燃煤电厂复杂玻璃钢烟道设计关键技术

罗树青（华东电力设计院，上海 200063）

燃煤电厂复杂玻璃钢烟道设计关键技术

罗树青
（华东电力设计院，上海 200063）

摘要：国内玻璃钢烟道应用越来越广泛，本文作者利用自己参与的玻璃钢烟道工程及相关的玻璃钢制品的设计经验，对复杂玻璃钢烟道的布置、铺层设计、玻璃钢烟道接口设计进行了探讨和研究，可为以后相关工程设计提供参考选用。

关键词：复杂玻璃钢烟道；铺层设计；接口。

玻璃钢烟道是输送烟气进入烟囱或冷却塔的装置，由玻璃钢制造的烟道分为与烟囱相连的水平短烟道和排烟冷却塔用玻璃钢烟道。目前国内排烟冷却塔用玻璃钢烟道主要为直线布置的烟塔合一工程。本文结合作者参与的国内玻璃钢烟道工程，对复杂玻璃钢烟道设计关键技术进行研究和探讨。

1 复杂玻璃钢烟道的总体布置

在国内烟塔合一的燃煤电厂工程中，脱硫吸收塔靠近冷却塔直线布置， 减少玻璃钢烟道的长度和烟气排放路径，有利于烟气排放。这种布置对运行管理要求比较高，当脱硫吸收塔发生故障停运时，相应机组必须停运，影响生产。为了解决这个问题，在两座脱硫吸收塔之间设置事故吸收塔，当锅炉启动、进入FGD的烟气超温，在运吸收塔发生故障停运时，事故喷淋系统启动，启用事故吸收塔。

山东滨州供热中心三期4×330 MW机组工程采用烟塔合一方案，建造4根φ5600的玻璃钢主烟道和4根φ5600的玻璃钢事故烟道，烟道中心离塔外地面高度约41 m，主烟道以1%的坡度坡向脱硫吸收塔，事故烟道以1%的坡度坡向事故吸收塔，主烟道与事故烟道均设置弯头，主烟道与事故烟道通过三通相连，烟道单跨最长55 m，总长约1030 m。本工程于2014年12月底全部正常发电，目前运行良好。

本工程由于地方空间的限制，使得整个玻璃钢烟道布置较为复杂，主烟道与事故烟道均布置为分段咽道，分段最长110 m，每段烟道两端布置滑动支座，中间布置固定支座，相邻两段烟道通过在滑动支座之间布置膨胀节相连，烟道通过滑动支座和膨胀节释放由温度产生的内力和位移，减少对烟道支架的不利影响。同样，烟道三通布置一个固定支座，与主烟道和事故烟道相连的三个方向布置滑动支座和膨胀节。同时，为了便于脱硫吸收塔和事故吸收塔切换，阻隔烟气串通，不影响彼此正常工作，在玻璃钢主烟道和事故烟道上均布置挡板门。具体布置见图1。

图1 复杂玻璃钢烟道平面布置图

2 复杂玻璃钢烟道的铺层设计

玻璃钢烟道中主要包含两种材料：树脂和玻璃纤维。树脂主要用于化学保护和作为粘结剂；玻璃纤维为增强材料，以提高强度性能。复合材料因为这两种材料的共同作用而具有其特殊的力学性能。

纤维：结构层采用的玻璃纤维为ECR纤维。树脂：采用乙烯基酯树脂。

工艺：烟道采用环向缠绕成型的玻璃纤维增强树脂基复合材料，轴向采用单向布增强。

玻璃钢烟道铺层设计根据烟道设计工作温度、设计工作压力、荷载、烟道布置等具体设计条件进行。燃煤电厂烟道的直径比较大，一般采用接近为90°环向缠绕，轴向采用单向布增强。

单层环向强度σhi=σfsin2αi单层轴向强度αai=αfcos2αi

式中：αf为材料纤维方向强度； αi为缠绕角。

考虑烟道壁厚较薄，按薄壁结构计算，烟道环向和轴向强度为各个单层环向和环向强度的线性迭加，各铺层共同工作折减系数c取0.75。

式中：σh为结构层环向强度； σa为结构层轴向强度 ；ti为各单层厚度。

烟道环向和轴向的弹性模量为：

式中：Ea为结构层轴向弹性模量； ti为各结构单层厚度； ttotal为FRP结构层总厚度，各铺层共同工作的折减系数c取0.75。

缠绕材料及单向布材料的模量、强度根据实验确定。玻璃钢烟道结构分析计算采用大型通用有限元软件ANSYS进行。

本工程玻璃钢烟道根据跨度，结构层设计厚度分别为28 mm和30 mm，烟道通过两布一纱交替缠绕到设计厚度，烟道内表面设置2.5 mm的内衬防腐层； 冷却塔内烟道设置1.5 mm外表层，冷却塔外烟道设置0.5 mm外表层，分界点在塔筒外壁向外1.0 m处。

3 复杂玻璃钢烟道的接口设计

玻璃钢烟道由玻璃钢烟道分段通过适当的形式连接而成，对于小直径的玻璃钢烟道（一般小于4 m）可以选用插接方式连接，对于直径大于4 m的玻璃钢烟道，一般采用对接形式，见图2。

图2 玻璃钢烟道接口

接口的总宽度及厚度与玻璃钢烟道的受力、接口铺层有关，接口的增强材料主要为短切毡和玻璃布，短切毡的长度一般在25～50 mm，手糊工艺制造，双面补强，接口的施工质量严重影响到玻璃钢烟道使用性和安全性。接口的铺层按照设计要求铺放至设计厚度，其中玻璃布的使用量不宜太大，增强材料主要为短切毡，由短纤维组成的单向板或层合板的性能受树脂、纤维的性能、长度影响，在高温下的性能衰减较快。此外，由于接口补强片与烟道不是同时固化，层间的剥离应力和剪切强度很小，尤其是剥离应力很小，在实际中要防止接口的剥离破坏。

目前国内玻璃钢烟道的接口形式主要一般采用对接方式，内接外接口的厚度相差不大或相等。本工程烟道接口采用对接式，采用的材料是短切毡+玻璃布，手糊完成。内外接口厚度设计为：对于结构层厚30 mm做法为：1层玻璃布+短切毡交替至37.18 mm。接口宽度设计为700 mm；对于结构层厚28 mm做法为：1层玻璃布+短切毡交替至30.18 mm。接口宽度设计为700 mm。

4 结语

（1） 一般而言，脱硫吸收塔和事故吸收塔应靠近冷却塔中间布置，尽量减少玻璃钢烟道的长度，减少投资，同时有利于烟气排放；对于布置比较复杂的工程，玻璃钢烟道宜进行分段，每段烟道通过固定支座、滑动支座和膨胀节结合布置。

（2） 玻璃钢烟道支座间距均匀布置比较合适，铺层设计厚度比较均匀。

（3） 接口设计可以采用不等厚设计，内接口不宜太厚，且与筒体连接坡度不宜太小，不能小于1∶6，最好为1∶10，利于烟气的流通和冷凝液的收集及力的传递。

参考文献：

［1］ Q/DG 1-SOO5-2010，排烟冷却塔设计导则［S］.

［2］ 罗树青，等.燃煤电厂玻璃钢烟道设计与研究［J］.电力勘测设计，2015，（2）.

中图分类号：TM621

文献标志码：B

文章编号：1671-9913（2016）01-0046-03

* 收稿日期：2016-02-19

作者简介：罗树青（1977- ），男，湖南衡阳人，高级工程师，从事电力设计相关工作。

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.