QC小组活动成果报告

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1、2011年中国电力建设优秀质量管理小组成果资料课题：1000MW级燃煤机组除尘器前烟道设计优化QC小组名称：发电QC小组单位名称：浙江省电力设计院2011年4月12日申报材料之1000MW级燃煤机组除尘器前烟道设计优化成果报告小组名称：发电QC小组浙江省电力设计院2011年4月目录1QC小组简介11.1 小组简介11.2注册登记表12活动程序22.1 活动程序流程22.2选择课题22.3设定目标.42.4提出并选择方案52.4.1选取合理的截面形状（第一次方案选择）52.4.2管道壁厚、加固肋的优化（第二次方案选择）.72.4.3管道弯头布置的优化（第三次方案选择）.102.5制定对策表112

2、.6按对策表实施122.7确认效果152.8总结与今后打算182.8.1，总吉和推广应用182.8.2体会和今后打算181QC小组简介1.1小组简介本QC小组是以浙江嘉兴三期工程2X1000MW超超临界燃煤机组为依托成立的发电QC小组，小组成员由浙江省电力设计院发电工程部机务室和土建室参与嘉兴三期工程烟道设计的技术骨干及建设方、施工方为主体组成，小组类型属于创新型QC小组。目的在于探索如何解决1000MW级燃煤机组空气预热器出口至电除尘器进口之间联络烟道采用常规矩形烟道设计的不足，以及现有规程规范对大容量机组烟道设计不够完善的情况下如何通过改变烟道截面的形状、结构及布置，在满足安全运行的前提下

3、最大限度地降低烟道钢材耗量，减少运行阻力。该小组成员共计12人，组长由张加权担任，小组成员详见注册登记表。1.2注册登记表小组注册登记表小组名称发电QC小组注册编号2010-06课题名称1000MW级燃煤机组除尘器前烟道设计优化小组类型创新型立题日期2010.04计划期限2011.01课题组长张加权性别男年龄33文化程度研究生职称中级辅导员汪杭明性别男年龄57文化程度大学本科职称高工小组成员姓名性别年龄文化程度职称工龄单位张加权男33研究生中级9浙江省电力设计院周明钢男45大学本科高工22浙江省电力建设有限公司龚健男34研究生中级10浙江省电力设计院胡蓉女36大学本科高工15浙江省电力设计院程

4、慧女52大学本科高工35浙江省电力设计院张卫灵男47大学本科高工25浙江省电力设计院方伟定男46大学本科高工25浙江省电力设计院田家平男44大学本科高工22浙江省电力设计院李琪男45大学本科高工25浙江省电力设计院钱海平男47大学本科高工27浙江省电力设计院薛建纲男33大学本科工程师9浙江省电力建设有限公司徐志超男32大学本科工程师8浙江省火电建设公司小组活动情况活动日期2010/4/10-2011/1/15活动次数8出勤率100%2活动程序2.1活动程序流程“创新型”QC小组活动流程图2.2选择课题近年来我国提倡加快建设节约型社会，节能降耗成为全社会关注的焦点。而百万千瓦级超超临界机组是火力

5、发电节约能源、改善环保和提高发电效率、降低发电成本的重要途径。本课题来源于当前1000MW超超临界火力发电机组设计过程中，经估算，烟风道耗量占除本体外锅炉专业钢材耗量的90%以上，因而对烟风道的设计优化具有节省钢材降低能耗的可能，而除尘器前烟道是除锅炉本体外运行条件最为恶劣的区域，此处烟道烟气温度最高、含尘量最大、磨损最易发生。这对全厂的安全运行至关重要。烟风煤粉管道设计技术规程(DL/T5121-2000)6.2.7条文说明中明确指出“因为磨损严重，除尘器前的燃煤锅炉烟道内不宜设置内撑杆，可用加大加固肋规格的方法来避免设置内撑杆。当必须设置内撑杆时，采用角钢防磨措施或用16Mn钢管”，但百万

6、机组的空预器出口烟道如果采用矩形截面其尺寸宽度方向达十余米，通过加大加固肋规格势必大幅增加钢材耗量，若设置内撑杆则对机组安全运行带来隐患。因此，小组选择除尘器前烟道作为本课题优化设计的对象显得尤为重要和迫切！浙江嘉兴发电厂一、二期工程已建成并投产。电厂一期工程#1、#2机组装机容量为2X300MW，二期工程#3、#4、#5、#6机组装机容量为4X600MW。目前正在建设的三期工程#7、#8机组，按装机容量为2X1000MW设计，#7、8#机组计划分别于2011年5月底和7月底投产。正是依托于浙江嘉兴电厂三期工程2X1000MW超超临界燃煤机组的项目我们成立了QC小组，主要解决空气预热器至电除尘

7、之间联络烟道的优化设计，属于创新型课题。【关键词】：除尘器前烟道；方圆节；三方圆节；大风箱；非90空间组合弯头除尘器前烟道：是指空气预热器与除尘器之间的联络烟道，该段烟道含尘量大、烟温高(120C)，烟道设计的好坏对电厂的安全运行及引风机的选型、运行费用影响甚大。方圆节：烟风道常用的连接元件，用于矩形管道与圆形管道的连接。三方圆节：由单个方圆节并列而成，两侧方圆节须考虑偏心，加固大风箱：属于异形道体，常用于矩形烟风道中弯头无法直接连接或多股流体分流、汇集处，大风箱具有制作复杂，流体常处于紊流状态，阻力大的特点。非90空间组合弯头：多个弯相连但不在同一平面的弯管组合称之为空间弯，非90空间组合弯

8、头是指由不规则弯头相连而成，从空间上看多带有“斜管”。2.3设定目标与常规的矩形管道连接方案相比，新型除尘器前烟道连接方案须做到流体运行流畅，降低磨损，钢材耗量省、同时便于加工。因此设定了以下两个目标：目标一：根据相同面积下圆形比矩形周长小的基本原理，以及烟风煤粉管道设计技术规程(DL/T5121-2000)6.2.6条文说明，小截面圆形烟道比相同流通面积下矩形烟道的加固肋型号及间距均要小，经初步估算，钢材耗量比常规矩形方案节省15%。目标二：根据流体学中流体流过不同截面形状的管道时其沿程阻力、局部阻力的不同，初步估算在锅炉最大连续蒸发量运行工况下，单台机组烟道运行总阻力比常规矩形方案降低20

9、0Pa。2.4提出并选择方案2.4.1选取合理的截面形状(第一次方案选择)小组成员通过检索和查阅相关文献、对已建和在建的火力发电工程调研后发现，目前中小型机组除尘器前烟道几乎全部采用矩形截面，烟风煤粉管道设计技术规程(DL/T5121-2000)6.2.6条文说明中规定：圆形管道一般仅在正压冷热风道上使用。且小截面矩形管道具有施工安装方便，加固肋选型简单，工程套用率高的特点。但随着机组容量的不断增大，2000年发布的烟风煤粉技术规程并不能完全适用百万燃煤机组的设计，在国家尚未发布新的技术规范的前提下，百万机组的除尘器前烟道已习惯性沿用600MW机组的常规矩形管道方案。ni!iHi41!ii常规

10、矩形烟道平面图矩形管道方案的缺点：常规矩形烟道断面图空预器出口处矩形截面尺寸大，已超出规范图选加固肋的范围；须布置较多的内撑杆既增加投资又留下安全隐患；结构梁跨距大，土建设计施工难度大；大风箱阻力大经济性差。从上面分析可以看到，目前百万机组烟道存在问题的根源都集中在烟道采用矩形大截面上，如果能通过改变烟道截面，使其即能满足烟气通行流畅，又能降低耗材和运行阻力，就能够解决以上问题并达到优化设计的目的。最先考虑的优化方案是圆管方案，这是因为锅炉专业风道设计中矩形、圆形截面比较常见，但风道的圆形截面一般较小，经计算百万工程风道设计中圆形截面最大的热一次风道，其母管直径为3820mm，其加固肋的设计主

11、要参照烟风煤粉技术规程配套技术方法表T3.8选型。能否把圆形风道的设计方案应用于大截面烟道上？由烟风系统计算结果知，单台锅炉的烟气量为440X104m3/h，根据规范除尘器前烟道推荐流速为1015m/s，确定对应每个除尘器入口烟道直径为4520mm。这已超出烟风煤粉管道技术规程(DL/T5121-2000)配套计算方法表T3.8所列加固肋规格的范围，且烟道设计须考虑道体内积灰的荷载，其加固肋规格不能完全套用表T3.8。小组成员经过分析讨论，决定对圆形烟道采用有限元软件计算，通过合理选择壁厚、加固肋和加固肋间距使管道满足结构应力的要求。圆形管道方案的优点：耗材省；圆形弯头弯转灵活，阻力小；三方圆

12、节分叉处设置柱脚，避免大跨距梁；圆形管道不必设内撑杆。针对上述的两个方案，从钢材耗量、运行阻力大小的估算和施工难易程度方面进行了对比分析，具体见下表。技术方案对比分析表序号万案评价是否米用钢材耗量施工难易程度1矩形管道方案一台炉钢材耗量约330吨、运行阻力约800Pa由于设置较多的加固肋，钢板四面须由内贴角钢拼焊而成，构造复杂，焊接工作量大，特别是大风箱的制作加工难度较大，烟道设置较多的内撑杆，施工量大。但安装工作相对简单，施工单位经验丰富。否2圆形管道方案一台炉钢材耗量约280吨、运行阻力约620Pa，与方案一相比，钢材节省50吨，阻力降低180Pa。钢板和加固肋（型钢）经专用机器卷制后直接

13、拼焊，加固肋布置相对简单，不设内撑杆，加工容易。但施工安装难度较大。采用（但须进一步优化）结论：从上表可知，除施工安装难度外，圆形管道方案均优于矩形管道方案，经和施工单位沟通协调，施工方认为能够克服施工中道体吊装、定位所遇到的困难，因此，我们初步确定采用圆形管道方案。2.4.2管道壁厚、加固肋的优化（第二次方案选择）在进行了管道截面的方案比选后，管道布置还须满足结构强度的要求。根据分析，决定道体强度的主要因素有壁厚、加固肋大小和加固肋间距，即：壁厚越大强度越大；加固肋型号越大强度越大；加固肋间距越小强度越大。而不同的壁厚、加固肋及加固肋间距组合也影响整个管道的耗钢量，存在进一步节约钢材的可能。

14、通过调整圆形管道壁厚、加固肋型号及间距得到如下三个分方案：方案a：壁厚8mm，加固肋10，加固肋间距1000mm；方案b：壁厚8mm，加固肋20a，加固肋间距2000mm；方案c：壁厚10mm，加固肋Z63X63X6，加固肋间距500mm。针对上述的圆形管道的三个分方案，运用STAADPro有限元软件对其进行了结构应力分析，结果如下方案a弯头结构应力分析图方案a直管结构应力分析图VoriMis星大塑H/rrwiJmc-O.D49553方案b直管结构应力分析图方案b弯头结构应力分析图.Im柔犬俾_C=0.107X所9太位Nrtnn?1.(1544方案c直管结构应力分析图方案c弯头结构应力分析图根

15、据结构应力计算结果得:直管应力值-弯头应力值OOOOOOOOO876543212mm%力应应力对比图重重道管度长位单钢材耗量对比图根据烟风煤粉管道技术规程(DL/T5121-2000)5.2.3条：钢材的许用应力取钢材在20C温度下的抗拉强度最小值的1/3与钢材在设计温度下的屈服极限最小值的3/2的较小值。除尘器前烟道道体采用钢Q235-A,经计算烟道的许用应力最大不能超过75MPa,从应力对比图中可以看出，上述三方案均能满足要求，但应力值越大，结构越不安全。从钢材耗量对比图中可以得知，方案a钢材最省，方案b次之，方案c钢材耗量最大。结论：方案a钢材耗量最省，结构最安全，为最优方案！最终确定，

16、烟道壁厚8mm，加固肋型号10，加固肋间距1000mm，材料为钢Q235-A。2.4.3管道弯头布置的优化（第三次方案选择）在确定了圆形管道方案最佳的壁厚、加固肋型号和加固肋间距后，根据设备厂家提供的接口尺寸及嘉兴三期工程的总平布置，利用PDMS三维软件建模，初步有两种连接方案可供选择。90空间弯头圆管方案：最先考虑的是利用90弯头进行管系连接，该方案在空气预热器出口烟道处采用三方圆节设计，管系简单明了，支吊架设计制作简单。但该方案存在弯曲半径不能满足规范的要求，具体分析如下：嘉兴三期工程空预器出口烟道中心标高为11.76米，除尘器入口标高20.40米，高差为8.64米；直径4520mm的弯头

17、根据规范要求其弯曲半径至少为R=4570mm（缓转弯头），两个90弯头布置的空间至少需要9.1米的净空，这还是未考虑弯头连接设置直管及补偿器的空间；若突破规范要求，减小弯头弯曲半径（急转弯头）势必引起管道阻力的增加，经计算急转弯头比缓转弯头的阻力值约增加20%。管道采用90弯头后成空间或“Z”形弯头布置，难以满足烟风煤粉管道技术规程（DL/T5121-2000）第4.1.7规定的LN3Ddl的要求。因此“90。空间弯头圆管方案”不是最优方案！非90空间弯头圆管方案：从上述分析可知，90空间弯头圆管方案的不合理性主要是由于其弯头选择的不合理。根据空间弯头角度越小阻力值越低以及弯头角度越小弯头间直

18、段长度越长的原理，若采用小于90空间弯头的连接方式，90空间弯头圆管方案的两点不足正好可以解决。由此形成非90空间弯头圆管方案：该方案利用小于90空间组合弯头连接三方圆节后至除尘器之间烟道，管道布置更加灵活多变，与方案一相比钢材更省，阻力更小，但支吊比较复杂。针对上述的两个方案，从钢材耗量、运行阻力大小的估算和施工难易程度方面进行了对比分析，具体见技术方案对比分析表。技术方案对比分析表序号方案评价是否采用钢材耗量、运行阻力大小施工难易程度190空间弯头圆管方案一台炉钢材耗量280吨、运行阻力约620Pa通过90圆管弯头连接，管道横平竖直，布置简单，支吊架制作简单方便否2非90空间弯头圆管方案一

19、台炉钢材耗量266吨、运行阻力约600Pa，与矩形管道方案相比，钢材节省约64吨，阻力降低200Pa。由于管道由非90圆管弯头空间连接，管道带“斜管”支吊架设计及制作复杂，非90圆管弯头须特殊制作，现场施工相对较困难采用由上表可知，对于非90空间弯头圆管方案，除支吊架设计制作复杂、管道现场施工困难外，钢材耗量及运行阻力均优于90空间弯头圆管方案，达到了预定目标。小组认为通过设计和施工单位的努力，上述非90空间弯头圆管是可行的。通过三轮对比，最终我们选择了“非90空间弯头圆管方案“！2.5制定对策表明确了最佳方案即“非90空间弯头圆管方案”以及烟道壁厚、加固肋型号和加固肋间距等参数后，小组成员对

20、该方案在实施过程中可能会遇到的难点进行了全面的分析，并及时与施工单位进行了沟通。在此基础上，针对主要难点制定了相应的对策及措施，具体见下表。主要难点和对策措施表序号主要难点对策目标措施负责人完成时间1圆管结构强度及加固肋选型设计困难 选择合理的壁厚 选择合理的加固肋及加固肋间距使圆形烟道壁厚及加固肋选型满足结构强度要求利用STAADPRO建模并进行结构应力计算，试算出最优力龚健张加权10.06.202不规则弯头及支架须重新设计 D-LD2000中规定风道焊接弯头均由2230和1115角度扇形节组合而成，而空间弯头的角度不可能为规则角度 弯头上的支架采用更为合理的型式。 尽量减少弯头扇形节种类数

21、及拼接数，缩短施工周期 托架满足强度要求，且便于现场施工 每个弯头的扇形节数量不超过5节，每个扇形节角度进行优化 弯头处支架采用托架型式张加权胡蓉10.8.253管道现场安装误差的控制 空间弯头的对接部分现场定位要准确 支吊架设置要合理尽量减少因现场施工误差引起的管道安装困难 利用PDMS强大的建模功能，在施工图中标出各零件的关键特性点的坐标，便于现场施工 优化支吊架设计张加权徐志超10.11.104管道现场对接及起吊困难 空间弯头临抛方案合理 吊装既要准确又要安全在不增加钢梁的情况下利用现有施工条件使管道准确安装对接 采用临时的支吊措施，挂设手拉葫芦或用千斤顶等工具进行缓慢调整 支吊架现场放

22、样设计周明钢薛建纲徐志超10.12.182.6按对策表实施对难点一：详见第二次方案选择，中小型机组的烟道加固肋选型都采用规范中图表选取的方法，简单方便。百万机组的矩形烟道加固肋多沿用600MW机组方案并通过估算加大型钢型号的方法进行选型，这无疑会造成材料的浪费，应用有限元分析的方法，可以精确控制管道的应力，通过动态选择不同的因素在满足结构的条件下优选出钢材最省的方案，这是本QC小组的一大收获。对难点二：烟风煤粉管道零部件典型设计手册（D-LD2000）中罗列的弯头有45、6730、90焊接弯头且规定所有弯管节只用2230的扇形节组合而成。而优化过的烟道由30、60、62.11、50.66、67

23、.91、76.47、71.49。等“非标”弯头连接而成。下图以71.49。弯头制作为例，其中弯头扇形节不超过5节。弯头扇形节拼接详图弯头支座由10mm、20mm的钢板拼焊而成，支座与弯头相贯部分整个支座受力均匀，强度牢靠。由一块较大的钢板紧贴弯头管壁满焊，详细结构型式见下图。弯头支座立面图弯头支座平面图对难点三：利用PDMS强大的建模功能，找出各管件特性点坐标并汇总为管系坐标表（本课题管件数多达168个），这极大地方便了现场施工，对难以在平面图上标示的尺寸，利用坐标表达是个补充。HT7HJLULJ.JnM-TfrT?.ULii-jr-j.AJ-JJLUAIUsJLUU.WJl；.PHJJJ-M

24、-JM-JUUL-J11AJ时哭瓯EL=13E3til15716.?133E4DXIDpJL7tflffiEH.37350g做硕：,U76Q.N1F洌33S婀3T。的iMR*氏注.!）L=OD13西朋8353E4DADILF印mJ口己冽成!P15K4HQ0;iU760.H甲用#S-LKrn?；,-0L-网圮01565&9H355E4DADbJPtfl.D-113E76.seP15524C10Q.U760.IM顷菸凋知次NESIEE：R-457D订叫L.97J54G27J3TJL7&1J：!I实敏第*L5524M031170.iraiaas-j血-购A惘itti阴笠聘日L-3340I如湖副J52

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28、起的土建及施工成本的降低。这对优化类似大容量发电机组烟道的设计，减少耗钢量及运行阻力，减少工程建设周期与投资提供了很好的借鉴和推广作用，特别是对设计而言，优化后的烟道设计方案突破了常规的设计思路。因此利用先进的设计软件解决工程实际问题将是设计、施工等企业发展的一个方向！2.8总结与今后打算2.8.1总结和推广应用结合工程实践，通过PDCA活动程序，本QC小组圆满完成了基于嘉兴三期2X1000MW工程“1000MW级燃煤机组除尘器前烟道设计优化”的课题。从经济效益来看，合理选择烟道壁厚、加固肋及加固肋间距十分必要；对除尘器前烟道采用圆管方案是可行的，特别是采用“非90空间弯头的圆管方案”技术上更

29、为合理，经济效益更为可观。从社会效益来看，本QC成果对优化类似大容量发电机组具有很好的借鉴和推广前景，目前我院设计的浙能舟山六横电厂、华润苍南电厂（2X1000MW超超临界机组）正考虑采用本QC小组优化设计成果。在整个课题研究中，得到了业主方浙能嘉华公司、建设方浙江电力建设公司、施工方浙江火电等单位的大力支持和参与，对施工进度和施工工艺亦做了充分的考虑。2.8.2体会和今后打算“精心设计、科学管理，为顾客提供符合法规、满足要求的产品和服务”是浙江省电力设计院的质量目标，也是我们设计的准绳，除尘器前烟道是锅炉专业设计中的重点和难点，关系到全厂安全运行，本次小组活动在烟道设计优化方面取得了较好的效果，对于其他烟风道的优化处理方案的跟踪和研究是今后小组的工作方向。小组正对下一个QC课题“热一次风道的设计优化”做精心的准备。通过这次活动，大家增强了工作的自信心和积极性，增强了依靠集体智慧，互相团结协作解决生产实际问题的能力。同时，我们感到技术在不断进步，知识在不断更新，我们要不断地学习，提高自己的业务水平，并且科学大胆地使用新技术，更好地为电力生产服务。本小组将一如既往的开展QC小组活动，解决工程设计、施工、运行上的难点和问题，不断进步和提高。