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摘 要：本课题研究通过调查一系列我司及其他专业厂家的渣库设计、施工、使用运行情况，重点分析了火力发电厂渣库的工艺特点及结构形式对渣库工程量的影响，结合火力发电厂EPC项目的实施特点和要求，综合分析得出了适合火力发电厂EPC项目的结构形式——钢渣库，进一步总结出了钢渣库的工程量优化设计。
关键词：渣库工程量;火力发电厂EPC;钢渣库
1.前言
渣库是火力发电厂除渣系统中重要的组成部分，虽然渣库在发电厂工艺上属于除渣系统的设备，但由于其明显的筒仓结构性质，通常在火力发电厂设计中归属于结构专业构筑物设计;其工程量在除渣系统中占有较为可观的比重，尤其在对于EPC项目，研究渣库工程量的影响因素及合理便捷的工程量统计方法具有不可忽视的重要意义。
本课题主要研究火力发电厂渣库的工艺特点及结构形式对其工程量的影响，立足于火力发电厂EPC项目的实施特点和要求，通过对一系列电厂项目的渣库设计、施工、使用运行情况，综合分析总结出一套适合EPC项目的合理便捷的工程量优化方法。
2.火力发电厂渣库工艺特点及结构形式分析
2.1 渣库工艺特点分析
渣库是火力发电厂除渣系统中重要的组成部分，是用于中转和储存煤渣的设备，它接收来自输送设备（如链斗输送机、斗式提升机）输送来的锅炉底渣，短暂存储后由专用的卸料设备采用干式或加湿的方式外运。
其中最主要载荷部分为储存煤渣的渣仓，其余设备对渣庫结构的影响相较而言渣仓的容积一般按所配锅炉48小时的底渣量来确定，根据储存量、储存及外运时间、输渣设备的布置、周围场地条件选择合适的直径。一般渣仓的最大容积按照充满系数0.7～0.8计算，故在锅炉规模确定的情况下，影响渣仓容量或直径主要可变因素为储存及外运时间。通过对一系列电厂项目的渣库使用及运行情况的调查，因为锅炉系统运行安全的考虑，通常渣库外运时间为2-4日，基本满足锅炉48小时底渣量，故渣仓过大的冗余容量是没有必要的。
根据除渣工艺专业的分析比较计算，结合电厂的规模大小，得出三种较为经济且常用的渣仓容量及直径：容量300m3（直径7m）、容量500m3（直径8.5m）、容量700m3（直径9.9m）。
2.2 渣库结构形式分析
根据渣库的工艺特点和组成，渣库的结构形式主要由上部筒仓结构（渣仓及渣斗）和下部支承结构组成。对于上部筒仓结构，分为矩形筒仓与圆形筒仓，通常选用更为经济的圆形筒仓，不再赘述。对于下部支承结构，一般有框架支承、筒壁落地支承、仓底直接落地支承及筒壁和柱子联合支承等。通过对一系列电厂项目的渣库设计的总结，通常采用结构形式更为灵活的框架支承形式。
根据材料分类，主要有钢筋混凝土筒仓+钢筋混凝土支承结构、钢筒仓+钢筋混凝土支承结构、钢筒仓+钢支承结构。通过对同规模大小的钢筋混凝土结构渣库与钢结构渣库的工程量初步比较，钢筋混凝土结构渣库在造价上更具有优势;考虑到筒仓结构采用钢筋混凝土施工较为复杂，故在以往的设计项目中经常采用钢筒仓+钢筋混凝土框架支承结构的形式。
而在火力发电厂EPC项目中，项目工期目标是项目成功的首要条件。为了保证锅炉产汽里程碑节点，在进度计划安排时通常优先考虑保证完成首台锅炉的建造与试运，而渣库是锅炉运行必要条件，且渣库通常位于锅炉区域内，故渣库一般与首台锅炉同时进行施工。故渣库施工工期与施工的便利性在EPC项目中是主要考虑因素。对于钢筒仓+钢筋混凝土框架结构的渣库，由于砼结构的支模、混凝土养护等要求，脚手架需要长时间设置;渣库位置的工作面常常处于首台锅炉附近，常常与锅炉施工产生矛盾;施工精度不高还会导致钢筒仓与砼结构连接不可靠、螺栓位置不准无法安装等一系列质量问题;以上问题都可能导致渣库施工工期加长以及施工措施费、返工费等隐性工程量的增加，从而使得钢筒仓+钢筋混凝土框架形式的渣库的造价优势变为劣势。
相较而言，采用全钢结构（钢筒仓+钢框架）形式的渣库，就可避免上述一系列问题，可通过工厂预制使得现场安装施工工期大大缩短，现场施工工程量降低，做到与锅炉做到同步施工，且降低筒仓与支承结构连接质量风险。
3.钢渣库工程量优化分析
对于圆形全钢结构渣库，GB50884-2013《钢筒仓技术规范》给出了较完整的设计规定及设计流程，设计内容主要包括以下部分：仓顶、仓壁、仓底漏斗、仓底环梁以及支承结构与基础。
3.1荷载分析
仓顶：主要为斗提机、除尘器等设备布置层，主要恒载为仓顶平台结构自重，活载为设备荷载、检修荷载、雪荷载、风荷载等。仓顶竖向力可由仓顶环梁均匀传给下部结构。
仓壁：主要为渣料储存，主要恒载为仓顶结构自重、仓壁自重，活载为储料作用摩擦力、储料水平压力、风荷载、仓顶竖向活载等。荷载均为作用于仓壁单位周长上的线均布荷载。
仓底漏斗：主要恒载为上部结构自重、漏斗自重，活载为储料竖向压力、储料法向压力、风荷载等。
仓底环梁：主要恒载为环梁自重、上部结构自重、漏斗自重，活载为仓壁传来竖向力、漏斗传来径向力等。
支承结构：主要有卸料平台、底料位计平台层，主要恒载为支承结构自重，活载为设备荷载、检修荷载、雪荷载、风荷载等。
对于钢渣库，主导活荷载为渣料自重;仓壁、渣斗、仓底环梁自重通常占渣库本体50%左右;下部框架支承结构可通过PKPM等结构计算软件对进行计算，实际计算验证表明，下部框架支承结构可优化空间较小。所以对上部筒仓结构（仓壁、渣斗、仓底环梁）的优化是钢渣库工程量优化设计的关键。
3.2构件形式选用分析
（1）通用优化规则：
（a）钢构件重量主要由净截面面积决定，在钢构件选择时，应在宽厚比、高厚比满足要求的情况下，尽量选择截面“大而薄”的构件，从而使得单位重量的构件能够承受更大的荷载。
（b）对于主要大型构件，采用高牌号钢材。采用高牌号钢材可使得构件截面显著减小，从而使得单位价格的钢材能够承受更大荷载。
（2）支承框架结构钢柱：采用箱型柱。箱型柱采用钢板在工厂加工制成，相对于H型钢柱、圆管柱、格构式柱，单位截面有更大的抗弯能力;并且与其他构件连接节点简单，方便现场安装，从而减少现场人工，总体降低施工工程量。
（3）渣仓仓壁：由于渣库为连续工作设备，煤渣从仓顶落下对仓壁会产生长期持续的磨损，故采用无加劲肋焊接仓壁时，为了防止仓壁不均匀磨损而导致钢板在偶然荷载下屈曲，常常人为地增加仓壁厚度，过多的冗余导致浪费;
当采用设置横向及竖向加劲肋的钢板焊接仓壁时，横向加劲肋与仓壁共同抗拉及抗风，竖向加劲肋与仓壁构成组合体，共同承担拉、压应力及弯矩;同时横向及竖向加劲肋将仓壁分隔成较小板元，使得仓壁厚度尽量减小而又不至于屈曲变形;同时，可将仓壁分段，根据不同分段的荷载大小及磨损情况确定不同壁厚，如将仓壁上部荷载及磨损较小部分的壁厚减小;通过计算，可有效减少仓壁厚度的冗余量，使渣库整体用钢量显著下降。
（4）渣斗：渣斗设置横向加劲肋。与仓壁加劲肋类似，横向加劲肋与斗壁共同抵抗由风荷载及由于渣料作用于斗壁而产生的环向拉力。通过计算，可有效减少仓壁厚度的冗余量，使渣库整体用钢量显著下降。
4.结语
根据以上钢渣库工程量的优化分析，研究明确了采用钢渣库的基本结构形式及主要构件形式的优点，并详细分析了影响钢渣库工程量的因素，得出优化方法，对于EPC项目投标阶段和实施阶段的工程量估算具有较实用的意义。
关键词：渣库工程量;火力发电厂EPC;钢渣库
1.前言
渣库是火力发电厂除渣系统中重要的组成部分，虽然渣库在发电厂工艺上属于除渣系统的设备，但由于其明显的筒仓结构性质，通常在火力发电厂设计中归属于结构专业构筑物设计;其工程量在除渣系统中占有较为可观的比重，尤其在对于EPC项目，研究渣库工程量的影响因素及合理便捷的工程量统计方法具有不可忽视的重要意义。
本课题主要研究火力发电厂渣库的工艺特点及结构形式对其工程量的影响，立足于火力发电厂EPC项目的实施特点和要求，通过对一系列电厂项目的渣库设计、施工、使用运行情况，综合分析总结出一套适合EPC项目的合理便捷的工程量优化方法。
2.火力发电厂渣库工艺特点及结构形式分析
2.1 渣库工艺特点分析
渣库是火力发电厂除渣系统中重要的组成部分，是用于中转和储存煤渣的设备，它接收来自输送设备（如链斗输送机、斗式提升机）输送来的锅炉底渣，短暂存储后由专用的卸料设备采用干式或加湿的方式外运。
其中最主要载荷部分为储存煤渣的渣仓，其余设备对渣庫结构的影响相较而言渣仓的容积一般按所配锅炉48小时的底渣量来确定，根据储存量、储存及外运时间、输渣设备的布置、周围场地条件选择合适的直径。一般渣仓的最大容积按照充满系数0.7～0.8计算，故在锅炉规模确定的情况下，影响渣仓容量或直径主要可变因素为储存及外运时间。通过对一系列电厂项目的渣库使用及运行情况的调查，因为锅炉系统运行安全的考虑，通常渣库外运时间为2-4日，基本满足锅炉48小时底渣量，故渣仓过大的冗余容量是没有必要的。
根据除渣工艺专业的分析比较计算，结合电厂的规模大小，得出三种较为经济且常用的渣仓容量及直径：容量300m3（直径7m）、容量500m3（直径8.5m）、容量700m3（直径9.9m）。
2.2 渣库结构形式分析
根据渣库的工艺特点和组成，渣库的结构形式主要由上部筒仓结构（渣仓及渣斗）和下部支承结构组成。对于上部筒仓结构，分为矩形筒仓与圆形筒仓，通常选用更为经济的圆形筒仓，不再赘述。对于下部支承结构，一般有框架支承、筒壁落地支承、仓底直接落地支承及筒壁和柱子联合支承等。通过对一系列电厂项目的渣库设计的总结，通常采用结构形式更为灵活的框架支承形式。
根据材料分类，主要有钢筋混凝土筒仓+钢筋混凝土支承结构、钢筒仓+钢筋混凝土支承结构、钢筒仓+钢支承结构。通过对同规模大小的钢筋混凝土结构渣库与钢结构渣库的工程量初步比较，钢筋混凝土结构渣库在造价上更具有优势;考虑到筒仓结构采用钢筋混凝土施工较为复杂，故在以往的设计项目中经常采用钢筒仓+钢筋混凝土框架支承结构的形式。
而在火力发电厂EPC项目中，项目工期目标是项目成功的首要条件。为了保证锅炉产汽里程碑节点，在进度计划安排时通常优先考虑保证完成首台锅炉的建造与试运，而渣库是锅炉运行必要条件，且渣库通常位于锅炉区域内，故渣库一般与首台锅炉同时进行施工。故渣库施工工期与施工的便利性在EPC项目中是主要考虑因素。对于钢筒仓+钢筋混凝土框架结构的渣库，由于砼结构的支模、混凝土养护等要求，脚手架需要长时间设置;渣库位置的工作面常常处于首台锅炉附近，常常与锅炉施工产生矛盾;施工精度不高还会导致钢筒仓与砼结构连接不可靠、螺栓位置不准无法安装等一系列质量问题;以上问题都可能导致渣库施工工期加长以及施工措施费、返工费等隐性工程量的增加，从而使得钢筒仓+钢筋混凝土框架形式的渣库的造价优势变为劣势。
相较而言，采用全钢结构（钢筒仓+钢框架）形式的渣库，就可避免上述一系列问题，可通过工厂预制使得现场安装施工工期大大缩短，现场施工工程量降低，做到与锅炉做到同步施工，且降低筒仓与支承结构连接质量风险。
3.钢渣库工程量优化分析
对于圆形全钢结构渣库，GB50884-2013《钢筒仓技术规范》给出了较完整的设计规定及设计流程，设计内容主要包括以下部分：仓顶、仓壁、仓底漏斗、仓底环梁以及支承结构与基础。
3.1荷载分析
仓顶：主要为斗提机、除尘器等设备布置层，主要恒载为仓顶平台结构自重，活载为设备荷载、检修荷载、雪荷载、风荷载等。仓顶竖向力可由仓顶环梁均匀传给下部结构。
仓壁：主要为渣料储存，主要恒载为仓顶结构自重、仓壁自重，活载为储料作用摩擦力、储料水平压力、风荷载、仓顶竖向活载等。荷载均为作用于仓壁单位周长上的线均布荷载。
仓底漏斗：主要恒载为上部结构自重、漏斗自重，活载为储料竖向压力、储料法向压力、风荷载等。
仓底环梁：主要恒载为环梁自重、上部结构自重、漏斗自重，活载为仓壁传来竖向力、漏斗传来径向力等。
支承结构：主要有卸料平台、底料位计平台层，主要恒载为支承结构自重，活载为设备荷载、检修荷载、雪荷载、风荷载等。
对于钢渣库，主导活荷载为渣料自重;仓壁、渣斗、仓底环梁自重通常占渣库本体50%左右;下部框架支承结构可通过PKPM等结构计算软件对进行计算，实际计算验证表明，下部框架支承结构可优化空间较小。所以对上部筒仓结构（仓壁、渣斗、仓底环梁）的优化是钢渣库工程量优化设计的关键。
3.2构件形式选用分析
（1）通用优化规则：
（a）钢构件重量主要由净截面面积决定，在钢构件选择时，应在宽厚比、高厚比满足要求的情况下，尽量选择截面“大而薄”的构件，从而使得单位重量的构件能够承受更大的荷载。
（b）对于主要大型构件，采用高牌号钢材。采用高牌号钢材可使得构件截面显著减小，从而使得单位价格的钢材能够承受更大荷载。
（2）支承框架结构钢柱：采用箱型柱。箱型柱采用钢板在工厂加工制成，相对于H型钢柱、圆管柱、格构式柱，单位截面有更大的抗弯能力;并且与其他构件连接节点简单，方便现场安装，从而减少现场人工，总体降低施工工程量。
（3）渣仓仓壁：由于渣库为连续工作设备，煤渣从仓顶落下对仓壁会产生长期持续的磨损，故采用无加劲肋焊接仓壁时，为了防止仓壁不均匀磨损而导致钢板在偶然荷载下屈曲，常常人为地增加仓壁厚度，过多的冗余导致浪费;
当采用设置横向及竖向加劲肋的钢板焊接仓壁时，横向加劲肋与仓壁共同抗拉及抗风，竖向加劲肋与仓壁构成组合体，共同承担拉、压应力及弯矩;同时横向及竖向加劲肋将仓壁分隔成较小板元，使得仓壁厚度尽量减小而又不至于屈曲变形;同时，可将仓壁分段，根据不同分段的荷载大小及磨损情况确定不同壁厚，如将仓壁上部荷载及磨损较小部分的壁厚减小;通过计算，可有效减少仓壁厚度的冗余量，使渣库整体用钢量显著下降。
（4）渣斗：渣斗设置横向加劲肋。与仓壁加劲肋类似，横向加劲肋与斗壁共同抵抗由风荷载及由于渣料作用于斗壁而产生的环向拉力。通过计算，可有效减少仓壁厚度的冗余量，使渣库整体用钢量显著下降。
4.结语
根据以上钢渣库工程量的优化分析，研究明确了采用钢渣库的基本结构形式及主要构件形式的优点，并详细分析了影响钢渣库工程量的因素，得出优化方法，对于EPC项目投标阶段和实施阶段的工程量估算具有较实用的意义。