某电站混凝土制冷系统优化及选型设计

贺晓燕

陕西省合阳县水利工作队

摘要：某水电站砂砼系统根据工程要求，预冷砼月生产强度要求3.7万m3，出机口温度要求≤13.7度。经过多次方案设计和优化后，最终确定将“一次风冷+冷水+冰”制冷方案改为“骨料两次风冷+冷水”方案，该方案优点是制冷投入设备相对较少，现场改造施工操作性较高。

关键词：混凝土；制冷系统；优化；选型；设计；计算

一、计算资料收集

1、当地气温、水温条件

该工程所在地根据气象部门提供多年月平均最高气温出现在7月份，为26.6℃；多年月平均最高水温26.2℃。

2、基本参数

砼原材料温度及比热见表1。

表1 砼原材料温度及比热表

项目 水泥 粉煤灰 砂 骨料 水

自然温度℃ 45 45 27 27 27

比熱Kcal/kg℃ 0.19 0.19 0.22 0.22 1

二、混凝土系统制冷车间的设计依据

1、预冷混凝土生产强度确定

Qh=KhQm/（m×n）=1.5×37000/（25×20）=111m3/h

2、大坝混凝土参考配合比见表2。

表2 大坝混凝土参考配合比

标号 水灰比 每立方米混凝土各种原材料用量（kg）

水 水泥 粉煤灰 砂 特大石 大石 中石 小石

C20F50W6 0.48 106 172 43 635 0 577 361 505

3、夏季 13.5℃混凝土出机口温度计算见表3。

表3 夏季 13.5℃混凝土出机口温度计算表

序号 项目名称 比热

Kcal/kg·℃ 重量

（kg） 比热×重量kcal/℃ 平均温度

℃ 热量

kcal/h

1 砂 0.22 635 139.7 27 3771.9

2 特大石

3 大石 0.22 577 126.94 2 253.88

4 中石 0.22 361 79.42 2 158.84

5 小石 0.22 505 111.1 2 222.2

6 水泥 0.19 172 32.68 45 1407.60

7 粉煤灰 0.19 43 8.17 45 367.65

8 冷水 1 106 106 3 318.00

9 机械热 1500.00

10 小计 604.01 8060.07

备注：温度To=13.35℃。

三、混凝土预冷系统冷量计算

该工程所在地月平均最高气温在27℃左右，要求在该月份施工混凝土出机口温度≤13.5℃，经过进行冷量平衡计算后，采取骨料进行两次风冷和加冷水拌和的冷却措施保证达到出机口温度。

1、一次风冷，风冷时间至少保证2小时，风冷后粗骨料的温度控制在6～8℃。一次风冷骨料需要冷量：

Qg1=K×△t×q砼×Qh/3600

=1.3×（27-7）×2300×111/3600

=1843.83kw

式中：K——冷量富余系数，1.2～1.6；

△t——粗骨料降幅温度，20℃；

q砼——混凝土热容量，2255～2400KJ/m3

Qh——预冷混凝土的浇筑小时强度。

2、对粗骨料在拌和楼料仓进行二次风冷，风冷时间至少保证1.5小时，风冷后粗骨料的温度控制在2℃。二次风冷需要冷量：

Qg2=K×△t×q砼×Qh/3600

=1.3×（9-2）×2300×111/3600

=645.3kw

式中：Qh——预冷混凝土的浇筑小时强度。

3、制冷水需要冷量计算：

3℃冷水的每天用量计算

Gw=111×106×20=235320kg/d

制3℃冷水的制冷量计算

Qw=235320/（3600×20）×4.187×（27-3）×1.2

=394.11kw

4、本系统总的制冷容量2885kw，其中一次风冷容量1844kw，二次风冷容量646kw，制冷水容量395kw。（总制冷容量250万kcal/h）

四、混凝土系统制冷设备选型

1、制冷水机械的选型

制冷水量主要是混凝土拌和掺加冷水，制冷量为395kw，选取一台JZ2LG20螺杆氨压缩机和一台LZL-120型立式螺旋管蒸发器。

2、风冷设备配置

（1）制冷设备氨压缩机组的配置

一次风冷粗骨料所需冷量为1844kw，选取两台JZ2LG20（K）螺杆氨压缩机负责粗骨料的制冷，标准工况制冷量为1319.3kw×2，电动机功率为250kw×2。

二次风冷粗骨料所需冷量为646kw，选取一台JZ2LG20螺杆氨压缩机负责粗骨料的制冷，标准工况制冷量为628.2kw，电动机功率为220kw。

（2）螺杆压缩机组辅机配置

风冷机组冷凝器的选择

根据传热面积553.2㎡选取型冷凝器一台。

（3）冷风机的选型

① 一次风冷制冷量折算空气冷却器冷却面积

其中：Q风=风冷制冷量，w

K—空气冷却器的传热系数跟冷却器有关，普通为13～15，18～20，高效为28～30，

t—氨的蒸发温度与冷风温度差12～14。

制冷量、冷却面积按大石：中石：小石=1：1：0.7进行分配，则大石G2需空气冷却器冷却面积2440 m2，制冷量680kw；

中石G3需空气冷却器冷却面积2440 m2，制冷量680kw；

小石G4需空气冷却器冷却面积1708m2，制冷量480kw；

选取GKL2400型高效冷风机两台，GKL1800型高效冷风机一台。

②二次风冷制冷量折算空气冷却器冷却面积

制冷量、冷却面积按大石：中石：小石=1：1：0.7进行分配，则大石G2需空气冷却器冷却面积950 m2，制冷量240kw；

中石G3需空气冷却器冷却面积950m2，制冷量240kw；

小石G4需空气冷却器冷却面积665m2，制冷量165kw；

选取GKL1000型高效冷风机三台，GKL800型高效冷风机一台。

五、实施过程中并对现场采取以下措施：

⑴ 要求对沙堆进行遮阳、遮雨措施；

⑵ 成品料堆尽量堆高（高度大于7m）；

⑶ 对上骨料罐、上拌和楼（拌和站）上料皮带进行遮阳；

⑷ 砼拌和用水采用冷水，尽量降低砼出机口温度；

⑸ 对砼生产计划适当调整，降低高温月份浇筑强度，同时加大常温月份生产强度；

⑹ 并建议在混凝土浇筑仓面上采取一定的温控措施保证砼质量。

本工程混凝土系统经过改造后完全满足现场设计出机口温度要求，施工过程采取了有效措施后，降低了用电消耗，节约了成本投资。