節(jié)數(shù)。又假設煙道高度D=4877mm，這樣，補償器的設計補償量為：EDZ=2X(RZXtan6Zt)XD/2=2X(0.5X

12、tan8 ) X4877/2=342.7 mm如果單個波節(jié)能吸收的位移量Aa為28.6或2X28.6=57.2 mm，則為吸 收Z向旋轉，此補償器的最小波節(jié)數(shù)為：Nz=Edz /Aa=342.7/57.2=5.99 (個)取波節(jié)數(shù)為 6 個。Y向旋轉和線性位移均依此類推。3補償器型式3.1波形補償器設計時每單元最多兩個波節(jié)，每個補償器最多采用三個單 元。3.2為適應不同的補償要求，波形補償器有全高補償器和半高補償器兩種 型式。3.3所有的波形補償器兩端均有法蘭。圖2波形補償器旋轉角度6z、6Y及位移EZ、Ey示意圖三煙風道補償器的選擇1總則本說明適用于所有標準補償器。2問題說明煙風道要求采用補

13、償器來吸收熱態(tài)位移。補償器的選擇必須綜合考慮超應力腐蝕和化學腐蝕的影響，高溫時，超 應力腐蝕可能會出現(xiàn)，而低溫狀態(tài)下，又有可能會出現(xiàn)低溫腐蝕。2.1腐蝕區(qū)域說明如下：2.1.1煤粉鍋爐：所有的水平煙道補償器溝槽處飛灰沉積區(qū)域。2.1.2所有鍋爐：沖刷部位。可能發(fā)生低溫腐蝕的低溫煙道，指預熱器或省煤器至煙囪間的煙道。安裝于污染空氣系統(tǒng)和除塵系統(tǒng)的煙道等。3補償器類型選擇3.1波形補償器金屬波紋補償器適用于所有管道系統(tǒng)，但第3.2條所列的部位使用非金 屬補償器更為合適。標準的金屬波紋補償器有如下兩種型式：3.1.1全高波形補償器補償器波節(jié)高度216mm，厚度2.6mm，圓角過渡。3.1.2半高波形

14、補償器補償器波節(jié)高度114mm，厚度1.5mm，圓角過渡。3.1.3全高和半高波形補償器的使用如下：優(yōu)先選用全高波形補償器，因為其厚度大于半高波形補償器，更易于 焊接。在煙道橫斷面積小于4.65m2或一邊長度小于1.5m時優(yōu)先選用半高波形 補償器。半高波形補償器的優(yōu)勢在于其較小的圓角半徑及密封板能減小阻力損 失，當補償器布置于靠近煙道外側時可選用全高波形補償器。當煙道橫斷面積小于1.5m2時，必須考慮過渡圓角引起的阻力損失。當 阻力損失過大時，半高波形補償器應采用斜角過渡，此時補償器的補償能力 將減小50%。3.2非金屬補償器非金屬補償器需要進行詳細的荷載分析，因為它們幾乎無法傳遞剪切力。在下

15、列場合需要使用非金屬補償器。一次風機、二次風機和引風機出口。除塵器及引風機入口煙道。尾部煙道至引風機含煙囪連接通道。非金屬補償器可以使用的區(qū)域：溫度大于204C且無法進行“肘”形接或具有較大側向位移的管道系統(tǒng)；設計溫度大于426C的管道系統(tǒng)。4波節(jié)材料選擇4.1標準“V”型波節(jié)4.1.1溫度低于426C時，除下述情形外，均采用普通碳鋼A-569。使用于煙道時，采用低合金鋼A606 Type 4。使用于腐蝕性空氣道時，采用低合金鋼A606 Type 4。4.1.2溫度介于426C至454C之間時，采用405號不銹鋼。4.2溫度低于426C時，在補償量不夠時也可選用405號不銹鋼。5用于溫度大于3

16、15C時補償量的減弱表3給出了波形補償器的最大補償量。當補償器工作于315C至454C之 間時，其補償量必須按圖3所示的修正系數(shù)“C”予以修正。6用于變負荷機組時補償量的減弱用于變負荷機組時補償量用75%予以修正。7斜角過渡和搭接接頭補償量的減弱7.1標準補償器均采用圓角過渡和碟形焊縫。7.2由于空間限制、裝配或其它原因無法采用圓角過渡和碟形焊縫而采用 下列方式的，補償量用50%予以修正。含有斜角過渡的。含有搭接焊縫的。8波節(jié)數(shù)的修正8.1按第二章的方法確定的波節(jié)數(shù)還應除以第5、6、7條所述的修正系數(shù)。8.2示例：某圓角全高補償器按第二章計算需要波節(jié)數(shù)3,按第5條修正系數(shù)0.76, 按第6條修

17、正系數(shù)0.75，則修正后波節(jié)數(shù)：N=3 /(0.76X0.75)=5.26 取 N=6 (個)注意：補償器除了進行補償量計算外，還應進行膨脹反力計算。9熱處理要求9.1除生產時冷作生產要求熱處理外，補償器均不需要作熱處理。9.2若冷作生產時需要應力釋放，可采用如下方式：對于碳鋼或合金鋼，加熱至621C(10C),保持15分鐘，視變形情 況采取爐冷或空冷。對于不銹鋼，加熱至760C(10C)，保持15分鐘，視變形情況采 取爐冷或空冷。圖3波形補償器溫度修正曲線表3波形補償器補償量序號名 稱補償量波節(jié)高度波節(jié)厚度1全高圓角補償器28.6 mm216 mm2.6 mm2半高圓角補償器土 12.7 m

18、m114 mm1.5 mm3全高方角補償器 19 mm216 mm2.6 mm四第二類煙風道補償器的計算1范圍本說明用于鍋爐尾部煙道出口至預熱器煙道的補償器和恒力吊簧吊架的 計算，計算過程見表1,本計算考慮補償器50%的預置。2問題說明本計算要求煙道進出口補償器是浮動的，即此結構可以在兩個方向上旋 轉和軸向可以移動。它要求進口處的肘形連接可以傳遞鍋爐內壓引起的力 矩。進出口的外部連接在任何方向上都不能發(fā)生旋轉，即冷熱態(tài)時法蘭均保 持平行。3計算過程本計算按圖4進行，說明如下：3.1圖1中各變量前的符號代表其值的符號，也可為零。3.2補償器的補償能力考慮50%的預置，即按兩倍的補償量考慮。3.3

19、彈簧吊架3.3.1彈簧吊架的位移值為正時表示向下移動，為負時表示向上移動。3.3.2彈簧吊架的設計位移應考慮余量，采用可變彈簧吊架時余量為12mm，采用恒力彈簧吊架時余量為25mm或最大位移量的20%，取大值。3.3.3當采用可變彈簧吊架時，必須計算彈簧的彈性系數(shù)，荷載按熱態(tài)荷 載的25%考慮，例如：吊點處反力：4540kg，位移量：40+12 = 52mm，則最大荷載變化量=4540 x25%=1135kg彈性系數(shù)=1135/52=21.8kg/mm選擇可變彈簧吊架：最大承載能力= 1.15x4540=5221kg最大彈性系數(shù)= 21.8kg/mm3.3.4當上述彈性系數(shù)很小，以致造成可變彈

20、簧吊架價格昂貴時，應考慮 采用恒力彈簧吊架，其位移量按3.3.2條考慮。3.4膨脹節(jié)的預置按照下述方法進行膨脹節(jié)的預置：當 AXAZAYq 和 Ys 與 “U”、“G”、“Q”、“S” 分別同符號時， 則尺寸 “U”、“G”、“Q”、“S” 分別縮短 A X、AZ、AYq和 A Ys；當 AXAZAYq和 AYs 與“U”、“G”、“Q”、“S” 分別不同符號時， 則尺寸 “U”、“G”、“Q”、“S” 分別加長 AX、AZ、AYq和 A Ys。4計算程序計算程序見第二類煙風道補償器計算.xls。圖4第類煙補償器計算圖_：12道第二類煙風道補償器計算.xls中華人民共和國WGZ_/_-_型鍋爐

21、1武漢鍋爐股份有限公司第二類煙風道補償器計算序號名 稱符號單位公式及計算一原始數(shù)據(jù)1補償器工作溫度tC性能計算2補償器溫度修正系數(shù)C1見第二章3鍋爐變負荷修正系數(shù)C2見第二章4單波節(jié)膨脹量Aqmm見第二章5修正后單波節(jié)膨脹量Aqmm2x A qxC1xC26工作溫度下煙道膨脹系數(shù)Kmm/mm查表7幾何尺寸Amm8Bmm9Cmm10Fmm11Gmm12Hmm13Qmm14Smm15Umm16Vmm17D1mm18W1mm19D2mm20W2mm21位移量X1mm22Y1mm23Z1mm24X2mm25Y2mm26Z2mm27282930補償器計算31X向進出口位移差XmmX1+X2+KU32X向

22、進出口位移差+余量XmmX2533Y向進口位移量Y1（c）mmY1+KQ34Y向出口位移量Y2(C)mmY2+KS35Z向進出口位移差ZmmZ1+Z2+KG36Z向進出口位移差+余量ZmmZ2537旋轉引起進口中心丫向位移Y1(X+Z)mmC*X/B-F*Z/B38旋轉引起出口中心丫向位移Y2(X+Z)mmV*X7B-H*Z/B39Y向進口中心補償器位移量Y1mmY1(C)+Y1(X+Z)40Y向進口中心補償器位移量+余量Y1mmY12541Y向出口中心補償器位移量Y2mmY2(C)+Y2(X+Z)42Y向出口中心補償器位移量+余量Y2mmY22543旋轉引起進口外端Y向位移量Y1（o）mm(

23、| D1*X/B | + | w1*Z/B | )/244旋轉引起出口外端Y向位移量Y2(O)mm(| D2*X/B | + | w2*Z/B | )/245進口 Y向最大位移量Y1mm1 Y1 | +Y1(O)46出口 Y向最大位移量Y2mm| Y2 | +Y2(O)47彈性吊點處位移量入mmA*Z/B48彈性吊點處位移量+余量NmmN2549X向預置量AXmmX/250Z向預置量AZmmZ/251Y向進口端預置量AY1mmY1(C)/252Y向出口端預置量AY2mmY2(C)/253預置后U值UmmU-AX54預置后G值GmmG-AZ55預置后Q值QmmQ-AY156預置后S值SmmS-A

24、Y257進口補償器波節(jié)數(shù)n1個Y1/Aq58出口補償器波節(jié)數(shù)n2個Y2/Aq21五煙道墻板及加強筋的結構設計1范圍本說明用于鍋爐煙風道墻板及加強筋的結構設計。2煙風道墻板設計煙風道墻板設計包含加強筋間距和加強筋尺寸的確定。煙風道結構設計考慮三種烈度等級，艮即1級（標準設計）、2級（振動）、 3級（脈動）。煙風道烈度等級見第一章表1。3不需設加強筋的煙風道墻板不需設加強筋的最大煙風道寬度見圖5：mmmmmmmm4第1烈度等級煙風道墻板4.1板強度設計圖6圖9給出了煙風道墻板最大加強筋中心距，中心距運用塑性設計理論計算，安全系數(shù)為2,加強筋翼緣寬度按50mm考慮。s:33CWO圖7厚度4mm煙風道

25、加強筋的最大間距圖6厚度3mm煙風道加強筋的最大間距圖8厚度5mm煙風道加強筋的最大間距S (mrn；* .E 常J.5 4 炊5.5 68 g 102315 如 網(wǎng) F （也;圖9厚度6mm煙風道加強筋的最大間距圖中：S 最大中心間距，mmP一煙風道設計壓力，KPaFy鋼板屈服強度，MPa4.2板靜態(tài)撓度設計板的靜態(tài)撓度取決于其強度計算，通常小于上。1204.3板動態(tài)撓度設計煙風道壓力在0.1KPa范圍內波動時，其墻板撓度波動范圍應控制在 1mm。圖2、3、4、5中上部水平線即表示滿足上述撓度理論的最大加強筋間距。4.4加強筋強度設計按照強度理論，加強筋的長度必須滿足下列要求：8ScFb S 2LNS時， L J+公式4.4aPS 360ScFbLVS 時，L 5p公式 4.4b其中：Sc 組合截面抵抗矩，mm3Fb 一加強筋許用彎曲應力，KPaP一煙風道設計壓力，KPaS 一加強筋中心距，mm4.5加強筋撓度設計按照撓度理論（W 土），加強筋的長度滿足下列要求：464384EIcKLN1.5S 時，L 3 公式 4.5a5* 464PSLV1.5S 時，