伊蒙生

(中国五环工程有限公司，湖北 武汉 430223)

某项目有4台480t/h高温高压循环流化床锅炉，其产生的烟气，经过除尘、脱硫后送至1座180m的烟囱。采用不设置烟气加热系统(GGH)的湿法脱硫(FGD)工艺技术。正常运行时，排入烟囱的烟气温度在50℃左右，湿烟气在烟囱内结露形成冷凝酸液，属于强腐蚀性湿烟气[1]。按照国家关于烟囱设计标准、电力行业烟囱设计标准的规定，确定烟囱采用套筒式烟囱，1个钢筋混凝土外筒，2个钛钢复合板钢内筒(两炉一管)。

1 设计数据

烟囱设计参数见表1。

表1 烟囱设计参数

2 两种钢内筒型式对比分析

现阶段，套筒式烟囱内筒型式主要有两种：一是自支撑结构，国内占比很高，约90%以上，其设计、采购、施工全过程都很成熟；二是悬挂式结构，节点构造复杂，计算繁琐，但是可以很大程度节约成本，近年也有一些工程实例。下面从结构、计算、施工、经济性四个方面对两种内筒型式进行分析比较。

2.1 结构特点

自支撑式钢内筒，筒身底部通过地脚螺栓与混凝土基础连接，所有外部载荷直接作用于筒身。钢内筒与混凝土外筒内壁之间设置大于1m的净间距，并沿烟囱轴线方向设置检维修钢平台，间隔30m左右设有水平止晃结构(与钢平台配合)，限制钢内筒在水平方向的位移。

悬挂式钢内筒有整体悬挂式和上悬挂下自支撑的组合方式，整体悬挂式钢内筒的整个筒身通过钢牛腿设置在混凝土外筒上的悬挂平台，上悬挂下自支撑是中上部筒体挂在悬挂平台，下部筒体支撑在基础上或者某一标高的底层钢平台，两段之间用伸缩节连接，协调两段筒体之间的变形和位移量。钢内筒于混凝土外筒内壁之间同样设置大于1m的净间距，检修平台和止晃结构的设置与自支撑式相同。钢内筒的载荷通过平台传递到混凝土外筒。

2.2 设计计算

自支撑式钢内筒的极限承载能力计算，除应包括自重荷载、烟气温度作用外，还要考虑混凝土外筒在风载和地震作用下产生的变形协调、烟道热胀冷缩产生的推拉力及安装和检修作用力。

内筒应进行强度、整体稳定、局部稳定和烟道入口补强计算。

由于需承受整个筒身质量，自支撑钢内筒是整体受压的状态，有失稳风险。为了保证强度和刚度，内筒壁厚要足够大。

由于筒身不分段，自支撑内筒具备良好的整体性，对于正压运行的烟囱，它具备优越的抗渗透能力。筒身通过地脚螺栓直接与基础连接，所以其自重不会直接作用于混凝土外筒。

悬挂式排烟筒的载荷主要考虑自重、地震通过外筒作用到内筒的力和弯矩、烟气温差等。

内筒主要做整体强度、悬挂点和止晃点处筒体局部强度计算。另外，伸缩节的设计也是悬挂式烟囱设计的关键，除考虑由于烟气温度变化而引起钢内筒竖向变位，还要考虑在外筒的横向位移作用下，按照外筒和钢内筒变形协调一致原则，钢内筒在悬挂承重平台和止晃平台处会产生一相对位移，而对伸缩节产生影响。这样就要求伸缩节处既要满足结构的变形要求，又要保证烟囱的密闭性能。

由于大部分内筒(整体悬挂式的全部内筒，上悬挂下自支撑式的悬挂段内筒)的受力状态是轴向拉伸，能充分发挥钢板抗拉性能好的优点，避免钢板局部压屈失稳，筒壁薄[2]，用钢量小。由于设有伸缩节(材料通常为氟橡胶)，对于正压运行的烟囱，要重点考虑伸缩节处的抗渗透能力，如果考虑不周，则会存在安全运行隐患。设计和施工都要全面且仔细，烟囱运行期间要定期巡检，及时处理渗漏、腐蚀等情况。

内筒质量通过悬挂钢平台直接作用于混凝土外筒。

2.3 施工

由于自支撑式钢内筒结构应用广泛，其施工技术也比较成熟，通常情况采用“气压顶升”法[3]。该方法具有原理清晰、设备简易、操作简单、过程平稳的优点。

对于悬挂式钢内筒，筒节吊装主要采用 “液压提升”，同样是一种成熟、可靠的施工技术。

由于悬挂式筒身长度通常比自支撑式要短，所以施工周期更短。

2.4 经济性

悬挂式钢内筒具有筒壁薄、用钢量小、经济性好的特性，但膨胀节的施工需牢固可靠，要考虑维护和更换的费用。自支撑式排烟筒整体性好，筒壁厚，用钢量大，因钢材成本差价远大于膨胀节维护和更换费用，所以其经济性差。

3 本项目烟囱型式的确定

综上所述，自支撑式钢内筒受力情况清晰，结构简易，但由于整体受压，存在失稳隐患，为此筒壁要厚，用钢量大。悬挂式钢内整体受拉，充分发挥钢材拉伸性能好的优势，不存在失稳、筒壁薄、用钢量小。本项目烟道入口中心线高度41m，经计算比较，悬挂式比自支撑式钢内筒节省用钢量40% 左右，由于内筒为钛钢复合板，材料价高，所以费用节省明显。

悬挂式内筒的设计、计算相比自支撑式要繁琐，但其受力状况好，经济性有明显优势，正逐步赢得广大用户和工程公司的认可，而且近几年的工程应用越来越多，相关技术也逐步走向成熟。所以项目决定采用悬挂式钢内筒结构。

在工程设计时，外部烟气管道与烟囱钢内筒在连接接口处考虑为无位移连接，即各自解决膨胀问题。如烟囱钢内筒采用整体悬挂式结构，经计算，钢内筒最大竖向膨胀量为170mm左右，而在钢内筒入口处的位移无法解决。经充分考虑，最终确定钢内筒选用上悬挂、下自支撑，中间设置伸缩节的型式(见图1，标注单位为m)。51.5～180m内筒通过钢牛腿悬挂于160m钢平台，34～51.1m内筒支撑在34m钢平台。两段内筒之间设置膨胀节(标高51.1m)。钢筋混凝土外筒总高174.5m，内筒伸出外筒5.5m。顶平台设在173m，悬挂平台设在160m，每个内筒均布8个悬挂钢牛腿，分别在125m、90m、70m、50m设置止晃平台，34m处设置底部支撑平台，每个内筒设置8个支撑钢牛腿。

图1 烟囱结构

4 结语

目前，烟囱运行状况良好。通过该工程案例，可以得出的结论如下：与传统自支撑式钢内筒相比，采用悬挂式钢内筒是完全可行的，且在筒身安全性、经济性、施工周期等方面有优势，可取得良好的社会经济效益，具有积极的推广前景。