火力发电厂结构检测鉴定与加固方法研究.pdf

第 3 5卷 第 1 2期 2 0 1 3年 l 2月 华 电技 术 Hu a d i a n T e c h n o l o g y Vo 1 ． 3 5 No ． 1 2 De c． 2 01 3 火力发 电厂 结构检测鉴定 与加 固方法研究 石 天 庆 华电郑州机械设计研究院有限公司， 河南 郑州4 5 0 0 1 5 摘要 目前 ， 我国发电行业主要依靠火力发电。由于工艺的多样性， 火电厂的建筑结构相对于民用更为复杂 ， 而在 2 O 世纪六七十年代建立起来的电厂又面临着新一轮改造的可能， 势必会在电厂结构检测鉴定与加固方面迎来新的挑战。 针对电厂结构的特点， 总结相应的检测鉴定与加固方法， 并运用实例说明不同加固方法的适用性。 关键词 火力发电厂； 建筑结构； 检测鉴定 ； 加固方法 中图分类号 T U 3 7 文献标志码 A 文章编号 1 6 7 41 9 5 1 2 0 1 3 1 2 0 0 1 6 0 4 0引言 我 国内陆水资源分布不均， 火力发 电厂是 目前 我国发电行业的主力军。电厂作为国民经济建设的 支撑力量， 其建设需要得到足够的重视。现有电厂 结构的主要形式是钢筋混凝土结构和钢结构 ， 由于 发电工艺复杂 ， 设备种类繁多 ， 在设计初期考虑的结 构承载力与普通工业建筑有较大区别。按照一般工 业建筑 5 0年的年限设计标准 ， 在 2 0世纪六七十年 代建设 的一些电厂结构都面临着改造的可能 ， 并且 由于现今工业技术水平的提升、 设备的替换、 规范的 变更等因素， 这些变化对原有结构的稳定性都会有 所影响。因此 ， 根据电厂结构的特点对检测鉴定与 加固方法 的总结极具现实意义。利用河南某电厂烟 气深度净化改造工程的实例说 明不 同加 固方法的适 用性 。 1 电厂结构检测鉴定和加固的特点 我国经济建设初期， 电厂建设所依照的设计技 术规程较老。经过多年的探索， 我国在电厂的设计 技术水平上有了很大突破， 但最初设计的电厂经过 多年的使用 ， 有相 当一部分构件开始 出现不 同程度 的破损， 另外当今环境标准的要求也迫使原有电厂 进行相应的排污改造。因此， 为满足现有设计规范 要求， 需要对电厂原有结构进行检测鉴定及加固， 但 又不同于普通的建筑结构。主要表现为以下 3个 方面。 1 ． 1 电力行业的特殊性 电厂 的发电关乎 国民的生产和生活 ， 在进行结 构检测鉴定及加固的同时， 应尽量不影响或尽可能 减少停机时间， 保证电力供应的最大化。 收稿 日期 2 0 1 31 0 2 1 1 ． 2 电厂结构的特殊性 首先 ， 电厂一般包括锅炉 、 汽轮机 、 发电机等， 其 结构大多采用框架或排架结构体系 ， 不同装置之 问 的荷载有很大差别。因此， 各部分装置之间的梁柱 截面尺寸不同， 导致结构平面和竖向刚度的不均匀 ； 其次， 部分设备体系 如汽轮机 在运营过程中会产 生较大的振动 ， 而在进行结构计算 时却无法真实地 考虑这些振动的影响； 再次， 电厂结构一般都暴露在 比较恶劣的环境 中， 如酸性气体 、 高温等 ， 都会对电 厂结构的耐久性产生较大影响。 1 ． 3 标准的不 同 我国现有的建筑结构检测鉴定技术规范还没有 针对某类行业做出特殊 的规定 ， 对于电厂 的结构设 计， 一般选用 的是电力系统颁布的行业标准 D L 5 0 2 2 --2 0 1 2 火力发电厂土建结构设计技术规定 和 G B 5 0 2 6 0 --2 0 1 3 电力设施抗震设计规范 等。 所以， 在套用相应规范时， 要在常用的检测鉴定规范 的基础上考虑电厂结构的特殊性。 2结构检测鉴定 的程序 对于一般性工业建筑和 电厂建筑 ， 结构检测鉴 定的基本程序大体相同， 其程序如下。 2 ． 1 根据原有图纸进行工程验算 原有结构的竣工图纸是进行工程验算的第一手 资料 ， 运用 目前较为先进的有 限元软件对原结构进 行建模分析， 可以得到原有结构承载力的最大值 ， 并 根据已更新的规范等条件判定结构的安全等级。 2 。 2 现场检测 包括构件的几何尺寸检查， 确保与竣工图纸相 对应； 梁、 柱、 板的外观检查， 如裂缝宽度、 深度。同 时应调查结构的维修、 改造以及实际使用状况是否 与原设计、 施工条件相吻合。 第 1 2期 石天庆 火力发 电厂结构检测鉴定与加固方法研 究 1 7 2 ． 3 构件强度的检测 钢筋混凝结构一般 占据电厂结构的大部分 ， 而 混凝土的强度会随着时间的变化而变化 ， 经过现场 具体检验混凝土的强度， 可以判断构件的实际使用 性能。通常检验混凝土强度的方法有 回弹法 、 超声 波法、 钻芯法等， 不同方法有其相对的优势。 2 ． 4 地基基础的检测 地基 的承载力检测是结构检测 的重要方面 ， 在 对原有结构进行工程验算后 ， 要根据改造 的方式重 新加载模型， 因而地基基础必须满足承载力的要求， 否则要对基础进行加大或其他处理。 2 ． 5 进行相关评价 根据规范的规定及现场情况的综合评价判定。 在调查 、 验算 和检测完成 后 ， 按照 G B ／ J 1 4 4 1 9 9 0 工业厂房可靠性鉴定标准 的要求对厂房构件进 行可靠性分析与综合评定。 2 ． 6 给出相应建议 在对结构、 构件进行可靠性分析的基础上， 对相 应部位给出建议， 对达不到标准要求的构件进行处 理， 提出维修、 加固或其他建议。 3 ． 1 加固方案的确定 在工程检测与鉴定结果的基础上 ， 对结构存在 的问题提出几种维修加固方案， 在考虑经济、 技术及 其他实践经验的综合因素下， 确定最优解决方法。 3 ． 2 根据实际情况进行加 固设计 设计过程中主要考虑施工难度及材料的运用 ， 并且要考虑到施工过程中对周围结构可能产生 的影 响， 应从类似的加固项 目中获取详细的数据资料和 设计经验。 3 ． 3 由专业施工队伍进行施工 为保证加固设计的方案实现最优化， 施工单位 应有 比较丰富的工程实践经验 ， 在如今加 固技术规 程并不完善的情况下， 最大程度上保证施工质量和 安全的施工条件 。 3 ． 4 竣工验收 加固改造后 的结构要根据既定 的标准进行验 收， 目前虽然没有专门针对电厂结构的验收标准， 但 G B 5 0 5 5 0 --2 0 1 0 建筑结构加 固工程施工质量验收 规范 中所提及的质量验收方法有一定的普遍使 用性。 3 加固工作的基本程序4 常用的加固方法及优缺点 在对结构进行检测鉴定后 ， 根据提出的建议进 行结构的加固工作。而结构的加固与新建不同， 其 设计与施工比新建更为困难， 不仅要考虑到原有结 构的承载能力， 还要考虑到新旧材料的结合、 现场的 施工条件等因素。所以在设计阶段就必须进行现场 考察， 根据现场的作业条件来进行工程设计。一般 来说结构的加固工作包括以下 4 个方面。 近十几年来 ， 随着越来越多建筑结构加 固案例 的出现， 我国在加固技术方面做了大量的实验研究 与工程实践 ， 取得 了丰硕的成果 。针对火力发 电厂 中常出现 的混凝 土结构和钢结构， 分别总结 出以下 几种相应 的加 固方法。 4 ． 1 混凝土结构的常用加固方法 混凝土结构的常用加固方法及优缺点见表 1 。 表1 混凝土结构常用加固方法及优缺点 1 8 华 电技 术 第 3 5卷 4 ． 2 钢结构常用加 固方法总结 钢结构不 同于混凝土结构 ， 在长 时间使用后 出 现的问题也相对较 多， 如构件裂缝 、 铆钉连 接处松 动 、 钢材锈蚀等 ， 并且钢结构在 电厂结构 中运用比较 复杂， 如桁架结构、 网架结构等， 当需要对这些结构 进行加固改造时 ， 所考虑的因素也应更为全面。 4 ． 2 ． 1 整体性加固 在对钢结构进行整体性考虑时， 可以改变支座 的连接方式 ， 增设 撑杆 ， 对原 有杆件采用 改变长细 比、 加设预应力拉杆等方式， 改变原有结构的受力状 态 ， 以提高整体的承载力水平。 4 ． 2 ． 2梁、 柱 的加 固 梁柱的加固一般采用的是增大构件的截面面积 的方法 ， 这种方法涉及面窄 ， 施工方便 ， 对生产影 响 较小， 可靠性也比较稳定。 4 ． 2 ． 3 其他部分加固 1 构件裂缝 。针对构件裂缝的处理首先选用 的是焊接的方法 ， 但对于网状、 分叉裂缝区应采取嵌 板修补或附加盖板等修补方法。 2 连接处加 固。钢结构构件在连接处如发现 有铆钉松动、 钉头开裂等情况 ， 应及时采用高强螺栓 更换替代， 施工时应从损坏最为严重的部分开始， 以 防止结构出现危险。 3 构件锈蚀。对 于出现锈蚀部分 的钢材 ， 应 先进行表面处理， 然后选用防锈蚀涂料进行涂抹。 5 某电厂烟气深度净化改造加固设计 河南某 电厂烟气深度净化装置改造工程位于河 南省中部。其改造要求在原有除尘结构上部新增 1 套湿式除尘系统 ， 并将进 出口新增 的烟道钢支架设 置在烟囱2 侧原有的混凝土支架上。经过对现场情 况的勘察和对原有 图纸的工程验算 ， 判定在原有混 凝土支架上增加钢支架会致使原有框架结构不满足 承载力规范要求 ， 影响结构的正常使用 ， 需要对原有 梁 、 柱和地基基础进行加固设计 。 现场部分取样照片如图 1 所示。根据图 1可以 看到现场原有构筑物较多 ， 施工场地较小 ， 进行施工 图设计时需要考虑施工方的难度。根据原有竣工图 纸采用 P K P M 2 0 1 2年 6月版 进行工程建模验算 ， 根据验算结果进行构件加 固方案选择 ， 根据实际情 况 ， 对原有混凝土支架 的基础采用增大承载力 面积 的方法进行加固， 对梁、 柱采用增大截面或粘贴钢板 的方法进行加固， 并在混凝土烟道顶部预留钢结构 支架柱的连接条件 。梁 、 柱的增大截面施工示 意图 如图 2和图 3所示 ， 粘贴钢板施工如图 4所示 ， 加固 后的截面大小根据受力部位的不同而不同。 图 1 现场部分取样 照片 在施工图设计完成后 ， 由业主安排专业施工队伍 进行施工， 但经过现场施工方的反馈， 有些特殊部位 的基础及柱周围空间狭小， 施工条件相对困难， 如图 5所示 。经过业主要求 ， 针对这些施工条件困难的柱 及基础进行设计修改， 即对原有柱进行偏心加固， 如 图6所示。对于基础部分， 利用周围建筑的原有基础 承台， 与需要加大承载力的基础共同作用形成联合承 台， 使其满足现有规范要求， 其加固如图7 所示。 基 础 围套 图2 增大柱截面示意图 第 1 2期 石天庆 火力发 电厂结构检测鉴定与加 固方法研 究 1 9 图3 增大梁截面示意图 图 4 粘贴钢板示意图 图5 现场部分取样照片 P - ／ ／ △ ／ 原有柱 面 ／ ／ ／ ／ ／ ／ 植 入 原 柱 内 1 2 0 ／ 一 ‘ 一 ● ’ 0 - ● 一 ’ r 植筋 1 2 1 0 0 植入原柱 内 1 2 0 m m ⋯ ／ △ 原有柱 气 ／ q／一 图6 增大柱截面示意图 偏心 经过修改后的设计施工图能与现场条件较好地结 合， 目前此改造工程部分已施工完成， 经过改造后的 结构能很好地满足电厂的净化使用要求， 效果令人 满意。 增压风机 ‘ i 毫 丞鱼 ⋯一 ⋯ ／ }宙 i } 1 图 7与原有 基础 形成 联合基础 示意图 6 结论 针对电厂结构的特殊性 ， 总结了其检测鉴定和 加固的特点。根据规范和工程实例总结 了电厂结构 检测鉴定及加 固过程 的基本程序， 分别列举 了电厂 建筑 中混凝土结构和钢结构的常用加固方法及优缺 点 ， 在实际工程运用中应根据不 同情况选用合适的 加固方法， 并根据河南某电厂烟气深度净化装置改 造工程的实例分析说明了电厂结构加固的特殊性， 加固施工图的设计要根据现场施工场地的情况具体 进行 ， 只有 合理 的设 计才 能保 证施 工 的安 全和 完 备性。 参考文献 [ 1 ] G B 5 0 1 1 2 0 o 1 ， 建筑抗震设计规范[ s ] ． 北京 中国建筑 工业出版社 ， 2 0 0 1 ． [ 2 ] G B 5 0 2 6 0 --2 0 1 3 ， 电力设施抗震设计规范[ S ] ． 北京 中 国计划出版社， 2 0 1 3 ． [ 3 ] G B 5 0 3 6 7 --2 0 0 6 ， 混凝土结构加固设计规范[ s ] ． 北京 中国建筑工业出版社， 2 0 0 1 ． [ 4 ] G B ／ J 1 4 4 1 9 9 0 ， 工业厂房可靠性鉴定标准 [ s ] ． 北京 中国建筑工业出版社， 1 9 9 1 ． [ 5 ] 李红星， 赵春莲， 朱军． 基于设备的火电厂结构设计研究 [ J ]， 武汉大学学报 工学版 ， 下 转 第 3 9页 U网 第 1 2 期 李鹏 2 0 0 M W锅炉结焦性能差异分析 3 9 其余 7 层为二次风喷口， 燃烧器喷口从下往上依次 为 21 微油 一 2 油 一1 212 油一1 21 2 油一1 2 2 。 燃烧器的 3层二次风喷 口 内布置了燃油装置， 在最下层一次风喷 口内布置了 微油点火装置。 a 1 ． 2 锅炉燃烧器布置 b 3 ， 锅炉燃烧器布置 图 3微油点火装置 就数量而言， 1 ， 2锅炉在 3 ， 4层一次风喷 口 中间多增加了 1个二次风喷 口， 在煤粉 中间多增加 了二次风 ， 使得煤粉在中间增加 了燃烧氧量 ， 火焰中 心温度更高， 在低负荷时增加了燃烧的稳定性， 但在 高负荷时却增加了锅炉的结焦性。 2 1 ， 2锅炉燃烧器一次风喷 口布置有可调 节的周界风， 但是， 每角 1 ， 2 ， 3 层和4 ， 5 ， 6 层一次风 喷 口分别用一个手动门来控制周界风的大小 ， 这样 ， 就降低 了在机组负荷变化时调节各个一次风喷 口周 界风大小的灵活性。而 3 ， 4锅炉一次 风喷 口四 周布置有偏置周界风， 左右侧采用偏置周界风 ， 即向 火面一侧周界风层较薄， 背火侧较厚， 形成了风包粉 的结构 ， 这样 ， 能延长煤粉气流 到达水冷壁 的时间， 延长煤粉的冷却时间。周界风出口向外翻边， 周界 风 由单独的风门控制 ， 从 而可控制喷嘴出 口煤粉气 流着火点， 在高负荷时， 可推迟煤粉的着火， 提高了 喷嘴出口气流的刚性， 避免气流的偏转和还原气体 生成而引起的炉膛结焦。在低负荷时， 使着火点提 前 ， 周界风门应关小甚至全关 ， 提高燃烧器在低负荷 时的稳燃能力 。周界风的设置保证 了燃烧器喷 口得 到冷却。 偏置周界风对防止结焦及高温腐蚀有 2个好 处 一是提高燃烧器 出 口射流 的“ 刚性” ， 减少射流 的偏斜倾 向； 二是偏置周界风具有风屏保护条件 ， 能 提高炉膛水冷壁处氧化性气氛， 而氧化性气氛使得 煤灰粒子的软化温度相对升高， 进一步弱化了结焦 倾向， 有利于防止结焦。同时， 氧化性气氛也可防止 高温腐蚀 。 3 1 ， 2锅炉顶部设置顶二次风 O F A 喷 口 反切 1 3 。 ， 3 ， 4锅炉 O F A喷 口反切 1 5 。 ， 由于反切 角度较大， 顶二次风切圆直径大于一次风切圆直径 ， 一 次风煤粉气流集中于炉膛中央， 形成炉膛中央富 燃料区、 炉壁富氧区的“ 风包粉” 燃烧方式， 这将减 少煤粉气流冲刷水冷壁 的机会 ， 有利于防止和减少 燃烧器区的炉壁结渣。 5 结束语 从上面 的分 析 比较可 以看 出 ， 1 ， 2锅 炉和 3， 4锅炉在结构上有较大 的差异 ， 这些差异导致 1 ， 2锅炉和 3 ， 4锅炉结焦性能也存在差异。因 此 ， 已计划在 1 ， 2锅炉大修时对锅炉燃烧器进行 换型改造 ， 将一次风燃烧器更换成水平浓淡燃烧器 并将周界风改为每个周界 风门单独控制 。经过改 造 ， 期待 1 ， 2锅炉结焦量大的问题能得到根本性 的改善。 参考文献 [ 1 ] 解居臣． 2 0 0 2年发 电用煤质量验 收 解析 国际 G B ／ T 1 8 6 6 6 --2 0 0 2专题汇编 [ M] ． 北京 中国电力出版社， 2 0 0 2 ． [ 2 ] 潘效军， 刘铁雷， 王树群． 水平浓淡燃烧器减轻炉内结焦 的机理分析[ J ] ． 沈阳电力高等专科学校学报， 2 0 0 0 3 2022． 本文责编 王书平 作者简介 李鹏 1 9 7 8 一 ， 男， 新疆乌鲁木齐人， 工程师， 从事火力 发电厂锅炉运行工作 E ma i l l p c 7 7 1 6 3 ． t 3 o m 。 ● ● ● ● ● ● ●● ● ● ● ●o● ●o● ● ● ● ● ● ● ● ● ●o● ●o●o● ● ●o● ● ● ●● o●o●o●● ● ●o● ●● ● ● 上接 第 l 9页 2 0 0 8 7 3 1 3 3 1 7 ． [ 6 ] 高培国， 卢亦焱， 吴起祥． 发电厂主厂房火灾后检测鉴定 与加固处理[ J ] ． 工业建筑 ， 2 0 0 6 ， 3 6 3 9 91 0 1 ， 1 1 7 ． [ 7 ] 黄建文， 姚正治， 张焕娥， 等． 某电厂输煤栈桥结构加 固 设计[ J ] ． 建筑结构， 2 0 0 7 7 7 2 7 4 ． 本文责编 弋洋 作者简介 石天庆 1 9 7 1 一 ， 男， 河南安阳人 ， 高级工程师， 从事结 构工程方面的工作 E - m a i l s t q s r y s o h u ． t o m 。 画 回◎画◎画 ◎回 ◎回◎固◎画 画 画 ◎回 ◎回 ◎画 画 ◎画 ◎画 ◎画