主厂房的结构组成与布置

第一章主厂房的结构组成与布置第一节主厂房的组成火力发电厂主厂房一般包括汽机房、锅炉房、除氧间与煤仓间（或合并的除氧煤仓间）几个单体工程。在大型电厂中，往往把机、炉、电集中控制室从主厂房除氧煤仓间分离出来，在锅炉房侧面设一独立的集中控制楼。下面分别对各个单体工程的功能、设备布置情况及结构特点做简要介绍。一、汽机房汽机房内布置汽轮发电机组的成套设备，用以将锅炉产生的蒸汽热能通过机械能转换成电能。汽机房是一单层工业厂房，屋架一端支撑在外侧柱上，另一端支撑在除氧煤仓间的框架上。根据设备布置情况和运行操作的需要，沿着厂房剖面的高度可以划分为以下几个代表性层次：基础层：汽机房的基础层，除厂房基础外，还有汽轮发电机机座的基础、加热器平台和运转层平台基础、给水泵基础、油箱、油泵及冷油器基础、循环水泵基础、厂用配电装置基础等。基础的作用是把上部建筑物、构筑物的荷载及设备的静、动荷载传给地基。基础的埋深与基底面积大小要保证地基土的不冰冻、能承受外力、其强度和沉降量满足规程和使用要求。零米层：在这层空间布置有给水泵、预热器、冷凝器、管道、电缆等一系列附属设备、还布置有机座基础框架、常用配电室与检修场；另外还留有运输设备的汽车通道及人行通道、在一定高度设置操作平台，有时装有用来起吊凝结器盖和拆卸检修设备的吊车。这个范围内的荷载很大，几乎机组的全部附属设备和各种管道都布置在这里。现在一些大中型电厂倾向于把基础和管沟等合并为地下室，这对设计施工管理和维修都是有利的。零米层地面荷载，根据地面使用情况，一般分三个区域，即三种受力情况：1、集中检修场地。因汽轮发电机检修时要拆卸堆放设备，荷载很大，一般高达2/40-30mKN,根据机组容量大小和是否有地下室而异；2、其他空闲场地取2/20-10mKN；3、沟道盖板：钢筋混凝土盖板取2/10mKN，钢盖板取2/4mKN。运转层：围绕着汽轮发电机组及运行操作设备布置工作平台。MW300及以上机组的运转层宜采用大平台布置形式，处安装检修场外，可作三层布置：底层布置铺机设备，中间层发电机侧宜布置用配电装置，运转层用作检修场。MW002机组采用大平台布置或岛式布置，应根据工程具体情况比较确定，MW125及以下机组宜采用岛式布置。另外该层还布置有人行通道等。为了安装、检修、汽机间一般设置21-台吊车，MW002~100机组装机在4台以上时，MW003及以上机组装机在2台及以上时，可装设两台起重量相同的桥式吊车。吊车的起重量应根据检修时起吊的最重件（不包括发电机静子）选择。吊车的轨顶标高，应按所需起吊设备的起吊高度确定。汽轮发电机组可采用纵向和横向两种布置方式：1、机组纵向布置：即汽轮发电机组的轴线与厂房纵向轴线平行布置。这样，厂房的横向跨度较小，设备的安装、检修方便，冷却水管道容易布置，但厂房较长、致使占地稍多，高温高压蒸汽的主蒸汽合金管道稍长，增加部分造假。按机组的头尾布置还可分为：头尾相接的顺列布置；头尾相对的对称布置。2、机组横向布置：即汽轮发电机组的轴线与厂房的纵向定位轴线相垂直的布置。这使厂房长度缩短，主蒸汽管道缩短，但由于机座长度大，使厂房的横向跨度增加，当采用大柱距，而机组台数又很少时厂房纵向因柱距减少而使刚度减弱。为了保证在安装检修时能抽出发电机转子，有时还须在正对的外侧柱距间向外延伸一个披尾，形成所需空间；此外，循环冷却水管布置困难。以上两种布置方式各有优缺点，在结合实际进行综合比较后才能确定采用哪种方式合理。对于MW002及以上的大机组宜采用纵向顺列布置。当条件合适时，MW002机组也可横向布置，采月空冷方式的机组，应采用纵自顺列布置。二、除氧煤仓间除氧煤仓间的布置，由除氧间与煤仓间二部分组成：除氧煤仓间有除氧器和给水箱，及相关管道，一般还布置部分或全部厂用配电装置；如条件合适，MW003及以上机组的卧式加热器、汽动给水泵的前置泵“以及启动和备用的电动给水泵及其检修设施，也布置在除氧间内。煤仓间布置有原煤斗、粉煤斗、运煤用带式输送机、通风除尘设施其底层布置有磨煤机，根据煤质不同，可分别选用中速磨煤机、风扇磨煤机、钢球磨煤机等，煤斗出口处布置有给煤机，屋顶则布置有粗细煤粉分离器等。除氧煤仓间是主厂房内承受荷载最大、外荷载最集中的地方。结构体系为单跨多层或双跨多层框架，梁、柱截面大，结构刚度大，是保证主厂房横向稳定的主要结构。三、锅炉房：锅炉房是用来布置锅炉本体及其附属设备，并提供操作与维护条件的车间。它包括锅炉架构、平台、楼梯与电梯。锅炉房的平面尺寸与高度主要由生产工艺来决定。随着锅炉容量的不断增大，典型锅炉房的特点在逐渐消失。例如把锅炉房的支柱与锅炉架构合成一体；在非严寒地区不设维护而采用露天式或半露天式；少采用支撑炉而采用悬吊炉等。由于这些因素，决定了现代电厂的锅炉承重结构式一高耸的建筑物，一台hT/1800的塔式锅炉构架高约m130。根据支撑形式锅炉分为：1、支撑式锅炉：锅炉本体全部重量分段、分层支撑在炉架梁和柱子上经柱子把荷载传给基础和地基。2、半悬吊式锅炉：炉膛悬吊在架构的钢板大梁上，炉尾（省煤器、空气预热器）搁支在炉架上。3、悬吊锅炉：全部设备悬吊在架构的钢板大梁上，由架构传至基础。根据悬吊炉设备的布置不同，又可分为：a、非塔式悬吊锅炉：钢炉设备呈门形布置，炉膛本体悬吊在主架构上，省煤器、预热器悬吊在炉尾的架构上。b、塔式悬吊锅炉：将炉膛、省煤器、空气预热器，全部悬吊于塔式结构上。目前，国内大型锅炉普通采用悬吊锅炉，非塔式布置。虽然塔式悬吊炉有设备布置集中，占地面积小的优点，但塔式架构的设计与施工比较复杂。四、集中控制楼集中控制楼的布置，可以“一机一控”，也可以“二机一控”。“一机一控”时往往把集中控制楼布置在该炉固定端侧；“二机一控”时，则把集中控制楼放在二台炉中间。不论是“一机一控”还是“二机一控”，控制楼的一侧与除氧煤仓间直接连接，使工艺联系方便，也节省管线降低造价。以双辽发电厂（MW0032×）为例，它把二台机组的机、炉、电集中控制室统一布置在集中控制楼内。平面尺寸为mm5.33.3×，楼高m22。m000.0层布置有柴油机房及其控制室；蓄电池室、调酸室、通风机室；电气保安段；m800.3层为电缆层；m000.7层为电子设备间，空调机房；m600.12层为控制室、计算机室、继电器室、休息室、更衣室、外廊；屋顶层布置冷却设备。有的工程还把部分常用配电间及电气检修间一并布置在控制楼内。第二节主厂房的结构布置一、主厂房的横向结构布置主厂房的横向布置是指汽机房、锅炉房与除氧煤仓间的位置在横向排列时的相互关系。横向布置的形式多样，一般常采用平行式布置，当受到地形条件限制或其它条件的影响时，也可采用非平行式布置。在燃煤电厂中，当采用平行式布置时，按煤仓间的位置不同可分为：1、外煤仓布置：如图1-1a所示，煤仓间位于锅炉的外侧；与除氧间分开布置，这种布置的输煤路线较短，锅炉房与汽机房的距离也较短，但却使烟道增长，尤其外煤仓限制了扩建时，不能采用其它型式锅炉，目前一般使用很少。图1-1火电厂主厂房横向布置2、除氧煤仓间合并位置：图1-1b所示。煤仓间位于锅炉间里侧，并和除氧间合并布置在一单跨多层框架内。这种形式布置紧凑，应优先选用。这种结构具有以下优点：（1）结构型式简单，构件的类型和数量较少，有利于设计和施工；（2）由于荷载集中，荷载传递简捷，能充分发挥构件的承载能力，有利于采用高强材料；（3）对机组布置的适应性大，扩建方便；（4）楼梯，过道布置集中，使用方便。缺点是跨度较大，荷重集中后，梁断面很大，不利于预制吊装。3、煤仓间和除氧间并列布置：如图1-1c所示，煤仓间位于锅炉里侧，与除氧间并列布置在一双跨框架中，这种形式结构构件多，建筑体积大、工程量也大，也增加了锅炉房到汽机房的管道长度，但主厂房横向刚度相对更加强。在燃煤电厂中也有采用非平行式布置，当另设集中的制粉车间时，煤仓间可以取消；有时也可把煤仓间布置在两台锅炉之间。此外，在燃油、燃气电厂布置较简单，可取消独立的除氧间，二把除氧器设备附设于汽机房或锅炉房内。非塔式悬吊锅炉，当采用钢筋混凝土架构时，其结构布置有以下二种方案：1、独立布置（图1-2a，1-3a所示）：锅炉架构与除氧煤仓间框架各为独立体系，仅在运转层平台采用滑动简支办法相连接。这种布置受力较明确，与厂房联系少，锅炉架构可以自由地位移，在地震时锅炉间巨大质量所产生的地震水平力，以及水平风力，都不会相互影响传递，因此有利于抗震与设计标准化。2、联合布置（图1-2b，1-3b所示）：悬吊锅炉的钢板大梁一端支承载锅炉构架上，而另一端支承载除氧煤仓间架构顶上，从而使锅炉架构与除氧煤仓间架构通过钢板大梁连成整体、这种方案布置紧凑，占地少、节省工艺管线、电缆等，但设计计算工作量大，与锅炉厂的联系配合较多，双方结构设计安全度标准也不一致，一旦有问题，责任也不易分清，当前这方案用得不多。图1-2燃煤电厂悬炉布置图1-3燃油、燃气电厂悬炉布置二、主厂房的纵向结构布置主厂房的纵向结构是由纵向柱列，纵向联系梁、吊车梁、柱间支撑及剪力墙等组成。它的作用是保证厂房结构的纵向稳定与刚度，并承受山墙传来的纵向风载，吊车纵向水平刹车力，纵向地震力及温度应力等。纵向结构一般有以下几种方案：1、刚接方案：在不同高度设置的纵向连系梁与柱刚接，从而组成多层多跨框架，如图1-4a所示，这种方案优点是各跨纵梁和柱受力均匀，构件类型少、钢材省，纵向稳定好，但要求地基较好，不均匀沉降将会引起较大内力；纵梁在节点处受弯矩，构造复杂，不便于施工。图1-4主厂房纵向布置2、铰接方案：在不同高度设置的连系梁与柱铰接，并在区段中部设置柱间支撑，从而组成多层多跨排架，如图1-4b所示。这种方案接头只传递水平和垂直力，不承受弯矩；对地基不均匀沉降适应性好。构造简单，施工方便；但纵向稳定相对稍差，由于设柱间支撑，使支撑跨柱上要设置很多预埋件，增加柱子类型，用钢量增加，同时柱间支撑给工艺管道和通道的布置带来不便。3、刚性墙方案：为了不影响管道及通道的布置，又鉴于主厂房是重要结构，一般大中型电厂其抗震设防裂度要比基本裂度提高一度进行构造设计。设置刚性墙有利于抗震，也保证纵向结构的稳定，故采用较普遍。如图1-4c所示，在铰接方案中，将其中一个柱间设计成刚性墙它具有上述两方案的优点。三、火电厂主厂房结构布置要求为了尽量简化结构型式、减少构件种类，一般对工艺及建筑设计提出一些要求，可按以下原则进行厂房布置：机炉布置尽量采用单元系统，每台机炉设备和厂房柱的关系应取得一致，使厂房每个机炉单元的结构和构造基本相同。工艺管道尽量集中布置。当除氧煤仓间采用双跨框架时，应尽量使各层标高取得一致，避免楼层参差不齐。主厂房柱距和跨度，应根据生产设备布置的要求，尽量减少柱距的规格，采用建筑统一模数制。主厂房温度缝区间应与机炉单元相结合，机炉单元的划分线和伸缩缝应在一条直线上，使厂房每个区段结构和构造完全相同。主厂房立面应结合气候特点进行处理，做到外观简洁，立面和内部布置相协调，形成统一整体。固定端应有通往各层楼面和屋面的楼梯间，扩建端应有通往各层楼面和屋面的室外消防梯。楼梯间最好放在主厂房固定端第一跨内，这样可简化结构。第三节建筑模数制与定位轴线为了使主厂房建筑尺寸及构配件尺寸逐步达到协调统一，提高设计标准化水平，在确定主厂房平面及竖向各尺寸时，应尽量采用《火力发电厂建筑设计技术规定》874-SDG的有关规定。一、主厂房平面及竖向尺寸主厂房平面及竖向尺寸参数的选择可参考表1-1，并遵守下列规定：表1-1主厂房平面、竖向尺寸数列表适应范围厂房柱距厂房跨度除氧煤仓间跨度山墙柱距伸缩缝插入距定位轴线联系尺寸层高檐口高度门窗洞檐口板屋面板墙板（宽）扩大模数M30M30M15M15M30M6M3M3M3M3M3模数数列及幅度6000（8000）90001200018000210002400027000300003300036000390004200600075009000105001200013500150003000450060009000120001200180