【自然通风冷却塔】百万机组自然通风排烟冷却塔结构设计

 2018-12-02 15:27:07   |    203   |    玻璃钢冷却塔   |      
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1、概述

徐州某电厂采用“烟塔合一”方案,该排烟塔为国内首台百万机组排烟冷却塔。冷却塔淋水面积为12000m2,总的高度为167.16m,按照目前国内冷却塔设计中的划分,属于超大型冷却塔范畴,冷却塔高度也超出了现行规范的限定高度,无论是淋水面积还是高度均为目前国内乃至亚洲最大、最高的排烟冷却塔。烟道孔洞直径达到10.5m,也是目前国内冷却塔上开孔最大的。

玻璃钢烟道的布置方案为:净烟气由脱硫吸收塔侧面出口,经非金属膨胀节与内径8.50m玻璃钢烟道连接,水平引出的玻璃钢烟道直接引向冷却塔中心转弯向上排放,玻璃钢烟道水平段以约1%的坡度坡向脱硫吸收塔。玻璃钢烟道塔外支撑在塔外钢筋混凝土支架上,塔内支撑在钢筋混凝土中央竖井上,中央竖井和塔外支架间利用淋水构架设置塔内支架,每段长度约为40m。

排烟冷却塔风筒采用双曲线型现浇钢筋混凝土结构,塔高167.16m,喉部标高(以地面为0.00m的相对标高,下同)129.68m,进风口标高11.70m,塔顶内面半径40.344m,喉部内面半径38.395m,进风口内面半径62.52m,风筒壳体采用分段等厚,最小厚度0.22m,最大厚度1.20m,冷却塔风筒由人字柱与环板基础连接,人字柱和环板基础均为现浇钢筋混凝土结构。冷却塔塔体开孔直径为10.50 m,中心标高40.50 m。

2、烟塔合一设计方案结构设计难点

“烟塔合一”技术在国外大机组已经广泛应用,本工程设计时国内尚缺乏600MW、1000MW机组排烟冷却塔的设计、施工及运行工程经验,从结构设计角度须对下列一些设计难点进行深入的研究:

(1)排烟冷却塔高度也超出了现行规范的限定高度,需要对风振系数进行研究;

(2)周边环境特别复杂,需要对群塔效应进行研究;

(3)烟道在壳体上开的孔洞较大,需研究其对壳体稳定、内力的影响以及加固范围和方式;

(4)排烟冷却塔防腐材料的应用研究;

(5)超大直径的玻璃钢烟道的材料、加工、制作及其安装要求的研究。

3、排烟冷却塔玻璃钢烟道设计研究

玻璃钢烟道设计研究的技术路线为:首先制作各种材料的试样进行检验,得到的各项数据作为玻璃钢烟道结构分析的输入数据,进行大型有限元分析软件的分析计算,然后根据计算结果,确定玻璃钢烟道的铺层设计和制作工艺。在此基础上,再进行玻璃钢烟道模拟制作测试,对拟定的烟道施工工艺进行验证,确保工程应用中的各项技术指标不低于理论计算的取值。在试验研究和结构分析的基础上,提出经济安全可靠的排烟玻璃钢烟道制作材料、制作工艺、安装及验收标准等。

原材料试验研究具体项目如下:

(1)树脂性能和结构测试

(2)复合材料性能测试

(3)复合材料耐腐蚀性能试验

(4)复合材料耐老化性能试验。其中树脂选用两家产品进行了对比分析。通过试验分析和专家评审,烟道采用材料为DERAKANE 411-350树脂、ECR玻璃纤维和AKZONOBEL公司的固化体系。

冀州中意、河北可耐特及连云港中复连众共3家公司参与了1m长玻璃钢烟道试验段的制作,通过对各家烟道试验段的工艺过程和性能进行比较,分析了试验段性能和计算参数、实验数据,确定了本工程玻璃钢烟道制作工艺规范、判废和修复准则和原材料的技术要求。通过试验段制作得出:在严格质量控制的条件下,国内能够设计、制作出符合工程要求的DN8.5m玻璃钢烟道。

本工程维数值计算采用世界通用大型有限元分析软件ANSYS进行。以三维模型描述所有的壳体结构和支撑结构。其中,管道采用壳单元shell99进行模拟;加强筋采用三维梁单元beam189进行模拟,支撑框架采用三维梁单元beam189进行模拟。

根据试验和有限元的分析结果,最终的总壁厚为31mm。在弯头设计的过程中,本院在国内首次采用“虾米”型弯头,有效优化、改善了气流条件和完善了烟道外形的流线线型。通过公开招标,由河北可耐特玻璃钢有限公司承担本项目烟道的制作与吊装,武汉理工大学承担监造和检测,有力地保障了该工程的顺利进展和工程质量。

4、排冷却塔结构设计

    4.1风洞试验

    鉴于冷却塔周边环境较为复杂,同时高度超出了出了现行规范的限定值,需通过风洞试验确定群塔效应、风压分布曲线和风振系数,为本期冷却塔提供设计依据。本工程同时进行了刚体模型试验和气弹模型试验。主要结论如下:(1)最不利工况出现在Ⅰ期与Ⅱ期双塔组合90°来流角度,多塔比例系数取值为1.308;(2)根据测压获得的多塔比例系数和对应工况下测振试验获得的风振系数组合数值,不同来流风向角下组合结果最大值为2.426,略小于以最大多塔比例系数1.308和B类场地规范规定的风振系数1.9的组合参考值2.485,考虑到施工状态的安全性和排烟冷却塔结构局部稳定性的特殊性,内力计算时统一取最大多塔比例系数和风振系数的组合值2.485。

        4.2 孔洞加固方案比选

    冷却塔采用国际通用的ANSYS有限元软件建立有限元模型,沿壳体子午向按模板分107层,沿环向等分为416份,壳单元采用Shell63单元,人字柱和环基采用BEAM188梁单元,地基按照等效弹簧考虑采用COMBIN14弹簧-阻尼单元模拟。在孔口附近的壳单元根据开孔情况再局部细化加固。第一种加固方案采取对边长约24×24m的正方形区域行进加厚,这个区域原来的厚度是0.26m到0.28m渐变,加厚到0.50m,孔洞周围划分为1162个单元,第二种方案采取肋梁采用0.3×0.8m矩形封闭肋梁加固,环梁用梁单元模拟,共约5万个单元及13万个自由度。

对于未开孔冷却塔进行稳定分析,在相应于排烟冷却塔的开孔处的筒壁稳定性安全因子最小值KB=34.05。对开孔边缘的局部稳定性进行分析,不同的来流风载工况组合下的值是不同的,根据分析,60°来流时为最不利吹风工况角。此时局部稳定性安全因子KB=4.27,低于规范规定的最小值5.0。所以必须采取加固方案。采用方案一得到的最小安全因子为35.21,采用方案二得到的最小安全因子为10.64。如果要满足加固后稳定性达到未开孔前的水平,则必须要采取方案一的加固措施才能满足要求。对于加大塔筒壁厚,是国内普遍采用的方案,从效果上看也是最安全的,且可将局部稳定性安全因子提升到不开孔下相应的部位安全因子之上。所以最终选用方案一的加固方案。

5、排冷却塔防腐设计

烟气中含有大量的二氧化碳、二氧化硫等有害成分,即使湿法脱硫后的净烟气仍含有一定量的二氧化硫(SO2)、三氧化硫(SO3)、一氧化氮(NO)、氯化物、二氧化碳(CO2)等有害气体,湿法脱硫后的净烟气进入冷却塔后在塔内上升过程中与饱和热湿空气接触,部分水蒸气遇冷凝结成雾滴,其中一些雾滴会在冷却塔筒壁上聚集成较大的液滴,这些液滴因含有烟气所带的酸性气体而呈现出较强的酸性。经过脱硫后,烟气中的二氧化硫的含量大大减少,但是烟气中的三氧化硫除去效果不理想。当烟气遇到水蒸汽后,烟气中残余的三氧化硫溶解进入水中,形成腐蚀性很强的稀硫酸,对冷却塔混凝土结构具有较强的腐蚀性。同时本工程冷却塔补充水采用大运河水,氯离子含量较高,为了保证排烟冷却塔的长期安全运行,必须对冷却塔混凝土结构进行防腐处理。需对不同涂料的性能进行对比分析,为本工程的防腐设计提供依据。

根据排烟冷却塔实际运行工况、国外的工程经验、主要的腐蚀因素以及相关规程规范,首先对排烟冷却塔的防腐进行分区,具体如下:(1)塔内水汽接触喉部以上和塔外壁喉部以上区域:硫酸根离子、硝酸根离子、氯离子、紫外线、温差;(2)塔内水汽接触喉部以下区域:硫酸根离子、硝酸根离子、氯离子、碱性离子、温差;(3)塔内与循环水接触区域:硫酸根离子、氯离子、碱性离子、温差;(4)塔外壁喉部以下区域。硫酸根离子、紫外线、温差。

本次防腐涂料试验的主要内容如下:(1)物理性能检测,主要包括:附着力;抗碳化性;耐磨性;抗冲击性;抗渗性;柔韧性;呼吸性;耐冻融性;抗紫外线性能;抗温变能力(-22.60C~800C);无毒、无味及不燃性;防微生物的能力。(2)化学性能检测,主要包括:耐酸、耐碱及耐热性能;抗老化能力。

本次试验选取了具有代表性的EVONIK赢创德固赛投资有限公司、厦门七二五所双瑞船舶涂料公司、优龙(南通)重防腐涂料有限公司的烟塔防腐涂料系列进行了对比试验。

根据本次试验结果、国外的工程经验以及相关规程规范,对排烟塔各区防腐涂装体系分别提要求,具体为:排烟冷却塔各区防腐涂料必须满足的性能指标要求及对应的试验条件、标准和方法;排烟冷却塔外壁(喉部下)防腐涂料性能指标要求及对应的试验条件、标准和方法;排烟冷却塔循环水区防腐涂料性能指标要求及对应的试验条件、标准和方法;排烟冷却塔内壁上、下和外壁(喉部上)区域防腐涂料性能指标要求及对应的试验条件、标准和方法。

拓展阅读

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相关问答

问:机械通风冷却塔比自然通风冷却塔水耗高吗

答:肯定的啊,机械通风要抽出水蒸气的

问:自然通风冷却塔与双曲线冷却塔有什么区别

答:双曲线的冷却塔肯定是自然通风冷却塔,但自然通风冷却塔除了双曲线的,还有其他形式的。例如良机就有一款方形冷却塔是无风机的。惠州雪人冷却

问:自然通风冷却塔和机力通风冷却塔两者有什么区别

答:动力源不一样啊。。自然的用在西部日照比较好的地区。。。

问:自然通风冷却塔是基于什么原理工作的?该循环的两个条件是什么

答:冷却塔其实就是一个散热装置,使需要冷却的水在塔内主要借助于水的蒸发冷却作用而得到降温。为了充分利用水资源,降低城市自来水供水管网的负荷,同时也为了降低运行费用,用于空调制冷系统冷凝器的冷却水都是采用冷却塔处理而循环使用的。
冷却塔利用自然通风或机械通风方法,使喷淋的热水降温。在煤气站净化系统中,冷却塔广为使用。水在竖管和洗涤塔喷淋后,温度均提高,含杂质量增加。经沉淀池将大部杂物沉淀,比较清的热水由水泵打至冷却塔顶部,用喷嘴均匀喷洒到填料层与由下往上流动的空气接触,结果水温度降低,水在填料层要求喷洒均匀,或在填料表面上形成均匀水膜,使水与空气的接触面增大,接触时间延长,这为冷却塔中的传质、传热创造了好条件。
空气流动的方式有两种,一是靠冷却塔的进风百窗均匀分配进风,由风筒产生的自然抽力将空气由下往上抽吸;另一方法是安装风机使空气流动。此即自然通风和机械通风冷却塔。
空气经传质、传热后,温度提高,含水量增加,到塔顶接近于饱和状态时排入大气。结果使部分水蒸发,吸收汽化潜热,使温度降低,并同时空气与水接触,将水冷却,这两者使循环水温下降。
被冷却了的水流入集水池,然后流人冷水井并由泵再打至竖管和洗涤塔形成循环水系统。

问:自然通风冷却塔的介绍

答:自然通风冷却塔是靠塔内外的空气密度差或自然风力形成的空气对流作用进行通风的冷却塔。

问:自然通风冷却塔的工作原理

答:以圆形逆流式冷却塔的工作过程为例:热水自主机房通过水泵以一定的压力经过管道、横喉、曲喉、中心喉将循环水压至冷却塔的播水系统内,通过播水管上的小孔将水均匀地播洒在填料上面;干燥的低焓值的空气在风机的作用下由底部入风网进入塔内,热水流经填料表面时形成水膜和空气进行热交换,高湿度高焓值的热风从顶部抽出,冷却水滴入底盆内,经出水管流入主机。一般情况下,进入塔内的空气、是干燥低湿球温度的空气,水和空气之间明显存在着水分子的浓度差和动能压力差,当风机运行时,在塔内静压的作用下,水分子不断地向空气中蒸发,成为水蒸气分子,剩余的水分子的平均动能便会降低,从而使循环水的温度下降。

用户评论

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