某礦井鍋爐房設計

李永生

（山西辰誠建設工程有限公司， 山西 陽泉 045000）

0 引言

環境保護是我國的一項基本國策。十九大報告中指出，建設生態文明是中華民族永續發展的千年大計。近年來隨著環保要求的越來越嚴格，鍋爐房作為煤炭企業不可或缺的重要建筑物，燃煤鍋爐逐漸由效率低下，燃燒值不高手燒鍋爐、鏈條鍋爐、沸騰鍋爐逐步向循環硫化床鍋爐、燃氣鍋爐等燃燒比較充分，效率高，污染物排放低的鍋爐轉變。本文以某礦井的燃煤循環流化床鍋爐房為例簡單論述鍋爐房的結構選型及計算。

1 工程概況

1）工程為某礦井鍋爐房，結構形式為框架結構。抗震設防類別為丙類，抗震設防烈度為7度，設計地震分組為第二組，設計基本地震加速度為0.10g，合理使用年限為50年,建筑場地類別為Ⅱ 類。結構的安全等級為二級，地基基礎設計等級為丙級。砌體施工質量控制等級為B級。鍋爐房屬丙類生產廠房，耐火等級為二級，屋面防水等級為 Ⅱ級。鍋爐房總高度：20.1m , 總建筑面積：3059.1m2。

2）鍋爐房主體內設兩臺10t/h循環流化床蒸汽鍋爐。包括鍋爐本體、鼓風機、引風機、一次風機、二次風機、爐前給煤機、省煤器、閥門、儀表、取樣器、管道、鋼制檢修平臺等。兩臺鍋爐分別配備一臺脈沖布袋式除塵器，單臺處理風量30000m3/h，除塵效率＞99.9%。兩臺鍋爐共用一臺 20T/h雙塔麻石旋流板脫硫除塵器，除塵器配帶脫硫輔助設備一套，除塵效率：99%，脫硫效率：90-95%（水質PH＞9）。煙氣排放滿足《鍋爐大氣污染物排放標準》（GB13271-2014）要求： 煙塵≤50mg/m3、SO2≤300mg/m3、NOX≤300mg/m3。按國發〔2013〕37號文件要求，循環流化床鍋爐可以不安裝脫硝系統設施，但鍋爐煙氣出口 NOX排放濃度須＜300mg/m3。

3）場地條件：①層填土層，松散-稍密，雜色，以回填粉土、粉質粘土及碎石構成，密實度差異性較大，均勻性差，承載力低； ②層為粉土層，黃褐色-淺黃色，稍密-中密，稍濕，土質較純，承載力特征值為140KPa；③層為粉質粘土層，紅色-橙紅色，中密，可塑，稍濕，土質較純，干強度中等，韌性中等，承載力特征值為220 KPa；④層為粉質粘土層，紅棕色，密實，硬塑，稍濕，干強度高，韌性高，汗少量砂巖碎塊及砂類土，承載力特征值為 280 KPa。

2 荷載

鍋爐房地面活荷載標準值：10.0KN/m2

輔助間樓面活荷載標準值：4.0KN/m2

屋面活荷載標準值：0.5 KN/m2

基本雪壓為（50年一遇）：0.35KN/m2

風荷載基本值（50年一遇）：0.4KN/m2

3 結構形式確定

本工程沒有標準層，每層的平面布置均與其他層不同，且設備在不同層高也不相同，所以結構相對復雜，本工程局部地下室，地下室布置有水池水泵房。±0.000m平面布置有熱交換室，檢修間、值班室、化驗室、上煤間、鍋爐間等，鍋爐本體放置于標高4.000m平面上，在該平面還不布置有控制室，在標高7.000m，10.000m只布置有上煤間，空間空曠，鍋爐間部分跨度相對較大（跨度15.600m），標高14.05m通過垂直上煤機將燃煤送到水平刮板上煤機上，經由下煤漏斗將燃煤輸送到鍋爐本體的燃燒室中。根據工藝專業的布置，該建筑較高（鍋爐部分17.05m，上煤間部分達到19.4m），中間放置鍋爐的部分空曠且無梁柱的布置。經比較，該工程鍋爐房主體部分采用框架結構較為合適。屋面采用拱形屋頂。

圖1 鍋爐房主體及設備布置剖面示意圖

4 結構計算

本工程結構計算采用中國建筑科學研究院PKPM工程部開發的PKPM系列軟件進行結構分析計算及結果。

1).工程信息：抗震設防類別為丙類，抗震設防烈度為 7度，設計地震分組為第二組，設計基本地震加速度為 0.10g，建筑場地類別為Ⅱ 類, 風荷載基本值：0.4KN/m2。

2).位移比：X向最大位移比1.16＜[1.50]，Y向最大位移比1.45＜[1.50]，滿足規范要求。

3).周期比：

結構自振周期：T1=0.8654,T2=0.8315,T3=0.6986。

T3/T1=0.8073＜0.9

4).最小剪重比：X向，4.6%＞1.6%，Y向，4.82%＞1.6%計算滿足規范要求。

5).結構整體穩定驗算結果：該結構剛重比Di*Hi/Gi大于10,能夠通過抗規的整體穩定驗算。

6).鍋爐房基礎：根據地質勘察報告，鍋爐房所在位置局部回填土較深，超過基礎基底設計標高，需要采用地基處理。處理辦法：將回填土全部挖除至③層粉質粘土層，加深部分用3：7灰土分層夯實碾壓，壓實系數≥0.97，要求處理后的地基承載力特征值 fak≥200KPa。基礎采用柱下獨立基礎，基礎底面積及配筋采用PKPM軟件計算結果。

5 鍋爐設備基礎確定及計算

兩臺循環流化床鍋爐均放置于標高4.0m平面上，每臺鍋爐單臺重量約為351噸，單位面積荷載比較大，達到 90KN/m2，該平面除布置兩臺鍋爐外，沒有其他大型設備，且該鍋爐占據的位置僅為兩跨，為防止因荷載不均，導致的房屋不均勻沉降，本設計在標高4.000m處，鍋爐設備基礎與房屋主體的梁板之間設置沉降縫，將兩者分離，使鍋爐設備基礎與房屋主體不發生關系。

鍋爐設備基礎采用鋼筋混凝土肋梁式筏板基礎。該基礎與鍋爐房主體基礎不發生關系。筏板基礎的尺寸大小、厚度、配筋等根據上部鍋爐本體荷載通過設置梁板柱傳遞到基礎，經 PKPM軟件計算確定。筏板基礎有施工簡單，整體性好的特點。

6 結語

鍋爐房作為煤炭工業中不可或缺的重要建筑，他的設備選型對于廠房的結構布置有很大的影響。甚至影響著整個建筑結構的安全性、可靠性和經濟合理性。隨著我國環保要求的逐步提高，鍋爐的污染排放將越來越小，鍋爐的選型也原來越嚴格。相信隨著我國環保事業的推進，鍋爐對環境的污染將越來越小。