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电站锅炉构架新型导向装置参数分析
发布时间:2010/5/10  阅读次数:17785  字体大小: 【】 【】【
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第1章绪论
1.1课题背景
1.1.1火力发电重要地位和巨大发展空间
     2005年我国电力消费始终保持强劲增长态势。全国发电量突破21870亿千瓦时,同比增长约14.8%,全社会用电量达到21735亿千瓦时,同比增长约14.9%;未来几年用电量继续保持快速增长,但增速有所下降。2004年全国新增发电装机在5000万千瓦以上,年底发电装机超过4. 4亿千瓦,比上年增长12. 6%,为近十年以来增幅首次达到10%以上,电力供给能力获得大幅度提高,但供需缺口仍然很大。
       如果按照目前的电力供应和需求状况来估计,2020年全国电力装机容量9亿千瓦,用电45000亿千瓦时,复合增长率达到5. 5%。可以说作为基础能源行业,电力在未来长期处十增长期。
       2004年的统计数据,在全部发电机组中,火电机组899台(含11台燃气轮机组),装机容量之和为202332.02MW,占总装机容量的77. 08%;水电机组361台,装机容量之和为53784.96MW,占总装机容量的20. 49%;核电机组8台,装机容量之和为6364MW,占总装机容量的2.42% o       受各方面条件的限制,中国未来很长一段时期仍将以燃煤发电为主。2004年国务院批准了国家发改委依据“十五”电力发展规划提出的13个电站项目,这些项目发电装机规模共1188万千瓦,其中火电站就占9个,占装机容量的80%,火电站的建设是2005年发电站建设的主要部分。预计“十一五”期间,国家批准投建的发电机组仍将是火电机组。
       因此,未来几年内,随着国家“煤电联动”的政策的实施,火力发电的投资成本压力会有较大环节,投资火电的利润空间将有进一步的上升趋势。
       近年来新能源在不断的发展,但是短时间内是不可能代替火力发电的,尤其在发展中的中国。新能源包括水电、核电和风电。我国目前建成和在建的核电为870万千瓦时左右,占总发电能力2%左右,所以我国核电实在太少了。因此,我国《能源中长期发展规划纲要》确定了中国以煤为主题、电力为中心、油气与新能源全面发展战略。火电仍然是不可代替的电力行业的主力军。
1.1.2火电锅炉抗震防灾的重要意义
       近年来,我国火力发电发展迅猛,}fu发电锅炉则为发电厂的关键设备。在地震作用下其安全与否,对保证城镇、企业正常运转起着举足轻重的作用。国内外资料表明:在历次地震中不仅锅炉系统本身有较大的震害,i fu b.还会产生煤气、蒸汽等泄漏、火灾以至造成人员伤亡等次生灾害[y。因此火电锅炉的抗震防灾是生命线工程抗震防灾的一项重要内容。       震害举例:1) 1989年10月17口,美国加州洛马普里埃塔(Lomaprieta)地震,震级7.8级震害涉及8000平方公里范围,强震持续时间不到15秒,但造成70亿美兀以上的损失。其直接生命财产的损失仅占了很少的一部分,大部分都是由十次生灾害造成的,其中包括电力、通讯、交通以及震后不能应急救灾工作等等。莫斯兰汀电厂位十震中以南30公里,震时测出水平加速度峰值为0.39伽。震后锅炉构架支承柱弯曲,结构钢发生大面积屈曲。7台锅炉仅剩二台继续工作,对附近的供电造成了重大影响。2)1976年7月28口唐山大地震,震级7.8级,震中烈度为11度,震源深度为12-16公里。陡河发电厂位十9度强震区,震后调查发现:1号锅炉构架六根柱全部倾斜,横梁接头有裂缝。2号锅炉构架横梁街头全部有裂缝尾部立柱下沉。3号锅炉立柱地脚螺栓断裂。二台锅炉全不能正常工作。唐山电厂地震时位十10度区。该厂有9台发电锅炉,震后3, 4号和6}-9号均被砸埋fll。
       由此可见火力发电设施的抗震能力主要体现在锅炉构架体系的抗震性能。因此火电锅炉构架体系作为生命线系统的重要组成部分,其抗震性能研究应该得到了人们的重视和投入。
1.1.3现行锅炉构架设计依据
       近年来随着改革开放的深入,我国近几年引进了大机组发电设备,发电锅炉的规模也越来越大,但是在此领域尚无完善的抗震设计标准,多数设计者以国外的设计方法为依据。
       国外的主要设计方法是采用大型有限兀空间分析软件对整个锅炉构架体系进行分析,例如位十9度地震区土耳其RIGA电厂主厂房钢结构设计利用STAAD-III空间计算软件对结构体系进行分析,采用高延性体系(highductile ) }I I偏心支撑< Eccentrically Braced Frames一EBF)进行设i}-,对结构整体计算及构件设计提出了相应的建议[f2l
       在国内,《构筑物抗震设计规范》C GB 50191-903)中把悬吊锅炉构架的计算简图为平面多质点体系。这种简化模型把刚性平面运转层附近的质量全部简化到该刚性平面运转层上的做法必将造成计算的不精确,另外把导向装置简化为弹簧也有可商榷之处。
       由中国钢结构协会锅炉钢结构分会拟定的《锅炉钢结构设计规程》,该规程仅适用十支承式和悬吊式锅炉钢结构的弹性设计。采用以概率理论为基础的极限状态设计法,按承载能力极限状态和正常使用极限状态设计。对建在地震地区的锅炉钢结构仅进行抗震验算。
       如前所述,现代地震灾害引起巨大的经济损失的新特点,引起世界各国地震工程界对现有抗震设计思想和方法进行深刻的反思,人们认识到必须从以往只注重结构安全,向全面注重结构的性能、安全及经济的诸多方面发展;另一方面,高新技术的发展和人类生活质量的不断提高,使业主和使用者对建筑结构有了越来越多的性能要求,[匕如安全性、舒适性、经济性和易维护性等;建筑结构技术的飞速进步以及新的建筑材料、结构体系和设计方法的进一步发展,使得许多不同的建筑目标性能能够得以实现,因此有必要从性能的观点对现有抗震设计思想和方法进行反思,Ifu基十性能的抗震设计就是在这种背景下提出的。基十性能的抗震设计提出,使得对抗震设计有了新的认识,对待特殊的生命线工程的抗震设计发起了新的挑战[m
       上述二点表明,火电锅炉制造行业的规模势必随着国民经济的发展Ifu发展。随着火电行业的发展,火电锅炉构架体系的抗震能力对生命线地震工程的影响越来越巨大,提高火电锅炉构架体系抗震性能对促进国民经济的发展、保障人民生命财产安全的意义越来越重大,所以有必要对火电锅炉构架体系的抗震性能和抗震措施进行深入研究。
1.2火电锅炉构架振动控制及相关领域研究状况
1.2.1火电锅炉构造
       火力热电站一般由二部分构成,按着能量的时空转换顺序依次为:热能实现部分(锅炉岛),机械能实现部分(汽轮机组)和电能实现部分(发电机组)。本文将要研究的火中站锅炉钢构架是锅炉岛的重要组成部分,它是锅炉岛功能实现部分的载体,即承重结构。它完全可以被形象地比喻为能够完成各种任务的人体中的骨骼。类似十人体各个器官的锅炉岛中的各种功能部件都安装固定在锅炉钢构架上。尽管大功率的电站锅炉在形体大小方面有所区别,但是,在整体布局上一般都大同小异。也就是说,大容量机组的结构模式基本上被它的功能要求固定下来,即目前广泛采用的悬吊式锅炉(如图1一1,   1-2)。其中炉膛水冷壁及后部省煤器、空气预热器均是悬吊在支承构架上的。大容量机组多采用悬吊式锅炉,这种锅炉是将几千吨重的炉体用几百根钢吊杆悬吊在锅炉构架上,形成了一个高耸的悬吊体系。锅炉与锅炉构架之间除了顶部的吊杆联系外,运转层也是一个重要联系。炉体通过导向装置与锅炉构架发生制约关系的,导向装置使构架与炉体发生横向水平联系。
       本文研究对象是辽电300MW锅炉,下面对其进行简要介绍,由十侧重十抗震方面的研究,所以地质及其它条件并未采用实际工程所具有的条件。
       图1-1和图1-2是辽电300MW锅炉构架体系的立体图(模型和实物)。该构架结构总高度为72.9m,它由柱子和竖向支撑把9个如l冬}1-3所示的刚性平面运转层和1个刚性顶板梁支吊层沿高程以8.1m间距依次连接起来,形成一个空间受力体系。各刚性平面运转层因功能要求有所差异。但是,基本的结构形式大体相同。锅炉构架所受到的恒荷载,除了结构本身的自重外,主要来自两大部件:用十容纳火焰和烟气的锅炉炉体和用十容纳高温高压水体及蒸汽的大型压力容器一一锅炉汽包。由十自身的刚度限制,用管屏围合起来的锅炉炉体通过吊杆被吊挂在锅炉构架顶部的支吊梁上,形成一个悬空部件,吊挂在图1-3所示的由10个刚性平面运转层层叠所形成的空间里。

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