套筒烟囱与单筒烟囱比较分析
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【摘要】以实际工程为例介绍套筒烟囱与单筒烟囱在电厂中的应用，比较两种方式烟囱的不同点，从而为今后的设计总结了经验
【关键词】套筒烟囱单筒烟囱比较
中图分类号：B025文献标识码： A
1工程介绍
本文介绍两个工程，在设计条件基本相近的情况下对烟囱进行对比。中电投乌苏热电厂一期(2×300MW机组)工程，系火力发电项目，采用单套筒烟囱，为新疆电源支撑点，工程建设地点位于新疆乌苏市开发区。新疆西部合盛热电有限公司2×330MW机组新建工程，系火力发电项目，采用单筒烟囱，为企业自备电厂，工程建设地点位于新疆石河子市。
2 基本条件对比
上述两工程同为300MW机组等级电厂，在锅炉的排烟量及出口烟速上指标接近，由煤质资料上得出乌苏电厂煤质烟气腐蚀性指数为强腐蚀，而合盛电厂煤质为弱腐蚀。根据规范计算得出乌苏电厂的烟气强腐蚀采用套筒式烟囱及配套同步脱硫设施, 基本设计条件: ①烟囱高度210米，内筒出口直径7.5米，外筒出口直径10.3米，内筒为悬吊钢内筒。②抗震基本设防烈度为8度,设计基本地震加速度为0.2g,Ⅱ类场地土,特征周期0.35s。③基本风压值：0.64kN/m2。④夏季极端最高温度为41.3度,冬季极端最低温度为-32.3度;合盛电厂采用单筒烟囱内贴耐酸砖及配套同步脱硫设施, 基本设计条件: ①烟囱高度210米，外筒出口直径7.54米。②抗震基本设防烈度为7度,设计基本地震加速度为0.188g,Ⅲ类场地土。③基本风压值：0.64kN/m2。④夏季极端最高温度为42.2度,冬季极端最低温度为-39.8度。
3 数据输入
乌苏烟囱外筒坡度0-60m i=0.04，60-130m i=0.03,130-205m i=0.00，烟囱分节为38节,0-125m筒壁厚550mm-330mm，125m-205m筒壁厚330mm，内筒支承平台在5,15,27,38节顶部，重量分别为335KN,1272 KN,1323KN, 1395KN。钢内筒0-40m壁厚10mm;40-210m壁厚8mm。外筒壁导热系数λ=1.74+0.0005T。合盛烟囱外筒坡度0-40m i=0.06，40-100m i=0.04,100-195m i=0.02，195-210m i=0.00，烟囱分节为39节,0-150m筒壁厚600mm-300mm，150m-190m筒壁厚250mm，19m-210m筒壁厚200mm，外筒内部贴耐酸砖+呋喃玻璃钢。外筒壁导热系数λ=1.74+0.0005T，呋喃玻璃钢导热系数λ=0.033，耐酸砖导热系数λ=0.35+0.0005T。
4 结果输出及对比
荷载效应基本组合：（1）恒载(1.0)+风荷载(1.4) +附加弯矩；（2）恒载(1.2)+风荷载(1.4) +附加弯矩；（3）恒载(1.35)+风荷载(1.4) +附加弯矩；（4）重力荷载代表值(1.0)+风荷载(0.28)+水平地震力(1.3)-竖向地震力(0.5) +地震附加弯矩；（5）重力荷载代表值(1.2)+风荷载(0.28)+水平地震力(1.3)+竖向地震力(0.5) +地震附加弯矩；（6）重力荷载代表值(1.0)+风荷载(0.28)+水平地震力(0.5)-竖向地震力(1.3) +地震附加弯矩；（7）重力荷载代表值(1.2)+风荷载(0.28)+水平地震力(0.5)+竖向地震力(1.3) +地震附加弯矩。（注：系数0.28为风荷载组合系数0.2与分项系数1.4之积）。荷载效应标准组合：（1）恒+风+风附加弯矩；（2）恒+0.2风+水平地震-0.4竖向地震+地震附加弯矩；（3）恒+0.2风+水平地震+0.4竖向地震+地震附加弯矩；（4）恒+0.2风+0.4水平地震-竖向地震+地震附加弯矩；（5）恒+0.2风+0.4水平地震+竖向地震+地震附加弯矩。
1.计算得出乌苏烟囱第一振型下的周期为2.926s；合盛烟囱第一振型下的周期为3.089s
2.计算得出风荷载计算内力(标准值)：乌苏烟囱VK= 2521.85KN，MK= 292284.7 KN・m，地震荷载计算内力(标准值)：VEK= 2911KN，MEK= 228699.2KN・ m，竖向地震力（标准值)：FEVK= 9572.3KN；合盛烟囱VK= 2414.13KN，MK= 268018.8 KN・m，地震荷载计算内力(标准值)：VEK= 3624.7KN，MEK= 259032.9KN・ m，竖向地震力（标准值)：FEVK= 10028.1KN；
3.±0.00m组合弯矩值：乌苏烟囱Ms1=456545.2KN，Ms2=466562.5KN, Ms3=474223.6KN, Ms4=409864.1KN，Ms5=453120.4KN，Ms6=204234.6KN，Ms7=269337.8KN；合盛烟囱Ms1=565110.6KN，Ms2=608953.9KN, Ms3=584797.7KN, Ms4=491761.8KN，Ms5=516618.8KN，Ms6=255498.7KN，Ms7=281648.4KN
4. ±0.00m附加弯矩值：乌苏烟囱Ma1=47346.7KN，Ma2=57364KN Ma3=65025.1KN，Ma4=30715.4KN，Ma5=73971.7KN，Ma6=8045.3KN，Ma7=73148.5KN；合盛烟囱Ma1=138510.5KN，Ma2=178368.1KN,Ma3=156407.9KN,Ma4=79973.7KN,Ma5=104830.8KN,Ma6=50937KN,Ma7=77086.7KN
5. 外筒的混凝土量：乌苏烟囱3508.6 m3；合盛烟囱3946.2 m3
6. 内外侧竖向、环向钢筋计算结果由底到顶逐步递减，计算结果满足要求。
7. 乌苏烟囱含450吨的钢内筒。
5分析及比较
由数据得出：1.相同高度及出口的烟囱，单筒烟囱比套筒烟囱周期长，这也反映出在200米以上时，由于套筒烟囱外筒直径大于单筒烟囱，相应的惯性矩也增加，刚度上套筒强于单筒。2.单筒烟囱整体渐变尺寸小于套筒烟囱，导致单筒烟囱的风荷载内力小于套筒烟囱。3.两种情况的烟囱地震加速度大致相当，但Ⅲ类场地土的基本组合结果比Ⅱ类场地土计算结果大。4.附加弯矩方面，由于单筒烟囱刚度小于套筒烟囱，筒体在受相同荷载情况下产生的弯曲曲率，单筒大于套筒。5. 造价方面仅筒体，单筒大于套筒烟囱。6.烟囱整体的造价方面，根据以往工程经验，210米套筒烟囱约为3200万，而单筒烟囱约为1700万，在遇到煤质弱腐蚀的情况下，采用单筒烟囱还是有其经济方面的优势。7.施工方面，由于单筒仅施工混凝土筒体，在施工周期、施工工艺方面还是较套筒烟囱简便。本文提到的合盛工程由于地处水库边，且基础土性能指标差，在施工基础环节及地基处理的造价要多于乌苏工程，如果外部条件完全相同的情况下，且煤质优良，单筒烟囱的优势将更加明显。8.现有常规情况下，好煤质情况少，多数电厂脱硫设施不稳定，套筒烟囱的稳定性、抗腐蚀性、以及短期环境变化的适应性方面还是有很多优点，虽然造价高于单筒烟囱，但推广速度很快。
6结束语
通过对单筒烟囱及套筒烟囱的分析比较，得出各自的优缺点,为今后的设计总结经验。
参考文献：
1.《火力发电厂土建结构设计技术规程》（DL 5022-2012）
2.《火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程》DLT 5121-2000
3.《烟囱设计规范》（GB50051-2012）
4.《钢筋混凝土烟囱计算软件》(安徽电力设计院2003年8月编制)
作者简介：陈昊（1982.03―），男，大学本科，工程师，新疆电力设计院从事土建结构设计。
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