劉沖

摘 要：本課題研究通過調(diào)查一系列我司及其他專業(yè)廠家的渣庫設(shè)計(jì)、施工、使用運(yùn)行情況，重點(diǎn)分析了火力發(fā)電廠渣庫的工藝特點(diǎn)及結(jié)構(gòu)形式對渣庫工程量的影響，結(jié)合火力發(fā)電廠EPC項(xiàng)目的實(shí)施特點(diǎn)和要求，綜合分析得出了適合火力發(fā)電廠EPC項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)形式——鋼渣庫，進(jìn)一步總結(jié)出了鋼渣庫的工程量優(yōu)化設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：渣庫工程量;火力發(fā)電廠EPC;鋼渣庫

1.前言

渣庫是火力發(fā)電廠除渣系統(tǒng)中重要的組成部分，雖然渣庫在發(fā)電廠工藝上屬于除渣系統(tǒng)的設(shè)備，但由于其明顯的筒倉結(jié)構(gòu)性質(zhì)，通常在火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)中歸屬于結(jié)構(gòu)專業(yè)構(gòu)筑物設(shè)計(jì);其工程量在除渣系統(tǒng)中占有較為可觀的比重，尤其在對于EPC項(xiàng)目，研究渣庫工程量的影響因素及合理便捷的工程量統(tǒng)計(jì)方法具有不可忽視的重要意義。

本課題主要研究火力發(fā)電廠渣庫的工藝特點(diǎn)及結(jié)構(gòu)形式對其工程量的影響，立足于火力發(fā)電廠EPC項(xiàng)目的實(shí)施特點(diǎn)和要求，通過對一系列電廠項(xiàng)目的渣庫設(shè)計(jì)、施工、使用運(yùn)行情況，綜合分析總結(jié)出一套適合EPC項(xiàng)目的合理便捷的工程量優(yōu)化方法。

2.火力發(fā)電廠渣庫工藝特點(diǎn)及結(jié)構(gòu)形式分析

2.1 渣庫工藝特點(diǎn)分析

渣庫是火力發(fā)電廠除渣系統(tǒng)中重要的組成部分，是用于中轉(zhuǎn)和儲存煤渣的設(shè)備，它接收來自輸送設(shè)備（如鏈斗輸送機(jī)、斗式提升機(jī)）輸送來的鍋爐底渣，短暫存儲后由專用的卸料設(shè)備采用干式或加濕的方式外運(yùn)。

其中最主要載荷部分為儲存煤渣的渣倉，其余設(shè)備對渣庫結(jié)構(gòu)的影響相較而言渣倉的容積一般按所配鍋爐48小時(shí)的底渣量來確定，根據(jù)儲存量、儲存及外運(yùn)時(shí)間、輸渣設(shè)備的布置、周圍場地條件選擇合適的直徑。一般渣倉的最大容積按照充滿系數(shù)0.7～0.8計(jì)算，故在鍋爐規(guī)模確定的情況下，影響渣倉容量或直徑主要可變因素為儲存及外運(yùn)時(shí)間。通過對一系列電廠項(xiàng)目的渣庫使用及運(yùn)行情況的調(diào)查，因?yàn)殄仩t系統(tǒng)運(yùn)行安全的考慮，通常渣庫外運(yùn)時(shí)間為2-4日，基本滿足鍋爐48小時(shí)底渣量，故渣倉過大的冗余容量是沒有必要的。

根據(jù)除渣工藝專業(yè)的分析比較計(jì)算，結(jié)合電廠的規(guī)模大小，得出三種較為經(jīng)濟(jì)且常用的渣倉容量及直徑：容量300m3（直徑7m）、容量500m3（直徑8.5m）、容量700m3（直徑9.9m）。

2.2 渣庫結(jié)構(gòu)形式分析

根據(jù)渣庫的工藝特點(diǎn)和組成，渣庫的結(jié)構(gòu)形式主要由上部筒倉結(jié)構(gòu)（渣倉及渣斗）和下部支承結(jié)構(gòu)組成。對于上部筒倉結(jié)構(gòu)，分為矩形筒倉與圓形筒倉，通常選用更為經(jīng)濟(jì)的圓形筒倉，不再贅述。對于下部支承結(jié)構(gòu)，一般有框架支承、筒壁落地支承、倉底直接落地支承及筒壁和柱子聯(lián)合支承等。通過對一系列電廠項(xiàng)目的渣庫設(shè)計(jì)的總結(jié)，通常采用結(jié)構(gòu)形式更為靈活的框架支承形式。

根據(jù)材料分類，主要有鋼筋混凝土筒倉+鋼筋混凝土支承結(jié)構(gòu)、鋼筒倉+鋼筋混凝土支承結(jié)構(gòu)、鋼筒倉+鋼支承結(jié)構(gòu)。通過對同規(guī)模大小的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)渣庫與鋼結(jié)構(gòu)渣庫的工程量初步比較，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)渣庫在造價(jià)上更具有優(yōu)勢;考慮到筒倉結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土施工較為復(fù)雜，故在以往的設(shè)計(jì)項(xiàng)目中經(jīng)常采用鋼筒倉+鋼筋混凝土框架支承結(jié)構(gòu)的形式。

而在火力發(fā)電廠EPC項(xiàng)目中，項(xiàng)目工期目標(biāo)是項(xiàng)目成功的首要條件。為了保證鍋爐產(chǎn)汽里程碑節(jié)點(diǎn)，在進(jìn)度計(jì)劃安排時(shí)通常優(yōu)先考慮保證完成首臺鍋爐的建造與試運(yùn)，而渣庫是鍋爐運(yùn)行必要條件，且渣庫通常位于鍋爐區(qū)域內(nèi)，故渣庫一般與首臺鍋爐同時(shí)進(jìn)行施工。故渣庫施工工期與施工的便利性在EPC項(xiàng)目中是主要考慮因素。對于鋼筒倉+鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的渣庫，由于砼結(jié)構(gòu)的支模、混凝土養(yǎng)護(hù)等要求，腳手架需要長時(shí)間設(shè)置;渣庫位置的工作面常常處于首臺鍋爐附近，常常與鍋爐施工產(chǎn)生矛盾;施工精度不高還會導(dǎo)致鋼筒倉與砼結(jié)構(gòu)連接不可靠、螺栓位置不準(zhǔn)無法安裝等一系列質(zhì)量問題;以上問題都可能導(dǎo)致渣庫施工工期加長以及施工措施費(fèi)、返工費(fèi)等隱性工程量的增加，從而使得鋼筒倉+鋼筋混凝土框架形式的渣庫的造價(jià)優(yōu)勢變?yōu)榱觿荨?/p>

相較而言，采用全鋼結(jié)構(gòu)（鋼筒倉+鋼框架）形式的渣庫，就可避免上述一系列問題，可通過工廠預(yù)制使得現(xiàn)場安裝施工工期大大縮短，現(xiàn)場施工工程量降低，做到與鍋爐做到同步施工，且降低筒倉與支承結(jié)構(gòu)連接質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。

3.鋼渣庫工程量優(yōu)化分析

對于圓形全鋼結(jié)構(gòu)渣庫，GB50884-2013《鋼筒倉技術(shù)規(guī)范》給出了較完整的設(shè)計(jì)規(guī)定及設(shè)計(jì)流程，設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括以下部分：倉頂、倉壁、倉底漏斗、倉底環(huán)梁以及支承結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)。

3.1荷載分析

倉頂：主要為斗提機(jī)、除塵器等設(shè)備布置層，主要恒載為倉頂平臺結(jié)構(gòu)自重，活載為設(shè)備荷載、檢修荷載、雪荷載、風(fēng)荷載等。倉頂豎向力可由倉頂環(huán)梁均勻傳給下部結(jié)構(gòu)。

倉壁：主要為渣料儲存，主要恒載為倉頂結(jié)構(gòu)自重、倉壁自重，活載為儲料作用摩擦力、儲料水平壓力、風(fēng)荷載、倉頂豎向活載等。荷載均為作用于倉壁單位周長上的線均布荷載。

倉底漏斗：主要恒載為上部結(jié)構(gòu)自重、漏斗自重，活載為儲料豎向壓力、儲料法向壓力、風(fēng)荷載等。

倉底環(huán)梁：主要恒載為環(huán)梁自重、上部結(jié)構(gòu)自重、漏斗自重，活載為倉壁傳來豎向力、漏斗傳來徑向力等。

支承結(jié)構(gòu)：主要有卸料平臺、底料位計(jì)平臺層，主要恒載為支承結(jié)構(gòu)自重，活載為設(shè)備荷載、檢修荷載、雪荷載、風(fēng)荷載等。

對于鋼渣庫，主導(dǎo)活荷載為渣料自重;倉壁、渣斗、倉底環(huán)梁自重通常占渣庫本體50%左右;下部框架支承結(jié)構(gòu)可通過PKPM等結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件對進(jìn)行計(jì)算，實(shí)際計(jì)算驗(yàn)證表明，下部框架支承結(jié)構(gòu)可優(yōu)化空間較小。所以對上部筒倉結(jié)構(gòu)（倉壁、渣斗、倉底環(huán)梁）的優(yōu)化是鋼渣庫工程量優(yōu)化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

3.2構(gòu)件形式選用分析

（1）通用優(yōu)化規(guī)則：

（a）鋼構(gòu)件重量主要由凈截面面積決定，在鋼構(gòu)件選擇時(shí)，應(yīng)在寬厚比、高厚比滿足要求的情況下，盡量選擇截面“大而薄”的構(gòu)件，從而使得單位重量的構(gòu)件能夠承受更大的荷載。

（b）對于主要大型構(gòu)件，采用高牌號鋼材。采用高牌號鋼材可使得構(gòu)件截面顯著減小，從而使得單位價(jià)格的鋼材能夠承受更大荷載。

（2）支承框架結(jié)構(gòu)鋼柱：采用箱型柱。箱型柱采用鋼板在工廠加工制成，相對于H型鋼柱、圓管柱、格構(gòu)式柱，單位截面有更大的抗彎能力;并且與其他構(gòu)件連接節(jié)點(diǎn)簡單，方便現(xiàn)場安裝，從而減少現(xiàn)場人工，總體降低施工工程量。

（3）渣倉倉壁：由于渣庫為連續(xù)工作設(shè)備，煤渣從倉頂落下對倉壁會產(chǎn)生長期持續(xù)的磨損，故采用無加勁肋焊接倉壁時(shí)，為了防止倉壁不均勻磨損而導(dǎo)致鋼板在偶然荷載下屈曲，常常人為地增加倉壁厚度，過多的冗余導(dǎo)致浪費(fèi);

當(dāng)采用設(shè)置橫向及豎向加勁肋的鋼板焊接倉壁時(shí)，橫向加勁肋與倉壁共同抗拉及抗風(fēng)，豎向加勁肋與倉壁構(gòu)成組合體，共同承擔(dān)拉、壓應(yīng)力及彎矩;同時(shí)橫向及豎向加勁肋將倉壁分隔成較小板元，使得倉壁厚度盡量減小而又不至于屈曲變形;同時(shí)，可將倉壁分段，根據(jù)不同分段的荷載大小及磨損情況確定不同壁厚，如將倉壁上部荷載及磨損較小部分的壁厚減小;通過計(jì)算，可有效減少倉壁厚度的冗余量，使渣庫整體用鋼量顯著下降。

（4）渣斗：渣斗設(shè)置橫向加勁肋。與倉壁加勁肋類似，橫向加勁肋與斗壁共同抵抗由風(fēng)荷載及由于渣料作用于斗壁而產(chǎn)生的環(huán)向拉力。通過計(jì)算，可有效減少倉壁厚度的冗余量，使渣庫整體用鋼量顯著下降。

4.結(jié)語

根據(jù)以上鋼渣庫工程量的優(yōu)化分析，研究明確了采用鋼渣庫的基本結(jié)構(gòu)形式及主要構(gòu)件形式的優(yōu)點(diǎn)，并詳細(xì)分析了影響鋼渣庫工程量的因素，得出優(yōu)化方法，對于EPC項(xiàng)目投標(biāo)階段和實(shí)施階段的工程量估算具有較實(shí)用的意義。