特大型垃圾焚烧发电厂烟囱去工业化设计与施工的关键技术应用与研究

李文杰 刘永路 王乐 王宏博

中国机械工业机械工程有限公司 河南 郑州 450051

1 项目概况

深圳市东部环保电厂项目选址用地位于深圳市龙岗区，厂区总用地面积约26万㎡，建筑面积约186144㎡。该垃圾焚烧发电厂建成后，可用作东部环保电厂的灰渣综合利用及处置场，将是全球单厂规模最大、标准最高的垃圾焚烧发电厂，预计每天可以处理约5000t垃圾，每年将可处理深圳市2000万居民年垃圾总量的1/3。

该电厂有2个烟囱坐落在主厂房东北面，单个筒体标高约为99.99m，直径为11.2m，有檩托板、横向纵向檩条组成骨架及2.5mm金属面板。其中檩条约重106t、檩托板约重99t，各类面板约7720m2。

本项目主要为装配式钢结构围护工程，且作业面集中在高空，工作面多且狭小，材料种类繁多且运输困难，由于该工程建成后是将生产、办公、生活、教育、旅游结合一起形成“五位一体”的模式，所以选材要求较高，使用年限长，整体效果好是首要要求，并且该项目对施工精度要求非常高。

2 研究目的

随着科技的进步，垃圾焚烧发电厂的技术越发成熟，类似项目建造也日益增多，其中烟囱是电厂中非常重要的一环，往往是工厂的一个标志性建筑。烟囱在工厂中的作用决定了烟囱在施工和使用中会出现一些问题，即烟囱周围腐蚀性大，一般容易腐蚀老化；烟囱高度高，施工作业面小施工难度大；幕墙装饰要求精度高，对建模的质量要求高，这些问题都是要在工程开始前期就着手准备解决方案。选用成本较高的氟碳喷涂工艺劲平板使其使用年限延长也是为了降低整体形象腐蚀老化的速度；选用非标非标法安装吊篮节省了施工空间，圆形烟囱的外观装饰施工难度大大降低，增加吊篮的周转率，大大节省了施工成本；运用Rhino软件进行三维建模，实际应用场景中针对构件的标准化拆分技术，提高建模的准确度，降低在安装中出现问题的可能性[1]。

本项目依托深圳市东部电厂项目，对于垃圾焚烧发电厂烟囱去工业化设计与施工的关键技术应用与研究。通过该项目积累经验为以后在去工业化方面的施工项目提供有效的帮助。

3 实施难点

1、南方天气潮湿多雨，对于烟囱装饰的选材要求有着很高的要求，我方选用耐腐蚀的氟碳喷涂劲平板新型工艺材料，延长使用年限。

2、烟囱周围施工面小，全部高空作业，无法采用传统的施工平台作业。我方使用非标法安装吊篮，该方案节省了空间，使圆形烟囱的外观装饰施工难度大大降低，增加吊篮的周转率。

3、本工程墙面部分等同为幕墙结构，杆件数量多，建模难度大，我方根据网架结构设计三维坐标，建立空间三维模型，利用 SFCAD 进行网架结构深化，运用Rhino软件三维技术软件放样结构实体。

4 主要创新点

4.1 选用氟碳烤漆三涂两烤处理的铝合金劲平板

常规的烟囱建造和装饰方式一般几年内就容易老化，影响工厂的整体形象，需要花费大代价翻新处理。本项目对烟囱进行新的去工业化设计，对劲平板材料进行耐腐蚀的氟碳喷涂工艺处理，氟碳喷涂具有优异的抗褪色性、抗起霜性、抗大气污染(酸雨等)的耐腐蚀性，抗紫外线能力强，抗裂性强以及能够承受恶劣天气环境，其特性是一般材料所不能及的。

氟碳喷涂是一种静电喷涂，也是液态喷涂的方式，该工艺流程分为两步：1、前处理流程：铝材的去油去污→水洗→碱洗(脱脂)→水洗→酸洗→水洗→铬化→水洗→纯水洗；2、喷涂流程：喷底漆→面漆→罩光漆→烘烤(180-250℃)→质检，该烟囱大部分使用氟碳喷涂铝合金劲平板，小部分使用镜面不锈钢板，铝合金劲平板表面进行氟碳烤漆三涂两烤处理，平均漆膜厚度为不小于35μm。镀膜层应符合有关AAMA、ASTM的试验要求。两个烟囱各类面板共约7720平方米，烟囱整体表面光亮平整。使用该工艺加工的铝板将烟囱设计和建造装修成垃圾焚烧发电厂对外展示的亮点，既有利于降低多年后腐蚀老化进行返修的费用，也对垃圾焚烧发电厂整体形象和对外宣传教育提升具有重要意义。

图1 烟囱整体效果图

4.2 非标法安装烟囱施工吊篮

该项目烟囱高99.99m，属于超高结构，烟囱顶部有出风口上部空间狭小，受制于空间条件的局限性，吊篮无法按照标准方式安装，故需根据现场实际情况使用非标法安装吊篮。

4.2.1 原理介绍

本项目根据烟囱顶部造型采用抱箍钳式骑墙架安装方式将吊篮固定在烟囱顶部结构简力女儿墙上，悬挂支臂前悬臂为1.0m，后悬臂为1.7m。立柱通过下支柱部件采用两根φ14钢筋（螺栓）植入女儿墙将立柱进行固定；后悬臂钢梁通过钢绞线固定在主体钢筋混凝土墙上，与吊篮平衡。荷载的传递路径是：吊篮的荷载通过钢丝绳传递到横杆与背部钢丝绳，最终传递到钢梁之上。后悬臂钢梁通过4#钢丝绳与主体钢筋混凝土墙体连接，钢梁两个悬臂端经立柱通过2#、3#钢丝绳连接，前悬臂钢梁通过1#钢丝绳与吊篮连接；通过两根 钢筋（螺栓）植入女儿墙将立柱进行固定[2]。

4.2.2 使用说明

1）将插杆插入三角形的前支架内，根据女儿墙等的高度调整插杆的高度，用螺栓固定。将插杆插入后支架套管内，插杆的高度与前支架高度等高，用螺栓固定，前、后支架完成安装，设备连接件中螺栓长度应保证拧紧后螺栓头螺母端面2～3螺纹为宜。

2)将前梁、后梁分别装入前、后支架的插杆内，用中梁连接，前、后座间距离在场地的允许下，尽量调整至最大距离。将上支柱安装在前支架插杆上。

3)装加强钢丝绳，调节螺旋扣的螺杆，使加强钢丝绳绷紧，使前梁略微上翘3-5厘米，产生预应力，提高前梁刚度。再将工作钢丝绳、安全钢丝绳分别固定在前梁的悬挂机构架上，在安全钢丝绳适当处安装上限位块，上限为块与钢丝绳钢丝绳悬挂点之间的距离应不小于0.5m，限位挡块应紧固牢固。

4)检查上述各部件安装是否正确，确认无误后，将悬挂机构安放在工作位置，前梁伸出端悬伸长度为1.5m。两套悬挂机构内侧之间的距离应等于悬吊平台的长度。配重均匀放置在后支架底座上，上紧防盗螺栓,将工作钢丝绳、安全钢丝绳从端部放下，此过程中注意钢丝绳的缠绕现象。

图2 实际安装图

4.2.3 Rhino软件进行三维建模

本项目选用犀牛软件进行三维建模，该软件在产品设计外观造型方面有着特别的优势，犀牛软件制作模型的核心是面，而此特点特别适合烟囱建模，该项目烟囱是直筒型的圆柱体，上下规则，展开为一个面，非常呼应犀牛软件的核心思想。

建模步骤

(1) 分析设计院的蓝图，根据设计方案，整体构思安装样式，根据蓝图建造烟囱主体三维模型，标明烟囱主体预埋件位置，添加与之相连接的檩托板。

图3 檩托板安装

(2) 增加纵向主檩条，纵向主檩条每10度设置，采用侧向安装方式，使用4颗螺栓与檩托板进行固定。

图4 主檩条安装

(3) 由于纵向檩条端部已设置连接板，故倒扣式设置横向檩条，使其与主檩条螺栓连接，并在纵向主檩条上设置背衬条。

图5 主檩条背衬条安装

(4) 根据纵横檩条位置添加劲平板。

图6 面板安装

5 社会和经济效益分析

5.1 社会效益

烟囱在电厂工厂中扮演很重要的角色，但是往往让人对其感官不好，烟囱的去工业化设计使电厂工厂的整体形象优得到了显著的提升，不仅与周围环境融合的很好，可以作为一个地标，对当地有着非凡的意义。

5.2 经济效益

(1) 氟碳喷涂的劲平板较常规材料更耐腐蚀，可以更好抵挡南方潮湿天气和排放化学烟气的侵蚀，延长使用年限，减少以后花费大量人力物力财力去翻修；

(2) 使用非标法进行吊篮安装，大大提高安装效率，提高了对现场场地的利用率，可以将材料摆放更加合理，提高工作效率，并对安全也有保证[3]；

(3) 使用Rhino软件建模更加方便快捷，减少出图时间，可以更快投入施工使用，并且准确率高，降低施工过程中遇到问题的可能性，根据三维建模进行采购材料可以更加准确的清楚所需材料的数量，最大化减少为保证安装精度所要预留的材料，提高材料的利用率。