60m无中心支承水泥熟料库顶结构技术

• 项目简介

技术革新成果主要内容、创新点和应用推广情况

现代大型水泥熟料生产线在储存熟料时，一般都采用大直径熟料库，直径达到Æ60m，甚至更大。

由于库直径较大，以往结构设计时，都要在库中心设置内筒或内柱来支承库顶屋盖及熟料链斗输送机用桁架。在生产过程中，由于熟料对内筒或内柱长时间的不断磨损和冲刷，再加上高温的作用，会严重威胁结构的安全。因而，有许多水泥厂不得不经常停窑对内筒或内柱进行不断维护和加固，较严重地影响了生产。

为从根本上彻底解决这一问题，中国中材国际工程股份有限公司南京水泥设计研究院，克服了一系列技术难关，攻关研发了“无中心支承Æ60m水泥熟料库库顶结构技术”。该技术不仅取消了设置在熟料库中心的内筒或中心柱，根本性地解决了以往大直径熟料库（库中心设置内筒或内柱）存在的结构安全隐患问题，且直接采用了投资节省、结构安全度高、施工方便的大直径网壳屋盖系统。

该技术还采取特殊方法克服了总体技术革新中需要解决的诸多技术难题。如：网壳结构一般不宜承受有一定振动性质的较大竖向荷载，更不宜承受大的水平力。水泥厂的熟料是通过斜向链斗输送机送到库顶下料口的，链斗输送机的头部支撑在库顶屋盖上，水平力很大，竖向荷载也较大。针对这个情况，我们把链斗输送机头部在库顶网壳上的支座设计成滚动支座和滑动支座，让链斗输送机头部的较大水平力尽可能通过熟料输送桁架直接传至烧成窑头的熟料输送地坑，这样，网壳只承受自重、灰载、库顶工艺设备荷载、网壳上方钢屋盖的荷载及链斗输送机头部的竖向力及少部分水平力。

“无中心支承Æ60m水泥熟料库顶结构技术”已成功应用于河南大地5000t/d水泥生产线，应用效果好，取得的经济和社会效益显著，赢得了业主的赞誉。该创新技术经济合理、安全可靠，水泥行业的众多业主都希望在扩建或新建项目时要采用这种无内筒或内柱支撑的新型熟料库，该技术的推广应用前景广阔。

• 项目详细内容

1、实施的背景（立项时技术状况、主要技术经济指标、存在的技术问题）

以往中小型水泥生产线的水泥熟料产量在2500t/d左右，由于熟料日产量较小，储存熟料时，通常采用直径Æ18m以下的熟料库。现代大型水泥生产线的水泥熟料产量达到了5000t/d以上（含5000t/d），这样，小直径的熟料库就储量不够了，需要采用大直径熟料库，其直径达到Æ60m，甚至更大。

由于库直径较大，加上熟料链斗机荷载很大，以往结构设计时，都要在库中心设置内筒或内柱来支承库顶屋盖及熟料链斗机用桁架。所谓内筒就是在大库中心再设一个直径10～15米的小圆库，高度直至库顶板，所谓内柱就是在大库中心直径约10～15米处设置8～12根混凝土柱，中间设横梁及斜撑，高度直至库顶板，库顶屋盖系统是支承在大库筒壁及内筒或内柱上的。虽然设计时采取了人为加大内筒的混凝土保护层厚度、梁柱的四角预埋角钢保护、加柱间支撑以增加刚度等一系列措施，但在生产过程中，由于熟料从库顶下料口落下时对内筒或内柱长时间的磨损和冲刷，有些水泥厂熟料库的内筒混凝土保护层都被磨掉了，钢筋裸露在外，时间长了就会锈蚀，更严重的有些内柱之间的拉梁及斜撑都会被冲断，威胁到结构的安全，存在较大的安全隐患。此外，有时冷却机出口的熟料温度过高，会降低混凝土的强度，加快内筒混凝土表面的剥落。由于上述原因，有许多水泥厂不得不经常停窑对内筒或内柱进行维护甚至加固，较严重地影响了生产。而全国这种形式的熟料库约有70个，保守估计，每年仅因停窑检修和维修维护等的利润损失和投入就达上亿元。

针对以上情况，2005年，中材国际南京院会同徐州通域空间结构有限公司，立项并攻关研发了“无中心支承Æ60m水泥熟料库顶结构技术”，根本性地解决了以往大直径熟料库（库中心设置内筒或内柱）存在的结构安全隐患问题。采用该技术的一条5000t/d水泥熟料生产线，与采用老式熟料库相比，一次性土建建设投资费用可节省约260万元，减少停窑检修（每3年一次的检修周期）而获得的毛利收益和节省检修投入的费用达510 万元，该创新技术性能好、投资省、经济合理、安全可靠、效益显著。

2、详细的技术革新内容

为根本性地解决以往大直径熟料库（库中设置内筒或内柱）遭受非常温水泥熟料对内筒或内柱的长时间冲刷磨损难题，中材国际南京院会同徐州通域空间结构有限公司展开了深入细致地攻关研究：首先必须取消内筒或内柱，因为内筒或内柱已经成了熟料库设计的硬伤和安全可靠的关键影响因素，几乎大部分水泥厂都或轻或重的出现了问题。如果取消内筒或内柱，库顶屋盖设计大致有三种方案：① 库顶作钢桁架结构，②增加一个次熟料库，吃掉链斗输送机的水平力，库顶作网壳结构，③直接作网壳结构（见熟料输送廊道立面图）。方案①用钢量比较大，吊装施工比较困难，对施工器具要求高。方案②总图布置没有位置，设备费增加，工艺流程复杂。方案③用钢量较小，总图布置也不需要作变动，施工方便。经过深入研究、反复论证、不断优化，攻克了一系列相关技术难题，最终优化采取了技术经济最佳的方案③：网壳结构，该网壳结构技术具有投资节省、结构安全度高、施工方便、建设工期短等显著优点。

在总体技术革新中，我们还解决了诸多相关技术难题。熟料库顶并不是单纯的屋盖，库顶有收尘设备，最关键的是水泥熟料是通过斜向熟料链斗输送机送到库顶下料口的，熟料链斗输送机的头部水平力和竖向荷载都需要网壳结构支承。熟料链斗输送机桁架头部支座的竖向力达到1500kN，其水平力共达到750kN。这些荷载如果全部由网壳承担，那用钢量将相当大，将增加很大一笔费用。为确保安全可靠并节省投资，经过反复论证优化，我们采取了这样的有效技术措施：将熟料链斗输送机头部直接放在熟料输送机用桁架的悬挑平台上，再将桁架在库顶的支座改成滚动支座和滑动支座，考虑不利因素，让网壳承受竖向荷载，并尽量少地承受水平力（大部分水平力通过熟料链斗输送机桁架传至窑头熟料输送地坑，从而直接传给地基），这样，就比网壳承受所有水平力节省了用钢量，同时结构安全度也得到了提升。

3、创新点

“无中心支承Æ60m水泥熟料库顶结构技术”采取了一系列创新技术，其主要创新点有：

取消了大直径水泥熟料库的支撑内筒或内柱，根本性地解决了以往带支撑内筒或内柱的大直径熟料库存在的结构安全隐患问题；屋盖采用了投资节省、结构安全度高、施工方便、建设工期短的Æ60m大直径网壳结构；将熟料链斗输送机头部直接放在熟料输送机用桁架的悬挑平台上，再将桁架在库顶的支座改成滚动支座和滑动支座，让链斗输送机头部的较大水平力尽可能通过熟料输送桁架直接传至烧成窑头的熟料输送地坑，大幅减少了网壳屋盖所受的水平推力荷载，尽可能减少了网壳屋盖结构的用钢量，并同时确保了结构的安全可靠。

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