水电站混凝土制冷系统设计与实际应用.pdf

水电站混凝土制冷系统设计与实际应用 摘要 关键字 1工程概 况 周波 ( 福建省水利规划院 福建福州 3 5 0 0 0 1 ) 某碾压混凝土重力坝工程每座楼配置容积 2 7 5 m 。 的中转料仓 4个， 总容量 1 1 O O m ， 满足拌和楼 大干 3 h的生产用料。为了保证混凝土浇筑出机 口温度， 混凝土制冷系统配置了制冷车间， 制冷 采取一、 二次风冷及加冷水拌和方式， 将高温季节出机口温度控制在 l 2 c C， 温控效果较好。 制冷系统； 设计； 温度； 实际应用 中图分类号： T V 2 2 2 文献标识码： B 本工程共布置2 座拌和楼， 分别为 1 ( 2 X 3 0 m ) 强制式拌和楼和 2 ( 2 4 5 m ) 强制式拌和 楼。工程混凝土总量为 1 9 4 5 2 X 1 0 4 m 3 , 其中碾压 混凝土为 1 6 9 3 2 X 1 0 m ， 常态混凝土为 2 5 2 0 X l 0 4 m ， 混凝土最大级配为三级配。碾压混凝土高 峰月浇筑强度为 1 6 9 6 X 1 0 m 月 ，常态混凝土 高峰月浇筑强度为 1 2 1 0 4 m 3 月。常态、 碾压混 凝土浇筑叠加高峰月强度为 1 2 5 X 1 0 4 m3 月。 2设计条件 本工程坝址气温 、 水温见表 1 。 2 -2出机 口温度计算 工程共设计两个 出机 口温度 。人仓 温度 为 1 5 时 ， 出机 口温度 为 1 2 ； 人 仓温度 为 1 4 时 ， 出机 口温度为 l 1 。 出机口温度计算。由于水泥和粉煤灰不 供暖，骨料输送廊道和成品骨料仓有暖气供 应 ， 故取水 泥 、 粉煤灰( 以下统称胶凝材料 ) 和 骨料拌和前平均温度为 5 计算， 公式如下： f 。 ( w + m g )1 = l + 4 2 T( r n w - l T W $ 一 m g w g ) l + ( w s m z T+ w s m s ) J 2 ，n H J+ n 8 4 ( ， r + ， r + m ) l 2 1 水利枢纽工程坝址气温 、 水温 式中， T 厂混凝土拌和后的温度 ， 表 1 水利枢纽坝址气温、 水温要素表 月份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 l 0 l 1 l 2 全年 多年平均 各月气 - 2 0 9 一 l 7 9 - 6 8 7 2 1 4 8 2 O 1 2 1 9 1 9 9 1 3 6 5 0 7 0 1 7 4 2 7 温 累年各月 平均最高 - 7 2 - 0 7 l 1 5 2 2 O 2 6 O 3 0 7 3 1 8 3 1 5 2 5 7 1 9 1 7 2 一 l 8 1 3 1 气温 累年各月 平均最低 - 3 5 7 - 3 7 9 2 1 1 5 2 3 3 9 6 l 1 3 8 7 2 3 - 4 7 1 一 3 2 2 - 7 2 气温 逐月 4 7 1 O 2 l 40 l 7 7 l 7 6 1 2 8 5 7 多 缸 上旬 2 -2 8 9 1 2 7 l 6 9 1 8 6 1 4 5 8 2 平 均 河 中旬 4 9 1 0 - 2 1 4 O 1 8 l 1 7 9 l 2 8 5 5 水 温 度 下旬 7 2 l 1 2 l 5 4 1 8 1 l 6 5 l 1 1 3 6 统计 3 8 9 9 9 9 8 年数 T 、 、 T 、 胶 凝材料 、 砂 、 石 、 水的温 度 ， ； me 、 I n s 、 m g 、 m w 一胶凝 材料 、 砂 、 石 、 水 的质量， k g ； W S 、 W r_ 记 、 石的含水量， 分别取掰 l ； c 厂水的比热容 ，因骨料为正温 ， 故 C b = 4 2 k J ( k g ) ； O 8 4 、 4 2 分别为胶凝材料、骨料 的比 热容 和水的 比热容 ， k J ( ) 。 f O 8 4 ( 1 4 5 3 X 5 + 7 2 2 5 + 1 5 1 7 X 5 ) + T f 4 2 T w( 7 7 7 2 2 X 3 一 1 5 1 7 X l ) l + 4 2 ( 7 2 2 X 3 X 5 + 1 5 1 7 X l 5 1 4 2 X 7 7 + 0 8 4 ( 1 4 5 3 + 7 2 2 + 1 5 1 7 ) 经过计算， 当水温为 6 0 时， 出机口温度 为8 9 ，以上计算未考虑水泥的水化热和搅 拌过程中机械升温的影响。 根据经验一般会升 高 1 c c 2 ，施 工过 程 中应将 水温 控 制在 6 0 以下。 Q w = 4 2 V c S ( T 一 T o ) k J ,6 ， 水预热耗热量 Q 计算 ： 式中 ， V 混凝土生产量 ， m ； s 每方混凝土的用水量 ， k g m ( 考虑骨料含水波动取 6 0 k g m3 ) ； T 。 预热后温度 ， ( 取 6 0) ； 1 预热前温度 ， ( 取 4 o C) 。 经计算 ： Q w = Q 2 = 4 2 6 0 5 8 0 ( 6 0 4 ) = 8 1 8 5X 1 0 4 k 肺 3混凝土制冷系统设计与施工 3 1 制冷工艺流程 制冷工艺流程详见图 l 。 3 2预冷 生产能力分析 夏季不均衡系数取 1 2， 月作业 2 5天 ， 预 冷混凝土 系统 的总生产 能力为 ：工程最高峰 强度 l 8 7 9 8 2 2 5 1 6 X 1 2 =5 6 4 m h ，拌和 楼( 站) 预冷砼总生产能力为6 0 0 m 3 h ( 五月份) ， 1 最高峰强度 1 4 3 3 1 8 2 5 1 6 1 2 = 4 3 0 m h ， l 、 2 拌和楼总生产能力为 4 2 0 m 3 h ，能基本满 足该月高峰强度要求。备用拌和楼总生产能力 为 1 8 0 m3 h ，浇筑强度 1 8 2 4 7 2 51 6 X1 2= 5 5 m3 h ， 富余 生产能力完全可以满足需求。 3 3出机 口温度方案 图 1制冷 系统工艺流程 图 拌和楼 专用于高温月份 ( 6月 8月 ) 生产 预冷 混凝 土 ，小 时产 量分 别设 定 为 2 4 0 m3 h和 1 8 0 m3 h 。按两 座拌和楼 总的生 产能力计算 ， 需净制冷负荷约为： Q = 7 2 5 8 4 2 0：3 0 5万大卡 。 为确保高峰期砼产量，可考虑备用拌 和楼在高温季节生产部分预冷砼 。小时产 量设定为 6 0 m 3 h( 铭牌产 量为 1 8 0 m3 h， 降 低产量延长骨料一次风冷时 间 ，使 骨料温 度达到 预冷要求 ) ，按拌 和站生 产能 力计 算 ，需净制冷负荷约为： O = 7 2 5 8 X 6 0： 4 3 万大卡。 按 5 5 的制冷效率考虑， 右岸砼系 统总的制冷容量 Q = ( 3 0 5 + 4 3 ) o 5 5 = 6 3 3 万 大卡。 因此 ， 制冷车问共需配备 9 0 0 万大卡 的制冷机组 。 3 I4一 、 二次风冷料仓设置 每座楼 配置容 积 2 7 5 m 的 中转 料仓 4 个， 总容量 1 l O O m ， 满足拌和楼大于 3 h的 生产用料。其中3 个粗骨料仓作为一次风 冷料仓， 仓内安装冷风通道、 仓外安装冷风 机平台， 各仓外壁安装一台冷风机。 冷风由 离心风机从骨料仓 中下部 的冷风通道吹入 料仓 ， 对骨料进行 冷却后 ， 温度回升 的冷风 从料仓上部返 回冷风机冷 却后 ，再 由离心 风机吹人仓内 ， 对骨料进 行循环冷却 至 8 E 以下。 拌和楼内的粗骨料仓随楼安装冷风通 道及冷风机平台，在各仓外壁安装一台冷 风机对骨料进行二次冷却至3 以下。 3 5 制冷制冰量分析 当气温为 1 7 7 ( 7 月份) 时， 出机口温 度设定为 1 1 ，对骨料采用两次风冷 的方 表2 制冷 1 ms 1 1 砼需要的冷量计算表 粉煤 级配名称 G J G2 G 3 砂 水 泥 水 搅拌热 合计 灰 各掺合料 6 0 7 4 5 5 4 5 5 7 2 2 5 8 1 8 7 2 7 7 2 4 6 1 重量( k 曲 比热 0 2 1 O 2 1 0- 2 l 0 21 0 2 2 O - 2 2 1 ( k c a l k g k ) 初温(度) 2 1 9 2 1 9 2 1 9 2 1 9 5 0 5 0 1 7 7 砼出机 口 1 1 l l 1 1 l 1 1 1 l 1 1 1 温( 度) 温差( 度) 1 0 9 1 0 9 1 O 9 1 0 9 3 9 3 9 6 7 各掺合料 1 3 8 9 1 0 4 l 1 0 4 1 l 6 5 3 4 9 8 7 4 8 5 l 6 9 5 0 7 8 3 8 需冷量( k j ) 式。现按下列设定条件进行计算 ， 初始 温度定为骨 料 2 1 9 ， 水温 l 7 7 ， 水 泥 5 O 、 粉煤 灰 5 0 。要 生产出 l l 的预冷砼，每方砼需要制冷量为 7 8 3 8 千卡。粗骨料风冷至 3 o c、 搅拌 水冷却 至 2 以下时 ，只能达到 1 2 的 出机 口温度 。根据工程实践 ， 风冷骨料冷至 3 、搅拌水冷却至 2 已是制冷 系统 所能达到的极 限。 因此 ， 要生产出 l I 的预冷砼必须加冰拌和。每方砼加冰 1 5 k g 即可生产出 l 1 的预冷砼。 根据验算， 在五月及九月， 骨料二 次风冷 即可满 足出机 口温度 为 l 1 的 要求 。6月 8月 的浇筑 强度 比较均 匀， 因此按照最高温月份 ( 7月 ) 的浇筑 强度计算所需的制冷容量。因骨料二 次风冷及拌和用水的温度不变，所以在 1 2 方案所需制冷容量的的基础上，增加 制冰所需容量即可满足要求。每天需要片 冰 量 G m= 1 6 1 4 7 3 2 5 d X1 21 5 k g m = 1 1 6 2 6 1 k g d -1 1 7 t d ， 拟增加一个制冰车间 ， 制 冰能力 1 2 O d d 。 因此 ， 制冰所需制冷容量 。 Q b = G J 3 6 0 0 nx f C x ( t z 一 0 ) + C + C b x L 0 一 t c ) K = 9 4 5 k w一8 3 k c d。其 中， 制冰所需 2 冷水由冷水车间提供， 考虑冷水损耗， 冷水 车间应增加制冷容量 l 0 千卡。 4实际应用设备选型 制 冰 车 间 选用 4台 国产 的 P B L 一 2 1 1 0型的片冰机 ， 单台片冰机 产量 3 0 t d ， 片 冰温度 一 1 O 。 储冰设备选用 1 座 B K 2 X 3 0 型的卧式冰库 ，储冰能力 6 0 t ，出冰能力 3 0 t h 。片冰输送装置选用 2台 Q B S 1 5型的 气力输送装置 ， 单台输送能力为 8 t h ， 压缩 空气 冷却 1 次 ，采用 4 0 HP型罗茨鼓风机 。 气 冰分离采用 C L T型旋风分离器 ，拌 和楼 各配置 1台。 5结论 本文论述了水电站混凝 土制冷系统设 计及施工工艺流程。 通过对混凝土制冷系统 方案 的认真研究分析， 设计出了套 比较经 济合理的混凝土制冷系统及制冷方案。特别 在实施 阶段 ，通过对制冷系统进一步优化 ， 即制冷水采用了立式蒸发器 、 用蒸发式 冷凝 器代替冷凝器及冷却塔 ， 制冷方案采用了 一 、二次风冷等， 在满足设计以及工程实际 应用的情况下， 大大地减少了设备投资运行 费用， 具有一定参考价值。陕西水利 ( 责任编辑 ： 黄灵芝) e ( J = - _J C C e