烟气脱硫项目的建筑与结构设计.pdf

第6 1 卷第3 期 2009 年8 月 有色金属 N o n f e r r o u sM e t a l s V 0 1 ．6 1 ．N o ．3 A u g ． 20 09 烟气脱硫项目的建筑与结构设计 帮歆宏 北京矿冶研究总院10 0 0 4 4 摘要结合工程实例。介绍了烟气脱硫项目的建筑与结构设计特点，将脱硫项目的建筑与结构的设计融于整个工艺流程之 中，也可为其他工业项目的建筑与结构设计提供参考。 关键词环境工程；烟气脱硫；建筑设计；结构设计 中图分类号x 5 1 l x 7 7 3文献标识码A文章编号l o o l 0 2 l l 2 0 0 9 0 3 一0 1 4 3 一0 4 煤炭燃烧是大气污染和产生酸雨的主要原因， 对空气质量和生态环境会造成严重的影响，燃煤电 厂更是二氧化硫等大气污染物的主要来源。为了尽 可能地减少二氧化硫的排放，近年来，我国新建燃煤 电厂同时配套了烟气脱硫设施，现有电厂也正在进 行技术改造，增建烟气脱硫设施。目前，应用最普遍 的二氧化硫控制技术是石灰石／石膏湿法烟气脱硫 工艺，为实现脱硫工艺要求，需配套建设脱硫建 构 筑物。2 0 0 4 年以来，北京矿冶研究总院工程公 司已完成了常州、珠海、荆门、黄岛、黄金埠、西柏坡、 达州、铜陵、天津东北郊、安顺电厂等十余个脱硫项 目的设计工作，单台装机容量3 0 0 ～1 0 0 0 M w ，目前 大部分项目已建成投运。通过大量的工程实践，积 累了一些工程设计经验。 1脱硫建 构 筑物简介 工业项目的设计具有复杂性、多样性、多专业配 合的特点，脱硫项目亦是如此。按照工艺流程的要 求，建筑结构部分包括脱硫岛及公用设施范围内的 全部建 构 筑物，主要有工艺楼、G G H 支架、电控 楼、循环泵房、废水处理车间、增压风机基础及检修 支架、烟道支架、吸收塔、事故浆罐及工艺水箱基础、 脱硫综合管架、石灰石粉仓等，见表1 及图1 。 2 建筑设计 工业建筑是建筑创作的一个重要类型。工业建 筑和公共建筑一样，本质都是空间和形象的塑造。 收稿日期2 0 0 8 0 9 2 7 作者简介常新宏 1 9 6 8 一 ，男，北京市人，高级工程师，主要从事 建筑结构工程设计等方面的工作。 对工业建筑来说，除满足特定的生产工艺对建筑环 境的要求之外，也要满足工作环境舒适度和精神愉 悦的美学要求。脱硫项目的建筑设计是根据脱硫工 艺流程、使用要求、自然条件、建筑材料、建筑技术等 因素，结合工艺设计进行建筑物的平面布置、空间组 合及建筑造型。设计时应注意建筑群体与周围环境 的协调，并配合工艺解决好建筑内部通道、防火、防 爆、防水、防噪声、防腐蚀、保温隔热、采光、通风和生 活卫生设施等方面的问题。 表1 脱硫建 构 筑物建筑结构特征一览表 T a b l elA r c h i t e c t u r a la n ds t r u c t u r a lc h a r a c t e r i s t i c o fb u i l d i n g sf o rF G Dp l a n t s 脱硫项目的建筑设计主要包括工艺楼、电控楼、 废水处理车间、循环泵房的单体建筑设计。工艺楼 的房间布置1 层为石膏堆料间、磨制车间，2 层为真 空皮带间、皮带给料间，3 层为旋流器间、电气电控 间等，根据工艺要求及现场场地情况，层数一般为3 5 层。电控楼的l 层为工艺设备间，2 层为电缆夹 层，3 ～4 层为电气电控房间，内设配电装置室、电子 设备间、工程师室、控制室及会议室、更衣室、男女卫 万方数据 1 4 4 有色金属 第6 1 卷 生间等。废水处理车间为2 层厂房。循环泵房一般梁1 0 t 吊车1 台。 为单层厂房，跨度1 0 ～1 2 m ，层高约1 2 m ，设悬挂单 熙昙 日 图1黄金埠电厂脱硫工程总平面图 F i g ．1 P 1 a nl a y o u tf o rH u a n 萄i n b uF G Dp r o j e c t s 脱硫项目的建筑设计首先应注重全面，建筑设地基处理。设计的脱硫项目遍及国内各地，地 计应提高视角，把建筑设计放在整个工艺流程之中。 进行建筑的平面布置时，深入了解工艺流程、设备形 状及大小、工作状态、安装需要、检修需要等。例如 工艺楼的工艺流程为，石灰石进料一石灰石磨制破 碎一石灰石浆液的配制一输送至吸收塔反应，自吸 收塔反应生成的石膏浆液一旋流器沉淀一石膏的真 空皮带脱水一石膏的储存运输，所有的设备及建筑 物都是为实现这一工艺流程服务。工艺楼、电控楼、 废水处理车间、循环泵房等车间内外设备众多，管 道、电缆纵横，而建筑平面图往往空旷无显示，所以 在建筑平面设计布置房间、门窗时，既要满足建筑规 范要求，同时也要考虑设备因素厂房内部采光通风 是否受到设备的影响；工人在室内能不能进行开关 门窗的操作；室内交通是否受到设备限制等。同时， 进行立面处理时应关注工艺、电气等专业的永久的 管道、设备、电缆桥架等对立面外观的影响。例如铜 陵电厂脱硫项目中，紧邻电控楼两侧布置了l 。和2 8 G G H 支架，建筑物最近距离仅留设了7 0 m m 的抗震 缝，由于电控楼与14 和2 4 G G H 支架内外层高不同， 建筑门窗布置时即采用了内外兼顾的原则。 3结构设计 脱硫项目的结构设计包括基础形式的确定、结 构形式的确定、结构计算、设计制图等几个环节。 质情况千差万别，根据地勘报告和当地情况选择合 适的地基处理方法 或不作地基处理 。常州、珠 海、铜陵、天津东北郊等项目因地处江海岸边，软弱 土层深厚，采用了桩基础，其中珠海项目因地处填海 造田区，设计采用沉管灌注桩，桩径6 0 0 m m ，最长桩 长达4 0 m ，建成投产已3 年余，效果良好。常州、铜 陵、天津东北郊项目采用P H C 高强预应力混凝土管 桩，桩径5 0 0 m m ，桩长2 0 m 左右，也已投产使用。其 他项目地质情况较好，采用天然地基、独立基础方案 即满足要求。 脱硫各建 构 筑物的常用结构形式为钢结构 或钢筋混凝土结构，各建构筑物的结构形式见表1 。 因使用功能的要求，脱硫项目的工艺楼、电控楼、循 环泵房均为钢筋混凝土结构。G G H 支架、烟道支架 及增压风机检修支架既可选用钢结构也可选用钢筋 } 昆凝土结构，两种结构形式各有利弊。 钢结构的优缺点体现在7 个方面。 1 钢构件 可在工厂制作，现场安装具有速度快，工种单一的特 点，施工周期短，约为混凝土结构的l ／3 。在工期紧 张的情况下，则更为重要。 2 抗震整体性好，适用 于抗震等级高的地区，但节点焊接焊接质量要求高， 在抗震级别高的地区不宜采用焊缝连接，对于施工 单位的质量要求较高。 3 受跨度的影响较小，截 面形式多样，工程造价较高，投资大。 4 自重轻， 万方数据 第3 期常新宏烟气脱硫项目的建筑与结构设计 1 4 5 基础及地基处理费用低。 5 易于拆卸、改造及加 固，可再生，重复利用。 6 耐热性好，耐火性差。 7 钢材在潮湿环境中，特别是处于有腐蚀的环境 中，容易锈蚀，必须刷涂料或镀锌处理，而且在使用 期间还应定期检查维护。 钢筋混凝土结构的优缺点可以从5 个方面来分 析。 1 现浇结构模板用量大，混凝土达到拆模强 度时间是不可压缩的，故工期长。 2 受跨度的影 响较大，梁柱截面较大，对于裂缝控制的构件断面 如G G H 大梁 ，梁柱截面则更大，但工程造价较 低，约为钢结构的1 ／3 。 3 耐火性能好。混凝土是 不良的导热体，钢筋又有足够的保护层，发生火灾 时，钢筋不至于很快达到软化程度而造成结构的瞬 间破坏。 4 耐久性好。钢筋混凝土结构中，钢筋 被混凝土紧紧包裹而不致被腐蚀，即使在腐蚀性条 件下，也可采用添加外加剂或表层防护的措施，保证 了结构的耐久性。 5 自重大。基础及地基处理的 费用高。 通过两种结构方案的技术及经济的比较，可以 看出，两种结构方案均可满足工艺布置的要求，在合 ．磺梯阃委 净原 一 诱 烟烟 卜 道 道 一 I 亭 ‘。■一。‘“L 一 8 5 1 58 5 1 5S S x 1 理的工期条件下，推荐选用钢筋混凝土框架方案，这 样不但可以节省投资，还可以减少定期维护费用。 为克服钢筋混凝土框架方案的不足，可以采用增设 立面支撑或选用轻质、高强混凝土来减少断面尺寸 和材料用量。 G G H 支架是脱硫项目所独有的构筑物，为支撑 G a s 气 一G a s 气 一H o t 热 交换器及与之相连的 原烟道净烟道的结构支架。G G H 支架的结构布置 由G G H 设备决定，不同厂家的设备会带来不同的结 构布置和耗材量。现在的市场现实是G G H 生产厂 家仅两类，因厂家的G G H 驱动电机的位置不同而引 起不同的结构布置。一种形式是G G H 支架设有中 心支柱，所谓一柱顶千斤，另一种形式则是通过厂家 自带的鱼腹式大梁传力，G G H 支架不设中心支柱。 结构设计时要分析承力点及传力路线，避免不合理 的布置。虽然主受力点只有8 个，但结合烟道布置 的影响，会使结构型式大不相同，两种G G H 支架的 耗钢量也不相同，总体而言无中心支柱要偏大些，见 图2 。 汪 ．1 ．雌梯问 e 甲赞 杰． 原 皇 烟 烟 嘉 暑 道 道 。【_ ● 善 是 嘲蓟扩 8 1 讲l8 1 0 16 4 6 0 珠海项目G G H 支架结构布置黄金埠项目G G H 支架结构布置 元i 两丽 甭币酾三，蘸 图2G G H 中心柱的平面布置 F i g ．2 P l a nf b rm i d d l ec o l u m no fG G Hf r a m es t r u c t u r e 由于烟道温度的变化及挡板门所受烟气膨胀 力，G G H 支架在启动工况与停运工况时承受很大的 水平力。例如珠海项目烟道横截面尺寸达4 m 高 1 2 m 宽 ，最高处标高达3 7 ．3 m ，且地处沿海地 区，风荷载地面粗糙度A 类，5 0 年一遇基本风压 0 ．8 5 k N ／m 2 ，G G H 支架的最不利组合为水平力与风 载工况的组合。在设计中采取设置立面支撑的方 法，较好地解决了水平力作用下的结构侧移超限及 梁柱断面大的难题，见图3 。 4结构计算 框排架结构的计算，采用P K P M 系列软件，脱硫 项目结构计算的重点有3 个方面。 1 为检修增压 风机叶轮，工艺专业选用1 6 t 的电动葫芦，已远远超 出了标准图集悬挂运输设备轨道 G 3 5 9 的选用 范围，需进行吊车梁及其连接的计算。 2 地下水 位较高时，工艺楼卸料坑、石灰石地坑、吸收塔地坑 等必须进行抗浮验算。 3 磨机和增压风机基础等 大型设备基础的动力计算。振动设备基础应遵守 动力基础设计规范[ G B 5 0 0 4 0 9 6 ] 和火力发电 厂土建结构设计技术规定[ D L 5 0 0 2 9 3 ] 的要求， 在结构布置时与周围结构分开，避免设备震动引起 周围结构的震动。 万方数据 1 4 6 有色金属 第6 1 卷 又 8 5 1 58 5 1 5S 5 f 0 珠海项目鳗旦塞塑垒搠立面布置 尸铲≮智④ 蛮 珠海项目鳗旦塞塑 塾立面布置 图3 珠海项目G G H 立面支撑的典型布置 F i g ．3 B r a c e sf o rZ h u H a iG G Hf r a m es t r u c t u r e 5 常见问题分析和建议 1 荷载问题。工艺等专业提供荷载时往往偏 于安全地乘以放大系数，结构计算时也有分项系数、 组合系数，这就在客观上增大了计算输入荷载，而偏 大的输入荷载j 会导致结构计算不能通过、结构断面 及配筋过大和造成浪费。所以专业间资料配合时， 应明确提供净荷载及动力荷载，供结构专业在不同 的工况下使用。 2 结构平面布置不仅应满足工艺设备的承载 及安装需要，在满足构件的承载能力的前提下，而且 应讲究结构布置的整齐美观，尺度展现结构之美，并 尽可能地统一外形尺寸、减少钢筋型号，以便施工。 3 安装孑L 问题。有些工艺等设备体积较大 如罐体、磨机、变压器等 ，应先将设备就位，再砌 墙围护。建筑结构设计时，应与工艺等专业协商预 留安装孑L 位置，并应在施工图中明确表示。 4 建筑与结构专业的分工。一般来讲，建筑 专业负责建筑平、立、剖、建筑节点详图等，结构专业 参考文献 分工负责基础、模板、梁、板、柱配筋等。对于存在争 议的墙体埋件及0 m 沟道的分工，应按照施工的顺 序，框架结构先施工主体后砌围护墙，在墙体砌筑时 施工单位依照的是建筑图，所以应由建筑图表示墙 体留洞、预埋件位置，由结构图给出具体做法。对于 0 m 的设备基础、沟道等应由结构图表示，原因是结 构专业更清楚地面下的基础、基础梁、柱子等的尺寸 及标高位置，可以更好地避免错漏，设计也更为精 细，同时免去建筑专业大量查阅结构资料的工作，从 而提高工作效率。 5 工业项目的建筑结构设计应尽量采用标准 图集，从而提高施工的工业化水平，加快设计及施工 进度。 6 设计制图的建议。目前，建筑结构设计已 实现了1 0 0 ％计算机辅助设计，设计者制图和修改 时，一定要严格按照比例绘制，这样可及早发现问 题，避免错漏。注意图纸的美观实用，图面的简洁明 确。建议按照施工顺序，精心布置图面，避免施工一 处需要见多张图的现象，方便识图。 [ 1 ] 孙克勤．火电厂烟气脱硫系统设计、建造及运行[ M ] ．北京化学工业出版社，2 0 0 5 1 2 4 8 ． [ 2 ] 于尔根亚当．工业建筑设计手册[ M ] ．苏艳娇．大连大连理工大学出版社，2 0 0 6 1 1 4 8 ． [ 3 ] 曾庭华，杨华，马斌，等．湿法烟气脱硫系统的安全性及优化[ M ] ．北京中国电力出版社，2 0 0 5 l 一1 2 3 A r c h i t e c t u r a la n dS t r u c t u r a lD e s i g no fF I u eG a sD e s u l f I l r i z a t i o nP r o j e c t s C H A N Gx i n h o n g 曰e 彬，增G e n e r 甜兄e s e Ⅱ，c 胁“如u ￡eo ，肘抽i n g M e ￡。Z Z “7 9 ，，，B e 讲n gl0 0 0 4 4 ，‘C i 厅o A b s t r a c t T h ec h a r a c t e r i s t i e so fa r c h i t e c t u r a la n ds t r u c t u r a l d e s i g n i nn u eg a sd e s u l f u r i z a t i o n F G D p r o j e c t s a r e d e s c r i b e da n dt h ed e s i g np r a c t i c ei si n t e g r a t e dw i t ht h et e c h n o l o g i c a lp r o c e s s ．T h er e s u l t scana l s ob er e f b H e df b r o t h e ri n d u s t r i a lp r o j e c t si nt e r m so fa r c h i t e c t u r a la n ds t r u c t u r a ld e s i g n 。 K e y w o r d s e n v i r o n m e n te n g i n e e r i n g ；f l u eg a sd e s u l f h r i z a t i o n ；a r c h i t e c t u r a ld e s i g n ；s t l l J c t u r a ld e s i g n 万方数据