一种改进D形内筒烟囱的方法
技术领域
本发明涉及一种改进“D”形内筒烟囱的方法，属于烟囱设计与施工技术领域。
背景技术
套筒式烟囱包含排烟内筒(简称“内筒”)和外筒壁(简称“外筒”)，外筒作为承重结构，承受风荷载、地震以及内筒自重与水平位移等作用，而内筒则用于排放具有腐蚀作用的烟气；套筒式烟囱实现了直接承受风等外部荷载与直接承受烟气作用这两种不同性质的荷载或作用；分别由不同结构来承担不同性质的荷载或作用，确保其正常工作。在火力发电厂建设中，多为两台机组共用一座外筒烟囱，并且一台机组对应一个排烟内筒。为了实现直接承受风等外部荷载与直接承受烟气作用的这两种不同性质的荷载或作用分别由不同结构来承担，并满足不同使用期限的检修与维护要求，国内外通常采用水平截面为圆形的钢筋混凝土外筒承受风荷载、地震以及内筒自重与水平位移等作用，并采用两个水平截面为圆形的内筒专门用于排放具有高温与腐蚀作用的烟气，从而实现了内、外筒的功能分离，以及不同工况下两个内筒独立运行，这是普通双内筒烟囱的主要优点。
普通双内筒烟囱在功能上虽然具备了上述优点，但因两个内筒排列方式决定其平面布置外形是：一个方向尺寸超过另一垂直方向尺寸的两倍，从而造成外筒水平截面有较大空间被浪费，即两个内筒截面面积之和(称为“有效面积”)与外筒截面面积的比值很小，也就是外筒的“利用效率”系数很低(见附图1)。一般来讲，内筒截面面积是由排烟量决定的，是一固定值，而外筒是为内筒服务的，在满足内筒通烟面积和平面布置的情况下，可以调整其截面尺寸，因此，调整内筒截面形状和布置方式，是提高外筒利用效率的唯一手段。
普通双内筒烟囱“利用效率”系数较低，在相同“有效面积”的情况下，除了造成外筒截面尺寸的大幅度增加外，同时因烟囱环向风弯矩与截面半径的平方呈正比关系，造成烟囱上部筒壁壁厚也额外大幅度地提高，进而造成地面以上部分的钢筋混凝土外筒的材料用量和占地面积增加，间接造成基础工程量的大幅度提高，使得整个烟囱施工工期及工程投资与单筒烟囱相比增幅较大。
基于上述背景，一种“D”形套筒烟囱的专利技术(中国专利号：ZL201720076060.0)获得较好应用。“D”形套筒烟囱的专利技术特点是能够大幅度降低外筒直径，外筒利用效率大幅度提高，材料用量明显降低，降幅可达 30％左右。但该技术在外筒材料用量大幅度降低的同时，内筒材料用量会有所增加，最大增幅约17％。当内外筒材料单价相近时，或内筒材料价格与外筒相比不是明显增加时，该技术优势明显，如内、外筒均为钢材的钢烟囱，采用该专利技术具有绝对经济优势。
但是，对于湿法脱硫烟囱，烟气为强腐蚀性湿烟气，对内筒材料的耐温性能和耐腐蚀性能有较高要求，内筒其材料单价往往较高，内外筒材料价差较大，这种情况下采用“D”形套筒烟囱，由于外筒材料用量降低，但同时内筒材料用量会有所增加；其经济优势就不十分明显，故当内外筒材质不同时，该专利技术存在进一步优化的空间，需要在外筒直径降幅和内筒直径增幅这两个方面找到一个平衡点，从而获得最佳的经济与技术结合方案。
发明内容
本发明的目的是为解决双“D”形内筒烟囱如何在外筒直径降幅和内筒直径增幅之间寻找一个平衡点，从而获得最佳的经济与技术方案的技术问题。
为达到解决上述问题的目的，本发明所采取的技术方案是提供一种改进“D”形内筒烟囱的方法，包括以下步骤：
步骤1：将一个圆形内筒沿直径平分为两等份，切割弦长等于内筒直径，弦长对应的切割半角为弦的中间点和弦在圆周上的切点与圆心构成的圆心角，此时切割半角等于90°；改进型“D”形套筒烟囱是在圆形内筒的非直径位置“切割”，“切割”弦长小于圆的直径，弦长对应的切割半角θ小于90°，通过调整切割半角θ的大小，确定内、外筒尺寸，找到所需技术与经济平衡点；
步骤2：布置外筒和两个内筒，两个内筒是相互独立的，两个改进型“D”形内筒的大小相同；两个改进型“D形”内筒之间的距离满足支承、安装、人员通行与维护要求；改进型“D形”内筒与外筒之间的距离除满足支承、安装、人员通行与维护要求外，尚应满足竖向交通要求；
步骤3：准备具体的外形控制公式如下：
式中：
θ——改进型“D”形套筒烟囱切割半角；
K——改进型“D”形套筒烟囱内筒周长调整系数；
d0——普通双圆形内筒烟囱时，圆形内筒的初始直径；
d1——改进型双“D”形套筒烟囱的双内筒直径。
步骤4：按步骤2的布置原则，确定平面与竖向布置后，在保持内筒面积不变的前提下，根据内筒与外筒经济指标确定内筒周长调整系数，即内筒材料增大系数K，并带入步骤3的外形控制公式(1)和(2)，计算出对应半角θ及改进型“D”形内筒的直径d1，从而确定了改进型“D”形内筒的截面尺寸，该尺寸即为最佳经济与技术结合下的内筒方案。
优选地，上述步骤2中两个改进型“D”形内筒对称布置在截面为圆形的外筒内，内筒竖向可以独立自由膨胀伸缩。
优选地，上述步骤2中两个改进型“D”形内筒的圆弧与切割弦衔接处均设有内筒倒角。
优选地，上述步骤2中根据设计需要，可沿烟囱竖向不同高度设有水平止晃装置，即外筒内设有用于限制改进型“D”形内筒水平方向位移的水平止晃装置，改进型“D”形内筒水平方向的位移受到烟囱各层止晃平台的限制。
优选地，上述步骤3中普通双圆形内筒的烟囱内筒的初始直径设为d0、外筒直径设为D0；改进型双“D”形套筒烟囱的双内筒直径设为d1、外筒直径设为 D1；“D”形套筒烟囱双内筒直径设为d、外筒直径设为D；直径关系设为：
d0<d1<d(d＝2R)
D<D1<D0
优选地，上述步骤4中两个改进型“D”形内筒的切割半角θ的取值范围为 (0°～90°)；当θ＝0°时，改进型“D”形内筒演化为圆筒烟囱，恢复到普通双内筒烟囱；当θ＝90°时，改进型“D”形内筒演化为“D”形内筒，适用于内筒防腐材料单价较低情况；当取值范围为(45°～65°)时，适用于内筒防腐材料单价较高情况。
本发明提供一种改进型“D”形内筒烟囱，根据上述的一种改进“D”形内筒烟囱的方法计算出对应半角θ及改进型“D”形内筒的直径d1，从而确定改进型“D”形内筒的截面尺寸；两个内筒筒壁上再分别设有烟道，内筒筒壁上烟道开孔的中心位置和对应的内筒圆心之间设有连线一，两个内筒圆心之间设有连线二，连线一与连线二之间的夹角设为45度；两个内筒筒壁上分别设有的烟道相对应的外筒筒壁上设有外筒开口，两个外筒开口的中心位置之间的连线与外筒的中心轴相交。
相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
本发明在提高外筒烟囱“利用效率”系数的同时，控制内筒直径的增幅，通过调整切割半角θ的大小，找到所需技术与经济平衡点。克服“D”形套筒烟囱专利技术在内外筒材料单价相差悬殊情况下的不足，本发明提供的技术方案主动牺牲了原“D”形套筒烟囱外筒的部分优势，将内筒材料增量降到较低水平，以提高烟囱整体经济与技术水平，从而扩大原“D”形套筒烟囱的应用范围。
附图说明
图1是普通双内筒烟囱平面示意图；
图2是双“D”形套筒烟囱平面示意图；
图3是改进型“D”形套筒烟囱平面示意图；
图4是一种改进型“D”形套筒烟囱水平烟道平面布置示意图。
附图标记：1.普通双内筒烟囱外筒；2.普通双内筒烟囱内筒；3.“D”形套筒烟囱外筒；4.“D”形套筒烟囱内筒；5.“D”形套筒烟囱内筒“切割”弦；6. 改进型“D”形套筒烟囱外筒；7.改进型“D”形套筒烟囱内筒；8.改进型“D”形套筒烟囱内筒“切割”弦；d0.普通双内筒烟囱内筒直径；D0.普通双内筒烟囱外筒直径；r.内筒倒角半径；R.“D”形套筒烟囱内筒半径；D.“D”形套筒烟囱外筒直径；d1.改进型“D”形套筒烟囱内筒直径；D1.改进型“D”形套筒烟囱外筒直径；b.两个内筒间距或内筒与外筒间距；C1、C2.改进型“D”形套筒烟囱内筒圆心；K1、K2.改进型“D”形套筒烟囱内筒烟道开孔中心；C0.改进型“D”形套筒烟囱外筒圆心；K0.改进型“D”形套筒烟囱外筒烟道开孔中心。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下：
如图1-4所示，本发明提供一种改进“D”形内筒烟囱的方法，包括以下步骤：
步骤1：将一个圆形内筒沿直径平分为两等份，切割弦长等于内筒直径，弦长对应的切割半角为弦的中间点和弦在圆周上的切点与圆心构成的圆心角，此时切割半角等于90°；改进型“D”形套筒烟囱是在圆形内筒的非直径位置“切割”，“切割”弦长小于圆的直径，弦长对应的切割半角θ小于90°，通过调整切割半角θ的大小，确定内、外筒尺寸，找到所需技术与经济平衡点；
步骤2：布置外筒和两个内筒，两个内筒是相互独立的，两个改进型“D”形内筒的大小相同；两个改进型“D形”内筒之间的距离满足支承、安装、人员通行与维护要求；改进型“D形”内筒与外筒之间的距离除满足支承、安装、人员通行与维护要求外，尚应满足竖向交通要求；
步骤3：准备具体的外形控制公式如下：
式中：
θ——改进型“D”形套筒烟囱切割半角；
K——改进型“D”形套筒烟囱内筒周长调整系数；
d0——普通双圆形内筒烟囱时，圆形内筒的初始直径；
d1——改进型双“D”形套筒烟囱的双内筒直径。
步骤4：按步骤2的布置原则，确定平面与竖向布置后，在保持内筒面积不变的前提下，根据内筒与外筒经济指标确定内筒周长调整系数，即内筒材料增大系数K，并带入步骤3的外形控制公式(1)和(2)，计算出对应半角θ及改进型“D”形内筒的直径d1，从而确定了改进型“D”形内筒的截面尺寸，该尺寸即为最佳经济与技术结合下的内筒方案。
上述步骤2中两个改进型“D”形内筒对称布置在截面为圆形的外筒内，内筒竖向可以独立自由膨胀伸缩。
上述步骤2中两个改进型“D”形内筒的圆弧与切割弦衔接处均设有内筒倒角。
上述步骤2中根据设计需要，可沿烟囱竖向不同高度设有水平止晃装置，即外筒内设有用于限制改进型“D”形内筒水平方向位移的水平止晃装置，改进型“D”形内筒水平方向的位移受到烟囱各层止晃平台的限制。
上述步骤3中普通双圆形内筒的烟囱内筒的初始直径设为d0、外筒直径设为D0；改进型双“D”形套筒烟囱的双内筒直径设为d1、外筒直径设为D1；“D”形套筒烟囱双内筒直径设为d、外筒直径设为D；直径关系设为：
d0<d1<d(d＝2R)
D<D1<D0
上述步骤4中两个改进型“D”形内筒的切割半角θ的取值范围为(0°～90 °)；当θ＝0°时，改进型“D”形内筒演化为圆筒烟囱，恢复到普通双内筒烟囱；当θ＝90°时，改进型“D”形内筒演化为“D”形内筒，适用于内筒防腐材料单价较低情况；当取值范围为(45°～65°)时，适用于内筒防腐材料单价较高情况。
实施例
如图1所示：普通双内筒烟囱外筒1内设有普通双内筒烟囱内筒2；普通双圆形内筒烟囱的圆形内筒的初始直径为d0；两个内筒2之间距离b满足支承、安装、人员通行与维护要求；内筒2与外筒1之间的距离b除满足支承、安装、人员通行与维护要求外，尚应满足竖向交通要求；普通双内筒烟囱外筒直径设为 D0。
如图2所示：“D”形套筒烟囱外筒3内设有两个“D”形套筒烟囱内筒4；内筒4上设有“D”形套筒烟囱内筒“切割”弦5；“D”形套筒烟囱内筒的内筒的直径设为d，即2R；两个内筒4之间距离b满足支承、安装、人员通行与维护要求；内筒4与外筒3之间的距离b除满足支承、安装、人员通行与维护要求外，尚应满足竖向交通要求；“D”形套筒烟囱外筒直径设为D。
如图3所示：改进型“D”形套筒烟囱外筒6内设有2个改进型“D”形套筒烟囱内筒7；烟囱内筒7上设有改进型“D”形套筒烟囱内筒“切割”弦8；改进型“D”形套筒烟囱内筒直径为d1；两个内筒7之间距离b满足支承、安装、人员通行与维护要求；内筒7与外筒6之间的距离b除满足支承、安装、人员通行与维护要求外，尚应满足竖向交通要求；改进型“D”形套筒烟囱外筒直径设为 D1。
改进型“D”形套筒烟囱，如图3所示，其包括外筒6和两个内筒7，两个内筒是相互独立的，两个改进型“D”形内筒7的大小相同。两个改进型“D”形内筒7对称布置在截面为圆形的外筒6内，其竖向可以独立自由膨胀伸缩。两个改进型“D形”内筒7之间距离b满足支承、安装、人员通行与维护要求；改进型“D形”内筒7与外筒8之间间距离b除满足支承、安装、人员通行与维护要求外，尚应满足竖向交通要求，两个改进型“D”形内筒7的圆弧与切割弦衔接处均设有内筒倒角，内筒倒角的半径r满足降低温度应力集中、防腐和烟气阻力要求。根据设计需要，可沿烟囱竖向不同高度设置水平止晃装置，即外筒6内设有用于限制改进型“D”形内筒7水平方向位移的水平止晃装置，改进型“D”形内筒7水平方向的位移受到烟囱各层止晃平台的限制。
本发明公开了一种改进型“D”形套筒烟囱，包括外筒和两个改进型“D”形内筒，两个内筒为两个相互独立的改进型“D”形内筒对称布置在水平截面为圆形的外筒内，改进型“D”形内筒的切割半角θ的取值范围为(0°～90°)。当切割半角θ＝0°时，改进型“D”形内筒演化为圆筒烟囱，恢复到普通双内筒烟囱；当θ＝90°时，改进型“D”形内筒演化为“D”形内筒，适用于内筒防腐材料单价较低情况；当取值范围为(45°～65°)时，适用于内筒防腐材料单价较高情况。
如图4所示一种改进型“D”形内筒烟囱，其中改进型“D”形套筒烟囱内筒圆心设为C1和C2.；改进型“D”形套筒烟囱内筒烟道开孔中心设为K1、K2.；改进型“D”形套筒烟囱外筒圆心设为C0.；改进型“D”形套筒烟囱外筒烟道开孔中心设为K0.。通过内外筒经济指标确定内筒周长调整系数K，并带入外形控制公式(1)和(2)可最终确定优化“D”形内筒的截面尺寸所对应的半角θ和直径d1。该技术可确定内、外筒优化的技术与经济平衡点，实现烟囱整体效益最大化。本发明配套水平烟道布置方式为：烟道开孔中心线(K1与C1连线以及 K2与C2连线)与两内筒圆心连线(C1和C2连线)呈45°布置为最优，对应外筒两个开孔中点K0与圆心C0三点连线呈一条直线布置，该烟道布置方式可减少烟气在烟道区域排放阻力，可使烟气在竖向以较短距离达到相对均匀状态，降低烟气温度在跨内筒横截面温度梯度，减少内筒温度弯矩产生的温度应力。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。
