CN1087155A - 整圆等扇形分隔式钢烟囱及其气顶倒装施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于一种整圆等扇形分隔式烟囱结构及 其气顶倒装施工方法，其特征在于在混凝土外筒或框 架内的圆形钢内筒接整圆等扇形分隔方式分隔为2 —4支钢内筒，其中的隔板可采用单层或双层分隔方 式。其钢内筒的组装采用气顶倒装方法，吊装中应用 L形密封带和拒漏粒。本发明的烟囱结构及其吊装 方法可节省大量钢材、混凝土工程量和缩短工期，同 时还可减少施工准备的投入及简化施工作业，从而产 生了相当大的经济效益和社会效益。

Description

本发明属于一种“筒中筒”烟囱结构及其施工方法，特别涉及于整圆等扇形分隔式钢烟囱结构及其气顶倒装施工方法。

随着工业的大型化，出现了超高的大型烟囱和排气筒，并在火力发电厂的建设中，常用数座相同参数的锅炉汽轮发电机组建在同一厂区内，对多台锅炉的排烟常采用一种多管式的“筒中筒”烟囱结构，即在一座钢筋混凝土外筒内竖立着2-4支圆形钢内筒，分别为各台锅炉排烟，将同样的2-4支钢内筒包容在一座外筒内时，肯定可以比分别建立2-4座烟囱要经济得多并节约了建筑用地。但是，将几支圆形的钢内管包容于一座外筒内，由于将几个圆截面容于一外筒内，未能充分利用外筒内的有效面积，使外筒尺寸相应加大，造成混凝土工程量及其相应平台、基础等的工作量增加。因此，这样的简单包容并不是十分理想和节约的。

本发明的目的是要克服现有“筒中筒”烟囱结构的不足之处，提出一种整圆等扇开分隔式烟囱结构。

本发明的另一目的是要针对上述整圆等扇开分隔式烟囱结构，提出一种专用于这种结构的施工方法。

本发明的整圆等扇形分隔式烟囱结构的技术方案是这样的，当为“双管式”时，即在外筒内包容2支钢内筒时，将2支钢内筒做成相互对称的近于半圆形截面，在两支半圆形钢内筒之间设有隔板，隔板间距将视钢内筒的直径、维修需要和工艺要求而定，可以为单隔板式，或双隔板式，其间距一般可在1.0-1.5m左右。当为“三管式”时，将3支钢内筒做成相当于120度的扇形截面，即3支120度扇形钢内筒组合成一整圆柱体，其间可用单板或双板分隔成3支独立的烟囱。同样在“四管式”时，是把4支钢内筒做成90度的扇形截面。上述每种类型中的扇形钢内筒的截面积分别相等于原来需要的圆形截面的面积，所以，其抽气效应是相同的，由于组合紧凑，充分发挥外筒内的有效面积，使外筒的直径比包容几个圆形内筒要减少很多。这样，不仅使外筒的混凝土工程量有很大减少，同时使相应的基础、平台等均有大幅度匠缩减。从而，还减少了吊装工作量和缩短工期。

为了显示本发明的整圆等扇形分隔式烟囱结构的优越性，特以600MW机组为例，与多管式圆形钢内筒的工程量比较列于表1：

多管式圆形钢内筒与本发明的结构比较表

多管式圓形钢内筒内本发明的结构比较表 表1

结构类型	筒径	内筒数量
						1	2	3	4
		Ⅰ、圆截面多管式筒中筒烟囱	DiDoi	10.57.00.44	18.515.00.29					19.7316.230.38	21.818.30.41
Ⅱ、整圆等扇形分隔式烟囱（单隔板）	DiDoi						13.49.90.55	15.6212.120.60	17.514.00.64
		Ⅲ、整圆等扇形分隔式烟囱?（双隔板）	DiDoi		14.1910.690.48					16.8113.310.52	19.0115.510.54

表中：Di为外筒顶部内径（m）;

Do为内筒式整圆直径（m）;

i排烟截面积与外筒顶截面积之比。

由于筒体的钢筋混凝土数量与外筒顶部内径存在正比例关系，可根据上表所列内径Di算出本发明的整圆等扇形分隔式烟囱与多筒圆形钢内筒的钢筋混凝土数量，其结果是本发明的等扇形分隔式烟囱的节约量可达12.8-27.6%，同时还促使平台和基础工程量的减少，所以其总体经济效益将更为可观，即每座烟囱可节约造价为200-400万元。

整圆等扇形分隔式烟囱可分为单层分隔（或单隔板）和双层分隔（或双隔板）各有其利弊，如单层分隔结构简单，材料节约量大、施工方便，但它的缺点在于其隔板是相邻烟道所公用，在其中一台锅炉停用时，造成温差，特别对公用隔板的维修造成一定困难。而使用寿命较长（30-50年），并可对水平烟道冲刷的隔板部位适当增加厚度以确保其使用期限。双层隔板的材料节约量虽不如单层分隔，但停运检修时很方便，也具有一定的优越性。

今后将会有在框架结构（混凝土或钢的）内装设有多管钢烟囱的可能，这仍然可以采用本发明的设计方案，同样会产生与前述情况的相同效益。

本发明的整圆等扇形分隔式烟囱把2-4支钢烟囱组合成一体安装，最终的重量比单支钢烟囱成倍增加，如单座600MW机组的单支钢筒重量为640吨，而4×600MW机组的整圆等扇形分隔式烟囱不计保温重量可超过2000吨，并由于有效利用外筒内面积，使外筒直径缩小，即使钢筒周围的作业空间减少。因此，安装重量剧增，而作业空间窄狭，这对施工机具的装设和运行增加了困难和不安全因素。并由于烟囱壁厚S与筒径Di之比偏小，接近于薄壁结构，采用抬吊法或液压顶升法必须在薄筒壁上焊有大型承重传力构件，这样做既困难又不经济。所以，本发明针对整圆等扇形分隔式烟囱结构的施工安装提出一种气顶倒装法，从而解决了上述的施工困难消除了可能的不安全因数。

为了解决本发明的整圆等扇分隔式烟囱囱的安装问题，气顶倒装法，它应用唧筒的逆作用原理，即将压缩空气通入转化成筒体的机械运动。

为了实施本发明的气顶倒装方法，其具体的技术方案是在钢筒的基础位置先铺上钢筒的永久性底板，尽可能用永久性的地脚螺栓固定住，在底板上约600mm高度处设一层厚度超过20mm的操作平台，此操作平台的范围应比钢整圆筒外壁还大1.5m以上，在此平台进行筒壁和内部隔板的组对与焊接。此平台与钢筒底板之间用钢立筋板支撑，该立筋板能把钢筒的全部重量传递给基础，人员可以爬行进入钢筒内，其它如焊接工具、照明器具、密封圈、压缩空气管道等均可由此进入钢筒内。在操作平台板面上10m左右处，设置有钢板焊制而成的密封板块，它由多根支柱支撑在操作平板台上，这些支柱也可以是压缩空气管道，由此将压缩空气通入密封板块的上方，这整套底部操作装置称谓“底部气顶密封座”，相当于打气筒的“活塞”和“活塞杆”。

然后，在底部气顶密封座的周围，用常规的起重机具，将钢内筒的最大层的高15-20m顶段组装对焊，再在其顶端装上一密封顶盖，它一方面与筒壁密封连接，另一方面可带动整个筒身的重量。在压缩空气通过管道或密封板块的支柱进入密封的钢筒内时，此段钢筒随气压的增高而向上滑移，当上段钢筒的下口升高到下续段钢筒的高度时，用控制顶部滑轮组拉力或气体压力的方法，使上段高度保持不变，并在其下口组装焊接下续段钢筒，再用气顶上升一段距离，这样一段接一段，一段顶升一段。在顶升过程中，“气缸”下口不断接长，直达到设计高度。然后，拆除上部的顶盖和底部的气顶密封座。对操作平台，无论是筒壁以外的还是筒体以内的，其最终按设计不需要的部份全都用气割切除并磨光，而在此平台与基础底板之间，在筒体上作为工人和管道及出入口予留的洞口部份均应按适合的弧形壁将其铺齐，使之成为完整的筒体。再切开水平烟道并使之与水平烟道相连通。至此，钢烟囱的气顶便完成了。

在整圆等扇形分隔式钢烟囱的倒闭气顶工作中，由于钢筒横截面已分隔为若干扇形，隔板与筒壁是同步顶升，在板块的周围有各自的密封带，因为这种密封带是由直线、弧形和顶角构成，不是整圆形，所以不能采用弹性的充气密封圈。

板块与筒内壁及隔板之间的直线型密封和弧形密封采用一种特殊设计的“L”型密封带，当开始对筒体内顶升充气时，密封带与壁板接触处可能有少量漏气，但因射流附壁效应的作用，使密封带端部迅速自动封住，随即因升压的作用而使密封带压紧。至于顶角部份的密封是在板块上予先固定着钢板制的近半个立筒，它恰好与向上顶升的筒内壁和隔板围成一个小立筒，当然它与后着之间有二条直立间隙，此间隙的宽度不会大于10mm，在此小立筒内放满“拒漏粒”，这种“拒漏粒”是40mm边长的正方形橡胶块，当壁板和隔板上升时，这些颗粒不会对它们起阻碍作用，而在密封带以上有超过10层“拒漏粒”，因它们的气阻和压差的作用使自身相互压紧，能起到保持密封阻止漏气的功能，达到气顶所需的压力。

整圆等扇形分隔式烟囱，其隔板并不需要与外筒壁同样高度，双层分隔式可以只分隔到3/4高度处;单层分隔式只要分隔到30-40m高度处，只要使多台锅炉进来的烟气不致互相对冲，避免增加排烟阻力即可。在单层分隔式时，筒内隔板也可以在筒壁组装顶升完毕后再装设。

为了进一步说明本发明的整圆等扇形分隔式烟囱的结构和气顶倒装方法，在下面参照附图，结合实施例进行具体描述，其附图有：

图1为单管式烟囱简图，

图2为整圆等扇形分隔烟囱与圆形截面的钢内筒横截面图，其中aⅠ、aⅡ、aⅢ、bⅠ、bⅡ、bⅢ、cⅠ、cⅡ、cⅢ分别表示2-4支钢内筒时的圆形内筒、等扇形单层分隔式和双层分隔式;

图3为本发明的整圆等扇形单层分隔式烟囱的结构图;

图4为本发明的整圆等扇形双层分隔式烟囱的结构图;

图5为气顶管路图;

图6a）、b）分别为整圆等扇形分隔式烟囱气顶倒装时的立视和横剖面图。

在图1-4中：1为混凝土外筒，2为钢内筒，3为钢结构平台，4为水平烟道;5为单层隔板，6为双层隔板;

在图5中：51为气源，52为储气缸，53为调压进气系统，54为安全排气系统，55为控制台;

在图6中：61为顶部封盖。62为分隔板（双层式），63为整圆筒体，64为密封带，65为操作平台，66为进气管。

实施例：

整圆三等分式（双隔板）钢烟囱，用于三座600MW汽轮发电机组三台锅炉的排烟。钢筒内径10.69m，壁厚由上而下逐段增加，从上口以下43.2m开始有双层隔板把整圆截面分成三个120度的扇形截面，隔板的间距为1m，它的厚度也是由上而下逐段增加，具体数据列于表2：〈

在组装钢烟囱以前必须把各层平台和楼梯由上而下组装完成，为了组装这些钢结构件，在混凝土外筒顶部应当先设置一套起重索具，它是装在顶部的施工用门架或“Γ”型枪杆上，根据组装上述结构的需要，它的起重能力为60t以下，这套工具也用来组装筒体辅助工作之用，应在筒体完成后，用它拆除密封顶盖和气顶密封座等。

表2所列的顺序是附合倒装法的次序的，在基础上装好气顶密封座以后，用顶端的索具和其它常规机号把筒体顶部的δ＝7.12段组装起来，然后把S＝10段再接上约10m左右，随后把此上部筒段套在气顶密封外圈，检查和调整好板块上的各密封带，在顶角位置，并加上足够的“防漏粒”，而后在δ＝12的适当位置装好密封盖，以后的阶段便是气顶组装了。

气顶是按照钢板的来料宽度予先排好筒壁板和隔板的，以上表2所列第三段δ＝10为例，此段高为34.2m采用气顶的压力是从0.004MPa到0.014MPa，如果钢板宽为1.8m，每增加一节压力是增高5.26×10exp（-4）MPa，这样压力表的指针变化极微以致无法辨别，所以气顶的控制实际是以目测筒体上升的距离进行控制的，也即是容积控制，但压力还是一个安全监督数字。

当第4段δ＝12段组装时，这一段开始有了把圆截面三等分的双层隔板，这种筒节的施工次序应当是上部筒段上升到超过板宽的高度，然后把隔板板块装入，随即在四周围上筒身壁板并组装整节和与上筒段对接，再把内部隔板与筒身内壁正确焊接。对最上节的隔板，其向上板厚棱角必须打磨成圆角，并加上润滑剂，在有人员的监控下进行气压顶升，保证隔板顶部顺利通过板块间的密封带，不损坏密封带。

以后的筒壁与隔板组装完全和上述相似逐段进行，在气顶以前对筒内壁及隔板壁板必须严格检查，对一切焊接毛刺与疤痕必须打磨光洁，以保证密封带不被划破影响密封效果，因为在整座筒体完成以前更换密封带是很麻烦的事情。

由表2可以看出。在筒体和隔板逐节组装与顶升过程中，气顶所需压力不断增加，最后完成时顶升的重量达到1776.9t，这是其他起重机具难以胜任的，也是我国起重历史上单件重量从未达到的，若要采用其他方法来组装必须专门设计与制造出特重型起重机具，而且筒身上的受力点也必须特殊加固，采用本专利的气顶倒装法所用空气压缩机压力只需1.98Kgf/cm2（0.194MPa），这是常规压缩机能达到的，而且气顶时充气的筒壁受力均匀，既不必对它进行任何加固，而且充气有使其自行成园的趋势，不会产生局部变形的缺点，所以使用本专利不仅从设计上减少工程量而节约投资，同时还从减少施工装备的投入和简化施工作业方面也产生相当大的经济效益。

因此，本发明的整圆等扇形分隔式烟囱，每个扇形截面面积相等于原来需要的圆形截面，其抽气效果上相同的，由于组合紧凑，使外筒直径有很大减少，从而使基础和钢平台等也相应减少，可以大幅度地节省三材用量。同时，所采用的气顶倒装施工方法，更是简化了吊装设备，大大缩短工期。所以，采用本发明的烟囱结构和施工方法，不仅具有很大的经济效益，而且还会有明显的社会效益。

Claims (6)

1、一种筒中筒烟囱结构，其特征在于将混凝土外筒或框架内的圆形钢内筒按整圆等扇形分隔方式分隔为2-4支钢内筒，其中的隔板形式可以为单层分隔式或双层分隔式。

2、如权利要求1所述的结构，其特征在于所述隔板在单层分隔式时可分隔到30-40m高度处，在双层分隔式时可分隔到3/4高度处。

3、如权利要求1或2所述的结构，其特征在于双层分隔式的隔板距离可以在1.0-1.5m之间。

4、一种整圆等扇形分隔式烟囱的气顶倒装方法，其步骤为：

1）在钢筒内筒基础上铺设永久性底板，并用地脚螺栓固定;

2）在底板上的600mm高度处设一层厚度为20mm左右的操作平台，其直径大于钢筒3m以上;

3）在操作平台上10m左右处设置密封板或气顶密封座块，它用若干根支柱支撑在操作平台上;

4）组装焊接钢筒最上部的高约15m的顶段，并在其上装上一密封顶盖;

5）将压缩空气通过管道或密封板块的支柱引入密封的钢筒中，使钢筒升起;

6）在钢筒下中顶升到下续段的高度时，用顶部滑轮组或气体压力固定住顶段钢内筒，对双层隔板式烟囱，其隔板可与周围壁板逐节同步组装和气压顶升;

7）这样组装一段，顶升一段，直达设计高度时止，然后拆除顶盖和底部的气顶密封座;

8）切开水平烟道口，与水平烟道相连通。

5、如权利要求4所述的方法，其特征在于扇形密封带还采用了L形密封带和“拒漏粒”。

6、如权利要求4所述的方法，其特征在于单层分隔式钢内筒时可在吊装完毕后再安装隔板。

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