白市水电站右岸混凝土制冷系统工艺设计.pdf

第 3 2卷第 4期 2 0 1 1年 8月 华北水利水电学院学报 J o u r n a l o f No r t h C h i n a I n s t i t u t e o f W a t e r C o n s e r v a n c y a n d Hy d r o e l e c t r i c P o w e r Vo1 3 2 No 4 Aug 2 01 1 文章编号 ： 1 0 0 2 5 6 3 4 ( 2 0 1 1 ) 0 4 0 0 9 2 0 5 白市水电站右岸混凝土制冷系统工艺设计 陈临泉 ，王艳艳 ( 1 中国水利水 电第三工程局有 限公 司， 陕西 西安 7 1 0 0 1 6 ； 2 华北水 利水 电学院 ， 河 南 郑州 4 5 0 0 1 1 ) 摘要 ： 根据 白市水 电站工程夏季混凝 土高峰浇筑强度和浇筑 温度 的要求及工 程所处 区域的气象 条件 ， 采取 “ 骨料 两次风冷 +冷水拌和” 的混凝 土制冷工艺 ， 并依照 设计规 程 和标 准要求 对混 凝土 制冷系统 进行设 计分 析 ， 不仅 能保证混凝土 出机 1：3 温度 和生 产强 度要求 ， 而且 混凝土 浇筑 以后 温度稳定 ， 系统 运行调节 能力强 ， 运 行管理方便 ， 运行费用低 关键词 ： 骨料两次风冷 ； 混凝土制冷系统 ； 设 计施工 白市水 电站位 于贵州省天柱县 白市镇上游 约 2 8 k m 的清 水 江 上 ， 是 以发 电为 主 的水 利 工程 清 水 江 流域 属 副 热 带 季 风 气 候 区 ， 暖 湿 多 雨 ， 冬 冷 夏 热 ， 四季分 明 多年平均降雨量 1 2 7 9 m m； 多年平均 气温 1 5 3 ， 多年极端最高气温 3 9 1 o C， 多年极端 最低气温 一1 3 1 ； 夏季 7月份气温最高 ， 最高月 平 均 气温 2 6 6 ； 夏季 8月 份 水 温 最 高 ， 最 高 月 平 均 水 温 2 9 2 o C 根据 该工 程施 工进 度 计划 的要 求和 安 排 ， 夏季 预冷混 凝 土高 峰 月生 产强 度 为 1 3 0 m h ； 夏季混凝土出机 口温度要求为 1 2 1 4 c I = 依据 白市水电站主体混凝土浇筑施工月强度计 划 ， 该工程混凝土生产系统拟配置 43 m 搅拌楼 及 23 m 搅 拌 楼各 1座 ， 用 于 生产 常 温 、 预 冷 和碾 压混凝土 ， 同时需配置混凝土制冷系统 1 套 1 设计条件 1 1 强度 和温 度 要求 依 据 白市水 电站 主体混 凝土 浇筑 施工 月 强度计 划， 经计算 比较 ， 确定 7月夏季小时高峰生产强度为 1 3 0 m h 单座拌和楼 1 4混凝土最大小时生产强 度约 为 6 5 m 预冷 混凝 土 以四 级配 为 主 ， 同时 满 足 三级配混凝土的温度控制要求 混凝土原材料物理 、 热力学性能参数见表 1 表 1 混凝 土原材 料物理、 热 力学性能参数 1 2预 冷 工艺 拟 采取 “ 一次 调 节 料仓 风 冷 +二 次拌 和楼 料 仓 风冷 +冷水 拌 和” 的混凝 土 预冷工 艺 1 3混 凝 土原材 料 温度 7月份混凝土原材料温度 ： 水泥 、 粉煤灰计算温 度 4 5 o C； 粗 骨料 计算 温度 2 3 3 ； 由于细 骨料 空 隙 收 稿 日期 ： 2 0 1 10 50 3 作者简介 ： 陈临泉 ( 1 9 7 4 一 ) ， 男 ， 甘 肃临夏人 ， 工 程师 ， 主要从事水利 水电工程混凝土生产 系统制 冷供 热工程方面的研究 第 3 2卷第 4期 陈临泉 ， 等 ： 白市水 电站右岸混凝土制冷系统工艺设计 9 3 率 低 ， 制 冷效 果不 明显 ， 一般 不采 用制 冷工 艺进 行冷 却 ， 而是 采用 搭设 防晒 凉棚 、 加大 堆料 高度 来较 小 幅 度地降低细骨料的温度， 这里取 2 4 3； 拌 和冷水 温 度 4 6 ； 另外 ， 该 工 程 粗 细骨 料 均 为 人 工 骨料 且细骨料只有 1种 该工程单位体积混凝土各种原 材料 用 量见 表 2 其 中 四级 配 水胶 比为 0 4 5 ， 三 级配 水胶 比为 0 。 5 。 表 2混 凝 土 各 种 原 材 料 用 量 k g m l 。 4混凝 土 自然 出机 口温度 混凝 土 出机 疆温度 计算式 为 ： 邑 ( 1 ) C IG 一 式中： 为混凝土出机 墨温度 ， ； C 为混凝土第 i 种原材料 比热， k c a l ( k g o C) ； G 为组成单位体积 混凝土第 i 种原材料质量， k g m ； T i 为混凝土第 种 原材 料 的平均 温度 ， ； 为单位 体积 混凝 土 拌 和时 产生 的机 械热 ， 取 Q ：1 5 0 0 k c a l m 。 经计 算 ， 7月份 三 级 配 混 凝 土 自然 出 机 日温 度 T o = 2 8 。 7 4 ，四 级 配 混 凝 土 自 然 出 机 口 温 度 =2 8 5 8 q C 1 。 5预冷 混凝 土 出机 口温度控 制 按式( 1 ) 计算 ， 特大石 ( G ) 和大石 ( G ) 、 中石 ( G ) 、 小石 ( G ) 骨料 终温 为 31 时 ， 7月份 预 冷 三级 配混凝 土 出机 日温 度 为 l 3 7 7 ， 四级 配 混 凝 出机 露温 度 为 1 2 9 ， 满足 预冷 混凝 土 出机 器温 度 控制 要求 计算 结果 见 表 3和 表 4 三级 配 混凝 土 出机 墨温度 为 l 3 。 7 7 ， 四级 配混 凝 土 出机 疆温 度 为 1 2 。 9。 表 3 夏季预冷混凝土 出机 叠温度计算 表 常态混凝土三级配 ) 同 时 詈 量 月 妻 2工 艺 流 程 同 时 考 虑 粗 骨 料 一 次 风 冷 与 冷 水 生 产 共 用 一 套 氨 制 一 冷 系统 且运 行工 况 比较接 近 ， 故粗 骨料 一 、 二 次风 冷 混 凝 土 预 冷 系统 主 要采 用 粗 骨 料一 、 二次 风 冷 后 终温 控 制分男 日 为 6 81 ， 3l 和冷水 生产 供应 系统 以及 相配 套 的氨制 冷 系统等 组 华北水利水电学院学报 2 0 1 1年 8月 成 粗骨 料 的一 、 二次 风 冷分别 在 地面 预冷 调节 料仓 和拌和楼料仓 中进行 ， 冷却方式均为连续分层冷却 粗骨 料 由地 面 预 冷 调 节 料 仓 ( 拌 和 楼 料 仓 ) 内预 设 的配 风 、 回风 窗 和料仓 外 侧 的送 、 回风 管道 以及 高效 空气冷却器 、 离心式风机 ( 轴流风机) 形成 的冷风闭 预 冷 调 节 料 仓 小石 中石 大 石 特大石 式循 环 系统 进行 冷却 ， 冷 风 自料仓 下部 送入 ， 上 部 回 风 与骨 料 自上而 下 的流 动方 向相 反 ， 保 证 粗 骨 料 冷 却效果 细骨料进行风冷效果不理想 ， 故在此不考虑 冷却 ， 混凝土预冷系统工艺流程如图 1所示 回氨汽 制冷车间 l 冷 风 机 冷 风 机 冷 风 机 冷 风 机 冷后粗骨 温度6 8 供 氨 液 保温胶带机 H 拌和 拌和机 回 氨 汽 供 螺旋管蒸发器 冷水池 JL一 水泵 拌和楼水箱 冷水温l 唪 4 于 l 度 小 l 图 1 混凝 土预 冷 系 统 工 艺 流 程 3 设计计 算 以 7月 份 为 控 制 月 ， 相应 混 凝 土 预冷 系统 工 艺 设 计计 算 以 7月份 的气 象条 件 以及 混凝 土各 种原 材 料温度等原始资料为依据 3 1 预冷 调 节料 仓容 积 和粗 骨料 平均 冷却 时 间 预冷 调节 料 仓是 为满 足夏 季 预冷 混凝 土生 产粗 骨料一次风冷而设 的， 共设 4个单仓 ， 特大石 、 大石 、 中石 、 小 石 各 占 1仓 ， 仓底 设 2个 下 料 口， 对 应 2条 皮带机与 2座搅拌楼 首先将预冷调节料仓的每个 骨料 单仓 沿垂 直 方 向分 为 3个 区 ， 即骨 料受 料 区 、 风 冷 区和储 料 区 以 骨料 风 冷 区 的总 储 量 满 足 预 冷 生 产需 要 为依 据 ， 按 3个 区等 量 分 布 原 则 确 定 预 冷 调 节料仓粗骨料单仓容积和平均冷却时间 预 冷调 节料 仓 粗骨 料单 仓容 积 l， 一 ： ! l， 一 _ 一 r ， 、 式 中 ： 为 预冷 调 节 料 仓 粗 骨 料 单 仓 容 积 ， m ； G 为 混凝 土 第 i 种 粗 骨 料 质 量 ， k g m ； Y i 为 组 成 混 凝 土 第 种粗骨料密度 ， k g m ； Q 为预冷混凝 土设计小 时产 生 强度 ， m h ； m 为 风冷 粗 骨 料 单 仓 分 受 料 、 冷 却 、 储料 3个 区 ， 取 m =3 ； n为混 凝 土 级 配 数 ， 三 级 配 7 , = 3， 四级 配 n= 4 ； t 3 为风 冷粗 骨 料仓 充 满 系数 ， 取 ：0 7 5 经 计算 ， 连 续 生 产 三级 配 混 凝 土 时预 冷 调 节 料 其 他混凝土原材料 仓 粗 骨料 单仓 容积 2 5 4 m ， 选 取 V= 2 6 0 m ， 于是 预 冷调料仓骨料总容积 42 6 0=1 0 4 0 m ； 同时预冷 调节料粗骨料每个单仓风冷 区( 高度3 5 m) 储量均 按 V m =8 4 IT I 计 ， 因考 虑 料 仓 底部 锥 斗 影 响储 量 ， 料仓 结构 尺 寸 4 1T I 6 m， 总高度 按 1 2 m计 此 外 ， 拌 和楼 料 仓 内设 3个 粗 骨料 仓 和 2个 细 骨料 仓 粗骨 料仓 的结 构 尺 寸 为 3 3 i n 4 7 i n， 每 仓容积为 1 5 0 m 为保证粗骨料在拌和楼料仓 的冷 却时间和效果 ， 提高粗骨料风冷区料层高度 ， 料仓高 度按 4 8 m计 ， 于是拌和楼料仓粗骨料每个单风仓 风 冷 区的储 量 为 V m= 7 4 4 5 m 粗 骨料 平均 冷 却时 间 J：= ( 3) c Y i Q 式 中 r为粗 骨料 平 均冷 却时 间 ， h 经计 算 ， 连 续 生 产 四级 配 混 凝 土 时粗 骨 料 一 次 风冷 的平 均冷 却 时 间为 1 7 8 h ， 二 次 风 冷 的 平 均 冷 却 时 间为 1 9 8 h 3 2粗 骨料风 冷 工艺 参数 计算 以下计算以 C 2 5四级配混凝土配合 比为准 3 2 1 一 次风 冷 需 冷 量为 Q=1 5 G C ( 1一T 2 )1 0 0 0 ( 4) 式 中 ： Q为风 冷骨 料 的需冷 量 ， k c a l h ； G为需 风冷 骨 料 的 流量 ， t h ； C 为 粗 骨 料 的 比热 ， k c a l ( k g ) ； 第 3 2卷第 4期 陈临泉 ， 等 ： 自市水电站右岸混凝土制冷系统工艺设计 9 5 为 预冷 调节料 仓 进料 温度 ， ， 取 T = 2 3 3 ； 7 z 为 预冷 调节料 仓 出料 湿度 ， ， 大 石 取 ： 7 。 0 经 计算 ， 冷 却大石 的需 冷量 为 4 0 x 1 0 k c a l h 供 风量 为 n W：一 _ - ( 5 ) I 一 式 中 ： 为 供 风 量 ， 1T I h ； y 。 为 冷 却 介 质 ( 风 ) 的 容 重 ， k g m ， 取 进风 的容 重 ； i o ， 分别 为 预 冷调 节 料仓 进 、 出风的热焓 ， k J k g 因进风温度比骨料冷却终温 低 5l 5 ， 则 进 风 温度 为 一 31 ( 取 一 2 o C) 根 据 进 、 回 风温 差 l l 4 ( 取 i 2 ) ， 则 回 风 温 度为 7I。 冷却介质 ( 风) 的相对湿度按 1 0 0 计 ( 酃空 气为 饱 和 湿 空 气 ) ， 又 根 据 进 、 回风 温 度 经 查 湿空气焓湿 图按 内查法计算得 ： 进、 回风的密度分别 为1 3 0 0 k g m 和 1 2 4 2 k g m ， 进 、 回 风 的 热 焓 分 别为 5 3 1 k J k g和 2 9 9 7 k J k g 于是供风量 W= 5 + 2 4万 m h 风 冷骨 辩 的仓 内风速 为 V= 3 6 0 0 F ( 6) 式 中 ： 为风冷 骨 料 的仓 内风速 ， m s ； F为 预冷 调 节 料 仓 风 冷 区料 流 的 计 算 断 面 面 积 ， m 。 ， 取 为全 截 面 面积的 7 0 预冷 调节料 仓 的 内截 面尺 寸 4 n l x 6 m， 于 是 V= 0 8 6 m s 冷 风循环 量 为 = ( 1 。 0 51 。 1 5 ) 3 6 0 0 V F ( 7 ) 式 中 ： F 。 为 预冷调 节 料 仓 风冷 区全 截 面 积 ， m 经 计 算 ， W ： 7 8 7 3万 m h 。 冷负荷 根据 式 ( 5 ) 计算 ， y 取 回风 密度 ， 经计 算 ， 太石仓的冷负荷 Q= 6 1 1 0 k c a l h 。 冷 风阻 力为 A P= P 1 + 矗 P 2 +A P 3 + P 4 ( 8 ) 式 中 ： J P为冷 风系统 的阻力 ， m mH 0； P 为 骨 料风 冷区料层 阻力 m mH ： 0； P ： 为空气 冷 却 器 阻力 ， m mH ： 0； P ， 为空 气 冷却 器 表 面 结 霜 阻力 ， m m H： 0， 其值在 P 的基础上增加 2 0 一 4 0 ； 尹 为一风 道阻力( 包括弯头 、 阀门、 风道等) ， mm H： 0， 其值在 P 2 基础 上增 加 l O 一1 5 根 据预 冷调节 料 仓风 冷 区料层厚 度 3 。 2 m 和风 冷骨料 ( 大石 ) 的仓 内风速 V= 0 8 6 m s ， 查风冷 骨 料每米料层阻力与风速的关系 曲线得 ： 每米料层 阻 力为 2 5 mm H ： 0； 空气 冷却 器每 排蒸 发 管阻力 按 1 3 mm H ： 0计， 空 气冷 却器 蒸发 管排数 为 8一l 6 排 ， 故 P=2 2 8 4 7 8 m mH ， 0。 3 2 2二 次 风冷 粗骨料二次风冷计算方法同一次风冷 各种粗 骨料一 、 二次风冷的工艺参数计算成果见表 5 表 5 风冷骨料计算成果表 注 ： 粗 骨料 上 楼 皮 带 机 运 输 过 程 的 温 升 按 2 计 算 。 3 。 3混 凝 拌台 用水 的冷 负荷 混 凝土拌 合用 水 的冷 负荷按 下式 计算 ， Q=C MA T ( 9 ) 式 中 ： C为冷 却介 质 水 的 比热 ， k c a i ( k g ) ； M 为 需供冷水量 ， m h ； 为进 出水温差 ， 。 混凝 土拌 和冷水温 度 46 ， 单位 体 积混凝 土 加水 量 为 1 2 5 k g n l ， 根据式 ( 3 ) 一 ( 9 ) ， 计算得生产拌和冷水 的 冷负荷 为 3 51 0 k c a l h 3 。 4制冷 系统容量 确 定 根 据 冷 水 生 产 系 统 氨 蒸 发 冷 凝 温 度 一 3 3 5 c c， 并将冷水生 产的冷负荷折算 为标准 工况 ， 于 是 混 凝 土 拌 和 用 冷 水 的 冷 负 荷 Q = 46 ke a l h 另根据风冷骨料计算成果表( 表 5 ) ， 按一、 二次 华北水利水电学院学报 2 0 1 1年 8月 风冷 系统 的氨蒸 发 冷凝温度 ， 将一、 二次风冷系统 的冷负荷分别折算为标准工况 于是 ， 一次风冷系统 的冷负荷 Q = 2 0 61 0 k c a l h ， 二次风冷系统 的冷 负荷 Q =7 91 0 k c a l h 因此 ， 制 冷 系统 制 冷 总容 量 Q=1 1 ( Q +Q ： + Q )= 3 5 01 0 k c a l h ( 标 准工 况 ) 参 考 文 献 1 路延 魁 空气调 节设 计手 册 M 2版 北京 ： 中国建 筑 工业 出 版 社 ， 1 9 9 5 2 郭庆堂 ， 吴进发 实用制 冷工程 设计手 册 M 北 京 ： 中 国建 筑工业出版社 ， 1 9 9 4 3 苗若 愚 ， 何一 民 ， 艾学 良 暖通 空调 常用数 据手册 M 北京 ： 中国建筑 工业 出版社 ， 1 9 9 7 4 康世荣 ， 陈东 山 水利水 电施工 设计手 册 M 北 京 ： 中 国建 筑工业出版社 ， 1 9 9 1 Pr o c e s s De s i g n a bo ut Co n c r e t e Co o l i ng Sy s t e m o f Hy dr o po we r S t at i o n i n Ba i s h i Ci t y CHEN Li n q u a n ，W ANG Ya n - y a n ( 1 C h i n a Wa t e r C o n s e r v a n c y a n d Hy d r o p o w e r 3 r d En g i n e e r i n g B u r e a u C o L t d ，Xi a n 7 1 0 0 1 6，Ch i n a ； 2 No a h C h i n a I n s t i t u t e o f Wa t e r Co n s e r v a n c y a n d Hy d r o e l e c t r i c P o w e r ，Z h e n g z h o u 4 5 0 0 1 1 ，Ch i n a ) Abs t r ac t：A ki nd o f s y s t e m d e s i g n a b o ut c o nc r e t e c o o l i n g s y s t e m o f hy dr o p o we r s t a t i o n i n Ba i s h i Ci t y i s i n t r o du c e dAc c o r di ng t o t he r e q ui r e me n t s f o r i nt e n s i t y a n d t e mpe r a t u r e o f c o n c r e t e p o ur i n g i n s u mme r a n d me t e o r o l o g i c a l c o n di t i o n s a t t h e t i me，t h e c on c r e t e c o o l i ng t e c hn o l o g y wi t h a g g r e g a t e a i r - c o o l e d t wi c e a n d c o l d wa t e r mi x i ng i s d e s i g n e dF ur t he r mo r e，i n a c c o r d a n c e wi t h d e s i g n r u l e s a n d s t a n d- a r d s r e q ui r e me n t s，t he d e s i g n e d c o n c r e t e c o o l i n g s y s t e m i s a p p l i e d a nd a n a l y z e dThe r e s u l t s s h o w t ha t t h e s y s t e m c a n g u a r a n t e e a ma c h i n e po r t t e mp e r a t ur e a n d me e t t h e r e qu i r eme n t s o f c o n c r e t e p r o du c t i o n i nt e n s i t y Mo r e o v e r ，t he c o n c r e t e t e mpe r a t u r e i s s t a b l e a fte r p o ur i n g，t h e a bi l i t y o f s y s t e m o pe r a t i o n a n d r e g u l a t i o n s t r o n g，op e r a t i o n a n d ma na g e me n t e as y，o pe r a t i o n c o s t l o w Ke y wo r ds：a g g r e g a t e a i r c o o l e d t wi c e；c o n c r e t e c o o l i n g s y s t e m ；d e s i g n a n d c o ns t ruc t i o n 责任编辑 ： 陈海 涛 )