火力发电厂土建结构设计技术规定 钢结构设计规范 网易土木
陈宏力
[摘 要]火电厂结构设计对于完成发电和供热的生产任务具有重要的影响。火电厂的结构设计首先就要与生产的实际情况相符合，在设备安置、管道设计、工具布置等方面，与生产过程相适应。火电厂的结构设计主要是为电力生产服务的，既要保证安全稳固性能，又要实现生产活动的高效率。特别是近几年火电生产新技术的发展，对灰库结构设计提出了更高的要求。
[关键词]火力发电厂；灰库结构；设计
中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）24-0109-01
1 火力发电厂灰库结构设计中的问题及建议
1.1 钢灰库的焊接
在进行钢灰库的库壁设计时，如果施工单位提出较大的焊接工作量，甚至会发生无法按时交工的情况时，可将库底设计为钢一混凝土组合楼板，再将库壁按1.75m—2m分段，采用橡胶垫加A级螺栓栓接的方案，在保证工程质量的前提下，减少焊接量。
1.2 灰库库容的顶部应设箍梁
灰库的库底通常都会设环梁，可将此视为库壁的一个固结支点。另外，库壁环向受拉，法向受压，当灰库的一侧积灰高出另一侧很多时（尽管概率很小，但在设计时也应考虑到），库壁会失稳，所以应在库顶加设箍梁，以此约束库顶的变形而且对于混凝土灰库而言，库顶混凝土板的刚度较小，难以约束库顶的变形，再加上库顶通常是施工缝的位置，更应提高其质量。对于钢结构灰库而言，库顶的井字梁多设在环梁上，环梁又支承在护壁柱上，根本无法约束库壁，更应加设箍梁。
2 灰渣温度对灰库结构设计的影响
从除尘器中输出的灰渣温度为120℃左右，再经过一定距离的管道运输，在入库时，温度大概为70℃，在其降温过程中的物理变化对结构及结构材料的设计有一定的影响。
2.1 灰渣温度对库壁及漏斗环梁结构的影响
要求库壁尽量光滑，另外从目前的使用情况来看，堵灰和积灰大部分发生在库壁变截面及漏斗环梁处，所以在设计时，应对此加以注意一方面应当使库壁变截面处光滑过渡，最好是结构本身自然过渡，斜度最小应当为1：2，或者用铁屑混凝土楔形粉刷过渡；另一方而漏斗处的环梁最好与库壁内壁持平，或者漏斗壁上移，加大容量，以消除此处的台阶。
2.2 灰渣温度对结构材料的影响
由于灰渣在入库时温度有70℃左右，在其降温过程中，会有水分析出，产生灰块，并粘附在灰库内壁上，对结构产生腐蚀作用；另外由于重力的作用，上面的灰不断往下，使得灰块也随之往下移动，造成灰块与内壁的不断摩擦。这种持续不断的腐蚀和摩擦对库壁材料的抗腐蚀性和抗摩擦性提出了一定的要求，混凝土材料的抗腐蚀性较钢板好，钢板的抗摩擦性比混凝土好，可通过增加内壁厚度的方式解决，假如灰库的设计年限为20年时，可增厚0.5mm，50年时，增厚2mm。
3 火力发电厂灰库结构设计
3.1 灰库的结构形式
灰库的结构形式可根据用户要求，采用混凝土结构或钢结构，根据过往实际经验来看，以圆柱形筒体混凝土灰库最为理想，仓下的支撑结构根据工艺卸料的需要采用筒壁加扶壁柱支撑的形式，对于直径较大的灰库采用筒壁与内柱共同支撑的仓下结构形式。灰库库径在9—18m之间，高度在20—30m之间，分为顶层、积灰层、设备层和零米层4层，结构布置如图1。
3.2 荷载计算
作用在灰库结构上的荷载分为永久荷载、可变荷载及地震荷载。永久荷载包括结构自重、固定在结构上的设备荷载及环境温度作用。可变荷载包括贮料荷载、楼而活荷载、屋而活荷载、雪荷载、风荷载、可移动的设备荷载、设备安装荷载及积灰荷载。对于贮料荷载，根据GB50077-2003《钢筋混凝土筒仓设计规范》规定，根据筒仓的分类不同，用于结构计算的荷载公式有所不同。圆形筒仓按照筒仓贮料计算高度h与其圆形筒仓内径dn之比来划分，即h/dn<1.5时为浅仓，h/dn≥1.5时为深仓。环境温度作用，包括季节温差、仓壁内外温差和日照温差。其中，灰库结构的内外温差作用是主要的，其产生是由于入库灰温和室外温度的差距，入库灰温可由工艺专业提供，根据管道距离灰库的远近而不同。计算贮料水平地震作用时，由于贮料是散体，地震时颗粒之间及颗粒与仓壁的运动和摩擦，消耗掉了一部分能量，使地震作用减少。根据规范规定，计算筒仓水平地震作用及其自震周期时，可取贮料总重的80%作为贮料有效质量代表值，在有限元模型中，我们考虑将该部分地震质量离散到积灰层以上的库壁上，采用附加质量的方式加至壳单元上。
3.3 筒壁环梁的作用
在运转层、贮料层以及屋面层3处有楼面板或屋面板的筒壁处，通常是按照暗梁的配筋方式集中加大配筋而形成3道环梁。灰库贮料层顶部的环梁起约束库壁顶部变形、防止库壁失稳的作用，对于钢灰库更是如此3处楼板将灰库沿纵向划分为3个不同的功能分区，外壁的受力特征也完全不同，由下至上依次为：筒壁支承区，主要承受上部贮料及各层楼板的恒载和活载，并将其传递至基础；仓壁与筒壁过渡区，外壁由仓壁向筒壁过渡，受力状态由环向受拉为主向纵向受压为主转变；仓壁区，主要承受贮料压力以及仓壁内外温差引起的温度应力。可见，虽然筒壁和仓壁连成一体，但却具有截然不同的受力特征，因此环梁实际上起到了“转换层”的作用，将具有不同受力特征的外壁分隔开，以减小相互之间的影响。尤其是贮料层楼板处环梁与厚板或井字梁板相连接，整体刚度大，成为仓壁的固定边界，因而将承受较大的环向拉应力。
3.4 倉壁温度应力的计算
灰渣通过除尘器送出后，经分选以及管道运输最后入库，温度大概为70℃，仓壁与仓外空气进行热交换，最终达到平衡状态。若按弹性计算，仓壁的环向钢筋配筋量将大幅度增加。而实际上仓壁受温度作用而开裂，开裂后仓壁温度应力将大幅度释放，从而减小了钢筋温度应力，因此，实际的仓壁裂缝将比仅按弹性理论计算的裂缝宽度小。在GB50077—2003《钢筋混凝土筒仓设计规范》中，当仓内温度不超过100℃时，将计算得到的最大环向拉力提高6%—8%进行近似考虑，可见考虑温度作用后对配筋量的提高并不大。
结语
火力发电具有明显的优势，在经济发展中，给予了电力生产很高的经济效益。研究火电厂的灰库结构设计就是从理论角度分析了其对于生产活动的作用，火电厂的灰库结构设计，需要以生产实际为基础条件，以新技术与生产的相适应为发展要求，在技术更新过程中，实现基础建设的升级，实现火电生产的经济效益与科技效益双重提高。
参考文献
[1] GB50077-2003《钢筋混凝土筒仓设计规范》.北京：中国建筑工业出版社，2003.
[2] 储仓结构设计手册编写组.贮仓结构设计手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1999.
[3] DL5022-1993《火力发电厂土建结构设计技术规程》.北京：中国计划出版社，2012.
