李 莉

(中國電建集團(tuán)西北勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，西安 710065)

文章編號：1006—2610(2015)04—0062—03

混凝土出機(jī)口溫控措施在羊曲水電站的應(yīng)用

李 莉

(中國電建集團(tuán)西北勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，西安 710065)

羊曲水電站工程混凝土出機(jī)口有預(yù)冷、預(yù)熱兩方面溫控要求，通過將傳統(tǒng)空氣冷卻器改裝成冷暖交換器，在料倉中實(shí)現(xiàn)風(fēng)冷骨料、風(fēng)熱骨料。羊曲水電站工程采取的預(yù)冷、預(yù)熱措施有效地控制了混凝土出機(jī)口溫度。

混凝土出機(jī)口;預(yù)冷;預(yù)熱;風(fēng)冷;風(fēng)熱;骨料;冷暖交換器

0 前 言

在水電站工程中混凝土出機(jī)口溫度控制是大體積混凝土澆筑溫度控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，預(yù)冷混凝土出機(jī)口溫度控制是自三峽水電站工程以來不斷發(fā)展和日趨成熟的技術(shù)，近些年大型水電站工程主要分布在西南部，地區(qū)氣溫較高，混凝土的溫控措施集中體現(xiàn)在預(yù)冷措施方面，而隨著高寒地區(qū)水電站開發(fā)的加快發(fā)展，混凝土預(yù)熱措施將成為混凝土澆筑溫度控制的關(guān)鍵技術(shù)。本文主要介紹羊曲水電站工程混凝土拌和系統(tǒng)出機(jī)口兼有預(yù)冷、預(yù)熱兩方面溫控要求所采取的措施。

1 工程概況

羊曲水電站位于青海省海南州興?？h與貴南縣交界處，是黃河干流龍羊峽水電站上游“茨哈、班多和羊曲”3個(gè)規(guī)劃梯級電站的最下一級，裝機(jī)容量1 200 MW，工程規(guī)模為Ⅰ等大(1)型工程。

羊曲水電站地處高寒地區(qū)，平均海拔約2 700 m，多年平均7月份氣溫最高13.4 ℃，極端最高氣溫達(dá)31.8 ℃，預(yù)冷混凝土出機(jī)口溫度要求12 ℃；低溫期12—翌年2月停工，多年平均11月氣溫-4.9 ℃，極端最低氣溫達(dá)-23.9 ℃，預(yù)熱混凝土出機(jī)口溫度要求15 ℃。為了保證混凝土出機(jī)口溫度，拌和系統(tǒng)需配備制冷系統(tǒng)和供暖系統(tǒng)。

2 預(yù)冷混凝土出機(jī)口溫控措施

預(yù)冷混凝土小時(shí)生產(chǎn)能力240 m3/h，依據(jù)混凝土生產(chǎn)能力，確定預(yù)冷按3座HZ120-2F3000L攪拌站配置。羊曲水電站夏季7月份氣溫最高為13.4 ℃，自然出機(jī)口溫度17 ℃，要求混凝土出機(jī)口溫度12 ℃。采取的制冷措施為一次風(fēng)冷+冷水拌和。雖然這種預(yù)冷措施在水電站工程中廣泛應(yīng)用，但針對不同工程，制冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在風(fēng)冷效果、降低能耗等方面仍在不斷探索，以期達(dá)到高效率、低能耗的目標(biāo)。

本工程HZ120-2F3000L攪拌站的料倉為落地式中轉(zhuǎn)料倉，單個(gè)料倉斷面尺寸為2.5 m×4 m×7.5 m(高)，分大石、中石、小石、砂共6個(gè)料倉。骨料一次風(fēng)冷采用在中轉(zhuǎn)料倉配備空氣冷卻器和離心風(fēng)機(jī)構(gòu)建冷風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)，將大石(80～40 mm)、中石(40～20 mm)、小石(20～5 mm)由13.4 ℃冷卻到5 ℃?；炷涟韬筒捎?0 ℃冷凍水。冷源配置螺桿壓縮機(jī)、螺桿冷水機(jī)組及制冷輔機(jī)。

如何實(shí)現(xiàn)冷風(fēng)與成品骨料在中轉(zhuǎn)料倉內(nèi)進(jìn)行充分熱交換，與料倉進(jìn)、回風(fēng)口位置、風(fēng)道形式、倉內(nèi)風(fēng)速、冷卻時(shí)間等參數(shù)的設(shè)計(jì)有關(guān)。本工程中轉(zhuǎn)料倉進(jìn)出風(fēng)口位置需兼顧風(fēng)冷骨料和風(fēng)熱骨料2種工況，風(fēng)冷骨料所需冷卻時(shí)間長，根據(jù)風(fēng)冷骨料的條件確定進(jìn)出風(fēng)口的位置。

在冷卻區(qū)高度、進(jìn)風(fēng)溫度、回風(fēng)溫度、風(fēng)量多個(gè)變量條件下，如何合理配置空氣冷卻器、離心風(fēng)機(jī)是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)。經(jīng)驗(yàn)算法中，設(shè)定料倉斷面尺寸，按小時(shí)成品骨料用量進(jìn)行設(shè)置，常規(guī)為矩形以方便施工；進(jìn)風(fēng)溫度一般取比骨料終溫低5～15 ℃；經(jīng)濟(jì)風(fēng)速取值范圍：特大石(150～80 mm)，0.9～1.25 m/s；大石(80～40 mm)，0.7～0.9 m/s；中石(40～20 mm)，0.5～0.7 m/s；小石(20～5 mm)，0.4 ～0.5 m/s。設(shè)定上述參數(shù)后，推算冷風(fēng)循環(huán)量、骨料冷卻時(shí)間、回風(fēng)溫度、冷卻區(qū)高度(即進(jìn)出風(fēng)口高差)。

(1) 風(fēng)冷骨料制冷量計(jì)算

設(shè)計(jì)工況(tk=30 ℃，t0=-15 ℃)：

Q=ψGPCg(tc-tz)

(1)

式中：Q為設(shè)計(jì)工況冷負(fù)荷，kJ/h；ψ為系數(shù);G為每方混凝土各級骨料用量,kg/m3,按混凝土配合比取值;P為混凝土小時(shí)強(qiáng)度,m3/h;Cg為各級骨料的比熱,kJ/(kg·℃);tc為骨料初溫，℃；tz為骨料終溫,℃；

標(biāo)準(zhǔn)工況(tk=30 ℃，t0=-15 ℃)：

Qb=Q(1163/Qdj)

(2)

式中：Qb為標(biāo)準(zhǔn)工況冷負(fù)荷，kJ/h；Qdj為單機(jī)設(shè)計(jì)負(fù)荷，kW。

(2) 空氣冷卻器與常規(guī)型式不同，在于它不僅要滿足氨液在排管內(nèi)蒸發(fā)冷卻空氣，還要能夠滿足風(fēng)熱骨料措施中蒸汽與風(fēng)的熱交換，在此將其定義為冷暖交換器。冷暖交換器按設(shè)計(jì)要求非標(biāo)制作，冷暖交換器分上下2個(gè)區(qū)，上半部為風(fēng)加熱部位，設(shè)置有獨(dú)立的蒸汽排管，將蒸汽通入上部排管加熱風(fēng)。下半部為風(fēng)冷卻部位，設(shè)置獨(dú)立的氨液排管，將氨液通入下部排管冷卻風(fēng)。供風(fēng)系統(tǒng)與常規(guī)型式一致，即中轉(zhuǎn)料倉、冷暖風(fēng)機(jī)、離心風(fēng)機(jī)構(gòu)成供風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)。

(3) 冷風(fēng)機(jī)計(jì)算(單倉)

(3)

式中：Q為冷量，kJ/h；F為計(jì)算冷風(fēng)機(jī)面積，m2；K為傳熱系數(shù)，kJ/(m2·h·℃)，根據(jù)廠家資料取75.3；ΔTm為對數(shù)溫差，℃。

(4)

式中：tj為進(jìn)風(fēng)溫度，℃；tc為回風(fēng)溫度，℃；t0為蒸發(fā)溫度，℃。

(4) 羊曲水電站混凝土骨料風(fēng)冷參數(shù)見表1。

(5) 制冷水耗冷量計(jì)算

(5)

式中：Qw為設(shè)計(jì)工況冷水負(fù)荷，kW；k為損耗系數(shù)，一般可取1.1～1.2；P為高峰月小時(shí)強(qiáng)度，m3/h；gw為每方混凝土加水量，kg/m3；Cs為冷水比熱，kJ/(kg·℃)。

表1 風(fēng)冷計(jì)算參數(shù)匯總表

3 預(yù)熱混凝土出機(jī)口溫控措施

預(yù)熱混凝土小時(shí)生產(chǎn)能力114 m3/h，依據(jù)混凝土生產(chǎn)能力，確定預(yù)熱按2座HZ120-2F3000L攪拌站配置。按11月份氣溫-4.9 ℃計(jì)算，自然出機(jī)口溫度-2.2 ℃，要求出機(jī)口溫度15 ℃。預(yù)熱措施采取:成品料堆預(yù)熱骨料+1次風(fēng)熱骨料+熱水拌和。根據(jù)熱平衡計(jì)算，大石、中石、小石終溫14 ℃，并采用60 ℃熱水拌和，即可滿足出機(jī)口15 ℃的溫控要求。熱源采用蒸汽鍋爐，鍋爐的容量按系統(tǒng)所需熱負(fù)荷進(jìn)行配置。

低溫期拌和系統(tǒng)運(yùn)行不僅要對原材料進(jìn)行加熱以達(dá)到出機(jī)口溫度，系統(tǒng)內(nèi)的各車間均應(yīng)考慮供暖才能保證正常運(yùn)行。預(yù)熱措施如下：

(1) 對料堆骨料進(jìn)行加熱。結(jié)合系統(tǒng)內(nèi)車間供暖，成品料堆、篩分調(diào)節(jié)料堆采用埋設(shè)散熱排管，散熱排管內(nèi)通蒸汽的方式對骨料進(jìn)行加熱，防止骨料凍結(jié)。散熱排管由?159 mm×6和?108 mm×4兩種鋼管加工而成，每個(gè)下料口布設(shè)2個(gè)。散熱排管在料堆內(nèi)受骨料的側(cè)壓力影響容易變形倒塌，應(yīng)將每個(gè)下料口布設(shè)的2個(gè)散熱排管制作成整體式，以增強(qiáng)自身穩(wěn)定性，另外在散熱排管上部用2道角鋼進(jìn)行加固。

料堆內(nèi)的熱負(fù)荷計(jì)算，為簡化計(jì)算，認(rèn)為排管放出的熱量全部被骨料吸收，按下式計(jì)算：

Qn=FnKn(tm-tc)

(6)

(2) 骨料在中轉(zhuǎn)料倉內(nèi)用熱風(fēng)加熱，熱風(fēng)由暖風(fēng)機(jī)提供。

暖風(fēng)機(jī)面積計(jì)算。熱媒為蒸汽，入口溫度t=100 ℃， 壓力P=0.1MPa，單座攪拌站暖風(fēng)機(jī)計(jì)算。

(7)

式中：Q為熱量，kJ/h；F為計(jì)算暖風(fēng)機(jī)面積，m2；K為傳熱系數(shù)，kJ/(m2·h·℃)；Δtp為熱媒與空氣之間的平均溫差，℃。

(8)

式中：tg為蒸汽溫度，℃，取100 ℃；t1為加熱前空氣溫度，℃，取25 ℃；t2為加熱后空氣溫度，℃，取45 ℃。

(3) 熱風(fēng)供風(fēng)量計(jì)算

(9)

式中：ra為空氣容重1.29kg/m3；Q為熱量，kJ/h； il為進(jìn)風(fēng)溫度的焓，kJ/kg；i0為回風(fēng)溫度的焓，kJ/kg。

11月份平均相對濕度為47%，進(jìn)風(fēng)溫度tj=45 ℃，查圖[3]il=124kJ/kg；回風(fēng)溫度th=25 ℃，查圖[3]i0=49kJ/kg。

(4) 中轉(zhuǎn)料倉骨料初溫按4 ℃計(jì)算。從計(jì)算數(shù)據(jù)中可以看出，在受熱區(qū)高度確定的情況下，由于蒸汽間接加熱，進(jìn)風(fēng)溫度較高，與骨料的溫差較大，使得循環(huán)風(fēng)量減小，對應(yīng)風(fēng)速低、料層阻力小。由于風(fēng)冷、風(fēng)熱的風(fēng)源按供風(fēng)量大的冷風(fēng)量配置離心風(fēng)機(jī)，因此在風(fēng)熱中暖風(fēng)量比計(jì)算值大，可以通過調(diào)節(jié)蒸汽量來影響進(jìn)風(fēng)溫度達(dá)到控制加熱溫度。

骨料風(fēng)熱計(jì)算參數(shù)見表2。

(5) 拌和用熱水，采用60 ℃熱水，規(guī)范[4]規(guī)定拌和熱水最高不能超過60 ℃，熱水熱負(fù)荷計(jì)算。

表2 骨料風(fēng)熱計(jì)算參數(shù)匯總表

Q=(1.06～1.15)CwPW(Tw-T1)

(10)

式中：Q為熱負(fù)荷，kJ/h；P為混凝土強(qiáng)度，m3/h；W為每方混凝土水的用量，kg/m3；Cw為水的比熱，kJ/(m2·h·℃)；Tw為拌和熱水溫度，℃；T1為當(dāng)月水溫，℃；

(6) 膠帶機(jī)棧橋采用下承式，用5cm厚聚苯乙烯夾心保溫板圍護(hù)，膠帶機(jī)兩側(cè)沿線設(shè)?108mm×4散熱鋼管，以避免膠帶機(jī)運(yùn)行打滑。此外，攪拌站、空壓機(jī)房、外加劑間、鍋爐房、辦公室均需采暖，若砂石加工系統(tǒng)與混凝土拌和系統(tǒng)聯(lián)合布置，篩分車間、破碎車間、試驗(yàn)室等也均需采暖。采暖熱負(fù)荷按上述公式計(jì)算?？紤]到系統(tǒng)為臨建工程，各車間的供暖采用自制的散熱器，用無縫鋼管焊接而成。

(7) 蒸汽加熱拌和用水時(shí)加熱設(shè)備的選擇原則。當(dāng)用蒸汽間接加熱拌和水時(shí)，如果用水量較大，從設(shè)備完善性和運(yùn)行可靠性出發(fā)，應(yīng)選用定型產(chǎn)品——汽水熱交換器；如果用水量不大，則可采用簡單的熱交換器，在這種交換器的箱內(nèi)裝設(shè)蛇形盤管即可。辦公室供暖采取熱水熱媒，設(shè)計(jì)中采取管殼式汽水交換器制熱水，采取機(jī)械循環(huán)熱水供暖的形式。對于攪拌站拌和、外加劑溶液配制用熱水均采取在水箱內(nèi)設(shè)蛇形盤管制熱水。

4 結(jié) 語

羊曲水電站工程混凝土拌和系統(tǒng)出機(jī)口兼有預(yù)冷、預(yù)熱兩方面溫控要求，設(shè)計(jì)將成品粗骨料在攪拌站的中轉(zhuǎn)料倉內(nèi)實(shí)現(xiàn)冷風(fēng)冷卻骨料、熱風(fēng)加熱骨料，巧妙地對空氣冷卻器進(jìn)行非標(biāo)改造，將其分上部供熱區(qū)和下部冷卻區(qū)，改造后的冷暖交換器實(shí)現(xiàn)既可制冷風(fēng)又可制熱風(fēng)。羊曲水電站工程采取的預(yù)冷預(yù)熱措施有效的控制了混凝土出機(jī)口溫度，為其它類似工程提供參考。

[1] 水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)手冊(第4卷)[M].北京：水利水電出版社,1991.

[2] DL/T5386-2007，水電水利工程混凝土預(yù)冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)導(dǎo)則[S].北京：中國電力出版社,2007.

[3] 陸耀慶.實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(上冊)[M].2版.北京：中國建筑工業(yè)出版社,2008.

[4] DL/T 5179-2003，水電水利工程混凝土預(yù)熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)導(dǎo)則[S].北京：中國電力出版社,2003.

Application of Heat Temperature Control Facility to Concrete at Mixer Outlet

LI Li

(Northwest Engineering Co., Ltd., Xi'an 710065, China)

The temperature control of concrete at mixer outlet in Yangqu Hydropower Project is required in terms of precooling and preheating. The conventional air cooler is rebuilt to one cooling-heating exchanger. Aggregates can be cooled and heated by air in silo. The precooling and preheating measures which are taken effectively control the temperature of concrete at the mixer outlet.Key words: concrete mixer outlet; precooling; preheating; air cooling; air heating; aggregate; cooling-heating exchanger

2015-02-27

李莉(1980- )，女，遼寧省鳳城市人，高級工程師，主要從事水利水電工程施工設(shè)計(jì)工作.

TV544.9

A

10.3969/j.issn.1006-2610.2015.04.016