混凝土出机口温控措施在羊曲水电站的应用

李 莉

(中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，西安 710065)

文章编号：1006—2610(2015)04—0062—03

混凝土出机口温控措施在羊曲水电站的应用

李 莉

(中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，西安 710065)

羊曲水电站工程混凝土出机口有预冷、预热两方面温控要求，通过将传统空气冷却器改装成冷暖交换器，在料仓中实现风冷骨料、风热骨料。羊曲水电站工程采取的预冷、预热措施有效地控制了混凝土出机口温度。

混凝土出机口;预冷;预热;风冷;风热;骨料;冷暖交换器

0 前 言

在水电站工程中混凝土出机口温度控制是大体积混凝土浇筑温度控制的关键环节，预冷混凝土出机口温度控制是自三峡水电站工程以来不断发展和日趋成熟的技术，近些年大型水电站工程主要分布在西南部，地区气温较高，混凝土的温控措施集中体现在预冷措施方面，而随着高寒地区水电站开发的加快发展，混凝土预热措施将成为混凝土浇筑温度控制的关键技术。本文主要介绍羊曲水电站工程混凝土拌和系统出机口兼有预冷、预热两方面温控要求所采取的措施。

1 工程概况

羊曲水电站位于青海省海南州兴海县与贵南县交界处，是黄河干流龙羊峡水电站上游“茨哈、班多和羊曲”3个规划梯级电站的最下一级，装机容量1 200 MW，工程规模为Ⅰ等大(1)型工程。

羊曲水电站地处高寒地区，平均海拔约2 700 m，多年平均7月份气温最高13.4 ℃，极端最高气温达31.8 ℃，预冷混凝土出机口温度要求12 ℃；低温期12—翌年2月停工，多年平均11月气温-4.9 ℃，极端最低气温达-23.9 ℃，预热混凝土出机口温度要求15 ℃。为了保证混凝土出机口温度，拌和系统需配备制冷系统和供暖系统。

2 预冷混凝土出机口温控措施

预冷混凝土小时生产能力240 m3/h，依据混凝土生产能力，确定预冷按3座HZ120-2F3000L搅拌站配置。羊曲水电站夏季7月份气温最高为13.4 ℃，自然出机口温度17 ℃，要求混凝土出机口温度12 ℃。采取的制冷措施为一次风冷+冷水拌和。虽然这种预冷措施在水电站工程中广泛应用，但针对不同工程，制冷系统的设计在风冷效果、降低能耗等方面仍在不断探索，以期达到高效率、低能耗的目标。

本工程HZ120-2F3000L搅拌站的料仓为落地式中转料仓，单个料仓断面尺寸为2.5 m×4 m×7.5 m(高)，分大石、中石、小石、砂共6个料仓。骨料一次风冷采用在中转料仓配备空气冷却器和离心风机构建冷风循环系统，将大石(80～40 mm)、中石(40～20 mm)、小石(20～5 mm)由13.4 ℃冷却到5 ℃。混凝土拌和采用10 ℃冷冻水。冷源配置螺杆压缩机、螺杆冷水机组及制冷辅机。

如何实现冷风与成品骨料在中转料仓内进行充分热交换，与料仓进、回风口位置、风道形式、仓内风速、冷却时间等参数的设计有关。本工程中转料仓进出风口位置需兼顾风冷骨料和风热骨料2种工况，风冷骨料所需冷却时间长，根据风冷骨料的条件确定进出风口的位置。

在冷却区高度、进风温度、回风温度、风量多个变量条件下，如何合理配置空气冷却器、离心风机是设计的关键点。经验算法中，设定料仓断面尺寸，按小时成品骨料用量进行设置，常规为矩形以方便施工；进风温度一般取比骨料终温低5～15 ℃；经济风速取值范围：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。设定上述参数后，推算冷风循环量、骨料冷却时间、回风温度、冷却区高度(即进出风口高差)。

(1) 风冷骨料制冷量计算

设计工况(tk=30 ℃，t0=-15 ℃)：

Q=ψGPCg(tc-tz)

(1)

式中：Q为设计工况冷负荷，kJ/h；ψ为系数;G为每方混凝土各级骨料用量,kg/m3,按混凝土配合比取值;P为混凝土小时强度,m3/h;Cg为各级骨料的比热,kJ/(kg·℃);tc为骨料初温，℃；tz为骨料终温,℃；

标准工况(tk=30 ℃，t0=-15 ℃)：

Qb=Q(1163/Qdj)

(2)

式中：Qb为标准工况冷负荷，kJ/h；Qdj为单机设计负荷，kW。

(2) 空气冷却器与常规型式不同，在于它不仅要满足氨液在排管内蒸发冷却空气，还要能够满足风热骨料措施中蒸汽与风的热交换，在此将其定义为冷暖交换器。冷暖交换器按设计要求非标制作，冷暖交换器分上下2个区，上半部为风加热部位，设置有独立的蒸汽排管，将蒸汽通入上部排管加热风。下半部为风冷却部位，设置独立的氨液排管，将氨液通入下部排管冷却风。供风系统与常规型式一致，即中转料仓、冷暖风机、离心风机构成供风循环系统。

(3) 冷风机计算(单仓)

(3)

式中：Q为冷量，kJ/h；F为计算冷风机面积，m2；K为传热系数，kJ/(m2·h·℃)，根据厂家资料取75.3；ΔTm为对数温差，℃。

(4)

式中：tj为进风温度，℃；tc为回风温度，℃；t0为蒸发温度，℃。

(4) 羊曲水电站混凝土骨料风冷参数见表1。

(5) 制冷水耗冷量计算

(5)

式中：Qw为设计工况冷水负荷，kW；k为损耗系数，一般可取1.1～1.2；P为高峰月小时强度，m3/h；gw为每方混凝土加水量，kg/m3；Cs为冷水比热，kJ/(kg·℃)。

表1 风冷计算参数汇总表

3 预热混凝土出机口温控措施

预热混凝土小时生产能力114 m3/h，依据混凝土生产能力，确定预热按2座HZ120-2F3000L搅拌站配置。按11月份气温-4.9 ℃计算，自然出机口温度-2.2 ℃，要求出机口温度15 ℃。预热措施采取:成品料堆预热骨料+1次风热骨料+热水拌和。根据热平衡计算，大石、中石、小石终温14 ℃，并采用60 ℃热水拌和，即可满足出机口15 ℃的温控要求。热源采用蒸汽锅炉，锅炉的容量按系统所需热负荷进行配置。

低温期拌和系统运行不仅要对原材料进行加热以达到出机口温度，系统内的各车间均应考虑供暖才能保证正常运行。预热措施如下：

(1) 对料堆骨料进行加热。结合系统内车间供暖，成品料堆、筛分调节料堆采用埋设散热排管，散热排管内通蒸汽的方式对骨料进行加热，防止骨料冻结。散热排管由Ø159 mm×6和Ø108 mm×4两种钢管加工而成，每个下料口布设2个。散热排管在料堆内受骨料的侧压力影响容易变形倒塌，应将每个下料口布设的2个散热排管制作成整体式，以增强自身稳定性，另外在散热排管上部用2道角钢进行加固。

料堆内的热负荷计算，为简化计算，认为排管放出的热量全部被骨料吸收，按下式计算：

Qn=FnKn(tm-tc)

(6)

(2) 骨料在中转料仓内用热风加热，热风由暖风机提供。

暖风机面积计算。热媒为蒸汽，入口温度t=100 ℃， 压力P=0.1MPa，单座搅拌站暖风机计算。

(7)

式中：Q为热量，kJ/h；F为计算暖风机面积，m2；K为传热系数，kJ/(m2·h·℃)；Δtp为热媒与空气之间的平均温差，℃。

(8)

式中：tg为蒸汽温度，℃，取100 ℃；t1为加热前空气温度，℃，取25 ℃；t2为加热后空气温度，℃，取45 ℃。

(3) 热风供风量计算

(9)

式中：ra为空气容重1.29kg/m3；Q为热量，kJ/h； il为进风温度的焓，kJ/kg；i0为回风温度的焓，kJ/kg。

11月份平均相对湿度为47%，进风温度tj=45 ℃，查图[3]il=124kJ/kg；回风温度th=25 ℃，查图[3]i0=49kJ/kg。

(4) 中转料仓骨料初温按4 ℃计算。从计算数据中可以看出，在受热区高度确定的情况下，由于蒸汽间接加热，进风温度较高，与骨料的温差较大，使得循环风量减小，对应风速低、料层阻力小。由于风冷、风热的风源按供风量大的冷风量配置离心风机，因此在风热中暖风量比计算值大，可以通过调节蒸汽量来影响进风温度达到控制加热温度。

骨料风热计算参数见表2。

(5) 拌和用热水，采用60 ℃热水，规范[4]规定拌和热水最高不能超过60 ℃，热水热负荷计算。

表2 骨料风热计算参数汇总表

Q=(1.06～1.15)CwPW(Tw-T1)

(10)

式中：Q为热负荷，kJ/h；P为混凝土强度，m3/h；W为每方混凝土水的用量，kg/m3；Cw为水的比热，kJ/(m2·h·℃)；Tw为拌和热水温度，℃；T1为当月水温，℃；

(6) 胶带机栈桥采用下承式，用5cm厚聚苯乙烯夹心保温板围护，胶带机两侧沿线设Ø108mm×4散热钢管，以避免胶带机运行打滑。此外，搅拌站、空压机房、外加剂间、锅炉房、办公室均需采暖，若砂石加工系统与混凝土拌和系统联合布置，筛分车间、破碎车间、试验室等也均需采暖。采暖热负荷按上述公式计算。考虑到系统为临建工程，各车间的供暖采用自制的散热器，用无缝钢管焊接而成。

(7) 蒸汽加热拌和用水时加热设备的选择原则。当用蒸汽间接加热拌和水时，如果用水量较大，从设备完善性和运行可靠性出发，应选用定型产品——汽水热交换器；如果用水量不大，则可采用简单的热交换器，在这种交换器的箱内装设蛇形盘管即可。办公室供暖采取热水热媒，设计中采取管壳式汽水交换器制热水，采取机械循环热水供暖的形式。对于搅拌站拌和、外加剂溶液配制用热水均采取在水箱内设蛇形盘管制热水。

4 结 语

羊曲水电站工程混凝土拌和系统出机口兼有预冷、预热两方面温控要求，设计将成品粗骨料在搅拌站的中转料仓内实现冷风冷却骨料、热风加热骨料，巧妙地对空气冷却器进行非标改造，将其分上部供热区和下部冷却区，改造后的冷暖交换器实现既可制冷风又可制热风。羊曲水电站工程采取的预冷预热措施有效的控制了混凝土出机口温度，为其它类似工程提供参考。

[1] 水利水电工程施工组织设计手册(第4卷)[M].北京：水利水电出版社,1991.

[2] DL/T5386-2007，水电水利工程混凝土预冷系统设计导则[S].北京：中国电力出版社,2007.

[3] 陆耀庆.实用供热空调设计手册(上册)[M].2版.北京：中国建筑工业出版社,2008.

[4] DL/T 5179-2003，水电水利工程混凝土预热系统设计导则[S].北京：中国电力出版社,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，辽宁省凤城市人，高级工程师，主要从事水利水电工程施工设计工作.

TV544.9

A

10.3969/j.issn.1006-2610.2015.04.016