“三塔合一”超大型空冷塔结构优化设计

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某1000MW级电厂间接空冷塔结构设计研究

某1000MW级电厂间接空冷塔结构设计研究发布时间：2021-05-18T02:59:46.511Z 来源：《中国电业》（发电）》2021年第2期作者：杨乐1李海瑞1[导读] 在此前提下一机一塔方案比一机两塔方案造价低、占地少且塔群效应小，综合以上优势，推荐采用一机一塔方案。

中国能源建设集团山西省电力勘测设计院有限公司山西太原 030001摘要：以某2×1000MW级电厂工程间接空冷塔为例，对机组配置一机一塔、一机两塔两个方案进行研究。

研究结果认为在保证冷却塔的屈曲稳定、安全的前提下，一机一塔方案比一机两塔方案造价低、占地少且塔群效应影响小，该1000MW级电厂间接空冷塔推荐一机一塔方案。

关键词：火力发电厂；间接空冷塔；一机一塔；一机两塔0引言某2×1000MW空冷发电机组，循环冷却系统采用表凝式间接空冷系统，机组与冷却塔的配置推荐一机一塔、一机两塔两个方案，布置方式均为表凝式散热器塔外竖向布置，其立面、剖面图见图1。

图1 间接空冷塔立面及剖面图为获得安全可靠、经济合理的最优方案，对一机一塔、一机两塔两个方案展开分析研究。

根据设计基础条件，工艺专业进行热力优化计算，确定一机一塔、一机两塔两个方案的空冷塔几何尺寸。

根据间接空冷散热器的布置和进风要求，空冷塔的进风口比湿冷塔高很多，对一机一塔而言，其进风口高达28米，零米直径达到170多米，其稳定问题十分突出，是制约特大型空冷塔结构设计的关键问题。

计算分析方法主要利用冷却塔静、动力整体分析程序LBS和LBSD，并利用结构有限元分析程序SAP2000对冷却塔结构进行静、动力验算分析以及塔体稳定性分析。

通过分析得出结论，采用一机一塔、一机两塔方案均可以做到安全可靠，在此基础上对两方案进行比较，推荐一机一塔方案。

1 地质条件及地基处理1.1地形地貌拟建区域地形平坦，地貌成因类型风积高原，地貌类型为平地。

1.2 地层结构及承载力特征值拟建区域上覆地层为第四系风积层（Q4eol）、第四系全新统冲洪积层（Q4al+pl）构成，岩性主要为为细砂、粘性土；下伏基岩地层为中生界白垩系（K）砂质泥岩、泥质砂岩。

超大型间接空冷塔多工况下整体结构有限元分析

彭伟，：大型间接空冷塔多工况下整体结空冷塔多工况下整体结构有限元分析
彭伟温志鹏谷小兵王宏伟张国柱
（中国大唐集团科技工程有限公司，京北１０９）００７
１６００２．Ｏ９．７４０４
出口直径喉部直径进风Ｅ处直径ｌ展宽平台标高展宽平台外围直径最大厚度
最小厚度零米直径４２对Ｘ型支柱
８．０９Ｏ０
１７４３１．０
ＡＢＴＲＡＣＳＴ：ＢａｅｎＡＮＳｉｉｌｍｅｔａａｙｉｏｔｒ，ｉｗａｕｌｔｅＦＥｍｏｅｆｏｅａｌｓｒｃｕｅｏｓｄｏＹＳｆｔｅｅｎｎｌｓｓｓｆｗａｅｔｎｅｓｂｉｈｄ１ｏｖｒｌｔｕｔｒｆｔ
ｗｈｓｅｕｔｏｌｒｖｄｕｄｎｅｆｒｓｉｒｓｒｃｕｅ．ｏｅｒｓｌｓｃｕｄｐｏｉｅａｇｉａｃｏｉｌｔｕｔｒｓｍａ
ＫＥＹｏＲＤＳ：ｉｉｅｔａｒｃｌｄｔｗｅｌＷｎｄｒｃｉ— ｏｏｅｏｒ；ＡＮＳＳ；ｌｄａｅ；ｄｓａｅｅＹｏｃｓｉｐｌｃｍｎｔ；ｉｅｎａｏｃｎｔｒｌｆｒｅ
摘要：于ＡＹ基ＮＳＳ有限元分析软件，立大唐武安发电项目（ ×３０建２０ＭＷ机组）面式凝汽器间接空冷系统空表冷塔整体结构有限元模型。分别对恒荷栽、荷载、荷载、活风温度荷载和地震作用５种工况进行了计算模拟，到得各工况及组合工况下间接空冷塔的位移及内力分布，供同类工程参考。可

秦岭亚洲最高的三塔合一间冷塔

亚洲最高的三塔合一间冷塔近日，秦岭发电公司“上大压小”660MW扩建工程七号间冷塔风筒顺利到顶，标志着采用国际领先“三塔合一”技术，高度达179.8米的亚洲最高间冷塔落户秦岭发电。

该冷却塔为钢筋混凝土双曲线自然通风冷却塔，由西北电力设计院设计，重庆电力建设公司负责承建。

塔顶标高179.8米，底部直径128米，喉部直径为83米，出口直径85米，混凝土浇筑总量达到15500立方米，共有38对垂直高度为27.8米的“X”支柱支撑，属超高、超大型冷却塔，是目前亚洲同类型机组中最高的间冷塔。

该塔采用表凝式间接空冷系统和冷却塔、烟囱、脱硫塔“三塔合一”技术，同步建设脱硫脱硝装置，节省场地，节约工程投资。

塔内不设GGH和增压风机，大大降低了氮氧化物和二氧化硫排放量，彰显华能集团绿色发展理念，成为工程建设中的最大亮点。

秦岭发电公司针对该间冷塔大量采用新技术新工艺的特点，在施工建设过程中，以“高标准达标投产、创国优、夺鲁班”为工程建设目标，推行“超前策划、样板引路、消除通病、创建亮点“的质量管理办法。

采用样板引路，打造“X”柱清水混凝土工艺亮点，消除色差、水印等质量通病。

紧抓施工关键环节，严把钢筋绑扎、支模、浇筑质量关。

实施安全风险点预控，强化冬季施工管理和专项检查，做到警钟长鸣。

使施工中技术应用、安全监督、工艺质量、工程进度等诸多环节可控在控，保持了自工程开工以来安全事故“双零”的工程建设目标，达到“冷却塔混凝土色泽一致，表面光洁、平整，接缝线条顺畅”的清水混凝土水平，得到华能集团、陕西公司各级领导和中电建协、华能质监站专家们的一致好评。

目前，该公司又迅速投入到间冷塔防腐工程的施工中，通过对该间冷塔防腐工程研究和施工，确保间冷塔的耐久性，并为同类工程的设计、施工提供指导。

竣工后的间冷塔以其高大雄伟的身姿，突示华能企业形象，必将成为秦岭山旁，渭水河畔一道新的亮丽的风景。

本文是中国空调平台门户提供。

空冷塔美化工程施工方案

一、工程概况本工程为某火力发电厂空冷塔美化工程，旨在提升电厂形象，改善周边环境。

空冷塔为该电厂主要冷却设备，高约100米，占地面积约1000平方米。

美化工程主要包括：外表面涂装、照明系统、绿化景观等。

二、施工准备1. 组织机构成立空冷塔美化工程领导小组，负责工程的组织、协调和监督。

2. 施工人员组织一支专业、熟练的施工队伍，包括涂料工、电工、绿化工等。

3. 材料设备（1）涂料：选用环保型涂料，具有良好的耐候性、耐水性、耐腐蚀性。

（2）照明设备：选用节能型灯具，具备良好的照明效果。

（3）绿化植物：选用适应性强、生长周期长的植物。

4. 施工方案（1）施工顺序：先进行外表面涂装，然后安装照明系统，最后进行绿化景观施工。

（2）施工方法：①外表面涂装：采用高压无气喷涂，确保涂料均匀、厚度一致。

②照明系统安装：按照设计要求，安装灯具，并调试照明效果。

③绿化景观施工：根据设计图纸，布置绿化植物，确保植物生长良好。

三、施工步骤1. 施工前期（1）进行施工现场勘察，了解空冷塔的结构、尺寸等信息。

（2）制定详细的施工方案，包括施工顺序、施工方法、材料设备等。

（3）组织施工人员，进行技术交底和安全教育。

2. 施工过程（1）外表面涂装：清理空冷塔表面，确保无油污、灰尘等杂物。

按照涂料比例，调配涂料，进行喷涂。

喷涂过程中，注意涂层厚度、均匀性。

（2）照明系统安装：按照设计要求，安装灯具。

调试照明效果，确保亮度适中、无死角。

（3）绿化景观施工：根据设计图纸，布置绿化植物。

确保植物生长良好，美化空冷塔周边环境。

3. 施工后期（1）检查施工质量，确保符合设计要求。

（2）清理施工现场，做好垃圾处理。

（3）整理施工资料，进行工程验收。

四、施工安全措施1. 施工人员必须佩戴安全帽、手套、眼镜等防护用品。

2. 高空作业时，必须系好安全带，防止坠落。

3. 电气作业时，注意安全用电，防止触电。

4. 施工现场设立警示标志，提醒行人注意安全。

秦岭电厂7机亚洲最高“三塔合一”间冷塔

秦岭电厂7机亚洲最高“三塔合一”间冷塔建设3月10日23点16分，秦岭发电公司扩建工程7号机间冷塔118节浇筑完成，塔筒顺利到顶，胜利实现了工程第一个里程碑节点。

秦电7机“上大压小”扩建工程自2010年3月正式动工以来，在华能集团公司和陕西发电公司的正确领导下，优化设计，安全施工，形成诸多工程亮点，其中采用将烟囱、冷却塔、脱硫塔“三塔合一”技术建造的7间冷塔，是工程中的最大亮点。

传承创新造经典秦电7机建设是符合国家产业政策的“上大压小”工程，在设计之初就贯穿节能、环保、经济的理念，引进吸收了大量先进技术。

7间冷塔塔高179.8米，零米直径128.3米，“X” 支撑柱垂直高度27.8米，为目前亚洲第一高塔，整个塔身由环板形基础、X字柱、塔筒和钢结构宽展平台组成。

间冷塔在国内尚属新技术，秦电7间冷塔是华能集团公司第一个集循环水冷却、排烟、脱硫为一体的“三塔合一”工程，整体基建造价低，占地面积少，在北方地区有着较强的示范效应。

志当存高远，功到自然成。

7间冷塔施工要求工艺标准高、工法复杂，加上工程量大、工期紧张、施工经验不足，秦电人和负责施工的重庆电建项目部以大无畏精神，传承创新、开拓进取，推行超前策划、过程优化、样板引路、创建亮点，摸索着走出一条创新之路。

工程建设之初，就树立“创国优、夺鲁班”的工程建设目标，服务华能，缔造经典。

在毛石混凝土换填施工中，优化铺毛石办法，采用振动棒振捣，保证了搅拌均匀度和密实度，提高了工作效率、缩短工期约45天。

精心编制创优实施计划，进行样板墙施工，比较多种施工工法的优劣，最终采用的振动棒预置、泵送导管提升浇灌法，有效解决了斜柱气泡难于消除的难题。

精心打造的X字柱清水混凝土工艺亮点，内实外光，棱角分明，媲美大理石。

2010年12月15日，华能集团公司副总经理那希志到场视察工作时，高度赞扬间冷塔工程干得漂亮。

安全施工技艺臻工程始终遵循高质量、高速度、低造价的“两高一低”基建方针，坚持“安、快、好、省、廉”，始终把安全放在首位，形成了日检查、周小结、月评比、季考核的安全检查考核机制。

直接空冷与三塔合一间接空冷设计方案及静态投资分析

塔．烟塔合一技术；匈牙利马特拉燃煤电厂（８ＭＷ）硫设施布置在空冷塔内；内山西山８０脱国阴煤矸石电厂２３ＯｘＯＭＷ工程运用了两机一塔，脱
硫设施布置在空冷塔内的技术，宝鸡二电厂２ｘ６０６ＭＷ３程运用了一机一塔，脱硫设施布置在空２冷塔内的技术。
作者简介：现辉（９２）男，职研究生，程师。主要研宫１８一，在工究方向为电厂给排水工程。
冷燃煤发电机组。电厂厂址北依谢米斯台山，临南准噶尔盆地，厂址是作为煤电一体化厂址来规划该
际运用。土耳其Ｃ￣６ＭＷ电厂采用了两机一ＡＮ２１０
１电厂空冷技术发展概况
电厂空冷技术的最大特点就是节水，这一特点对在缺水地区建设火电厂时，对电厂的合理布局，
以有限的水资源扩大建厂容量，缓解与当地工农
冷进行设计方案及静态投资方面的分析．而为同类型空冷机组的选型设计提供参考。从
【关键词】接空冷间接空冷三塔合一设计方案静态投资直【中图分类号】Ｍ６１Ｔ２【文献标识码】Ａ
０引言
随着空冷技术的发电厂在缺水富煤的西北地
山东电力高等专科学校学报
第ｌ第２期５卷
ＪｕｎｌｏｈｎｏｇＥｅｔｉｏｒＣｏｌｇｏｒａｆＳａｄｎｌｃｒｃＰｗｅｌｅｅ

间接空冷机组“三塔合一、四位一体”技术应用研究

间接空冷机组“三塔合一、四位一体”技术应用研究作者：张军峰来源：《价值工程》2019年第25期摘要：针对不同环境风速工况，以660MW 超超临界间接空冷机组为例，通过计算流体力学（CFD）模拟软件对“三塔合一、四位一体”系统进行了仿真模拟，分别计算了无除尘装置、卧式低位布置以及立式布置三种方案下10m高度处的水平风速为0m/s、2m/s、5m/s、8m/s、12m/s对空冷塔热力性能的影响。

结果表明，随着水平风速的增加，出塔水温呈增加趋势;在TRL工况下，三种方案的水温范围分别为51.7-56.08℃、51.72-55.61℃和51.71-55.6℃。

在TMCR工况下，三种方案的水温范围分别为32.77-37.18℃、32.79-36.75℃和32.78-36.69℃。

期望为优化间接空冷系统、烟气系统、脱硫系统、湿式除尘系统的布置提供参考。

Abstract： Against the different wind speed conditions， taking 660MW ultra-supercritical indirect air cooling unit as an example， the"three towers in one and four in one" system was simulated by computational fluid dynamics （CFD） simulation software. The influences of horizontal wind speeds of 0m/s， 2m/s， 5m/s，8m/s and 12m/s on the thermal performance of the air cooling tower under three schemes of no dust removal device， horizontal low position arrangement and vertical arrangement were calculated respectively. The results show that with the increase of horizontal wind speed， the water temperature in the tower increases. Under TRL conditions， the water temperature ranges of the three schemes are 51.7-56.08℃， 51.72-55.61℃ and 51.71-55.6℃ respectively. Under TMCR conditions， the water temperature ranges of the three schemes are 32.77-37.18℃， 32.79-36.75℃ and 32.78-36.69℃respectively. It is expected to provide reference for optimizing the arrangement of indirect air cooling system， flue gas system， desulfurization system and wet dust removal system.關键词：间接空冷机组;三塔合一;计算流体力学;布置工艺Key words： indirect air cooling unit;three towers in one;computational fluiddynamics;arrangement process中图分类号：X51;M621; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ;文献标识码：A; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; 文章编号：1006-4311（2019）25-0173-030; 引言燃煤发电厂的“三塔合一”是将火电厂烟囱（烟塔）、间接空冷塔和脱硫吸收塔“三塔合一”，将湿式除尘器布置于间冷塔内形成四位一体布置。

大型散热设备安装工艺探索——超临界间接空冷“三塔合一”大型散热设备安装工艺

摘要：本文介绍在干旱地区建设的超】名界间接空冷 “ 三塔合一” 大型散热设备的安装工艺，￣Ｌ．ｙ－艺不仅提高散热设备吊装效率和安装质量而且缩短安装工期，达到降本增效的目的。
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌｉｎｄｉｒｅｃｔａｉｒｃｏｏｌｉｎｇ “ ｔｈｒｅｅｔｏｗｅｒｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ”ｌａｒｇｅｃｏｏｌｉｎｇｄｅｖｉｃｅｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｉｎｔｈｅａｒｉｄｒｅｇｉｏｎ．Ｔｈｉｓｔｅｃｈｎｏｌｏｙｇｃａｎｎｏｔｏｎｌｙｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｌｉｆｔｉｎｇｅｆｉｆｃｉｅｎｃｙｏｆｔｈｅｃｏｏｌｉｎｇｄｅｖｉｃｅａｎｄｔｈｅｉｎｓｔｌｌａ￣ｉｏｎｑｕｌｉａｔｙ，ｂｕｔａｌｓｏｓｈｏ￣ｅｎｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｔｉｍｅ，ＳＯｔｅｄａｎｄｂｅｎｅｉｆｔｉｎｃｒｅａｓｅｄ．
ＳｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌＩｎｄｉｒｅｃｔＡｉｒＣｏｏｌｉｎｇ“ ＴｈｒｅｅＴｏｗｅｒｎｔＩｅｇｒａｔｉｏｎ”ＩｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

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“三塔合一”超大型空冷塔结构优化设计
来源：1. 中南电力设计院2. 中南电力设计院2013年10月25日点击：
【文摘】本文简单介绍了超大型冷却塔结构设计现状，针对某工程空冷系统中“三塔合一”超大型空冷塔，通过结构选型，局部稳定性分析和整体稳定性分析对空冷塔结构进行优化设计，在保证结构安全可靠的前提下，减少空冷塔混凝土工程量，节省投资。

【关键词】超大型空冷塔;局部稳定性分析;整体稳定性分析;塔型优化
1、我院超大型冷却塔结构设计简介
双曲线型自然通风冷却塔的建造历史国内已有几十年的经验，在已建和在建的大型自然通风冷却塔项目方面，国内淋水面积最大的宁海电厂13000 m2冷却塔已投运。

我院设计的汉川电厂三期工程、华润贺州电厂工程淋水面积13000 m2超大型冷却塔设计工作已全部完成，冷却塔正在建设中。

淋水面积13000 m2冷却塔主要几何尺寸如下：
塔总高度 175 m 进风口高度 12.10 m
塔顶部中面直径 81.252 m 塔筒底部中面直径 129.358 m
塔零米人字柱中心直径 138.80 m “人”字型柱对数 48对
图1 华润贺州电厂淋水面积13000 m2冷却塔施工到顶
2、本工程超大型空冷塔结构优化设计通用有限元分析
空冷塔布置情况，混合式间接空冷系统采用一台机配置一座自然通风空冷塔，冷却单元布置在空冷塔的外侧，全塔共176个冷却单元。

空冷塔参数为：
底部直径(散热器外沿)：161 m X柱处的底部直径 ~149 m
喉部直径 98 m 塔筒出口直径 100 m
塔筒底部直径 137 m 进风口高度 26 m
空冷塔高度 175 m
2.1 有限元建模
该空冷塔采用钢筋混凝土结构，塔筒、斜支柱混凝土为C35，环基混凝土为C30；基本参数为：塔总高度为175 m，喉部半径为49 m。

进风口高度26m，进风口半径为68.5 m。

支柱为“X”支柱，40对，尺寸①B×H=1.2×1.6 m；②B×H=1.1×1.7 m。

地基尺寸：B×H=13.0×2.0 m。

支柱：使用ANSYS中的BEAM188梁单元；在支柱形式为“X形支柱”时，支柱为矩形截面，需要输入截面的宽度和高度，其中高度为空冷塔半径方向；
支墩：使用ANSYS中的BEAM188梁单元；等效为圆形截面，截面半径为“X形支柱”宽度的3倍；
塔顶刚性环：使用ANSYS中的BEAM189梁单元；是截面形状如L字形的梁，需要输入四个参数；
壳体：使用ANSYS中的SHELL93壳单元；由于壳体是旋转壳，需要输入壳体母线的形式（包括壁厚）；
地基与环梁：基础环梁在本计算中被简化为梁单元，使用ANSYS中的BEAM188梁单元；
图2 典型的有限元模型图
2.2 结构选型
空冷塔坐标系取为：喉部水平为横轴r轴，铅锤线为竖轴z轴。

考虑两种曲线组合型式，曲线组合1：喉部以上和喉部以下分别用两条双曲线的塔型；曲线组合2：喉部以上双曲线，进风口以上一段圆锥曲线，圆锥和喉部之间双曲线。

喉部高度分别取150 m、155 m和160 m进行分析，支柱截面尺寸的变化只对壳体进风口附近部分的局部稳定性有较大的影响，但这一部分的壳体局部稳定性Kb本身就比较大，而对壳体局部稳定性的薄弱环节部分的影响是很小的。

对于壳体以上和壳体以下两段双曲线的塔型，喉部高度150 m、155 m、160 m三种情况下，喉部高度增加会提高壳体的局部稳定性，但整体稳定性略有下降。

喉部高度155 m时壳体总体积比较小，综合对比之下，喉部高度155 m的塔型更有优势。

调整了壳体厚度变化的指数后，壳体体积有了4~5%左右的下降，当然，局部稳定性的Kb最小值也有明显的下降，但最小厚度0.3 m以上的情况下最小Kb值仍大于5，实际设计的过程中，可以根据壳体Kb值的余量调整壳体厚度的变化。

2.3 局部稳定性分析
由于空冷塔是很薄的壳体结构，其稳定性是设计必须考虑的因素，按《工业循环水冷却设计规范》[1]，自然通风空冷塔的局部稳定性按下式验算：
对于最终选中的塔型和壁厚参数，根据ANSYS计算得到的内力结果，并根据规范可得各壳体点的局部稳定性系数KB，见表一：
表1 局部稳定性系数KB（75 m~90 m区域）
2.4 整体稳定性分析
考虑空冷塔的整体稳定性，应用自重载荷、风载荷和内吸力载荷，并在保持自重载荷不变的情况下增大风载荷和内吸力载荷的倍数，得到临界载荷的倍数为34.227，与之相对应的临界风速为148 m/s，整体稳定性模态如图3：
图3 空冷塔整体稳定性
2.5 壳体选型初步结论
2.5.1 三种不同喉部高度的塔型中，综合考虑局部稳定性和整体稳定性的计算结果，优先选择喉部高度155 m的塔型；
2.5.2 在塔型的局部稳定性Kb值有足够余量的情况下，可以在保持壳体最大、最小厚度的情况下，通过优化壳体厚度，进一步减少壳体体积。

参考文献：
[1] GB/T 50102-2003. 工业循环水冷却设计规范[s]. 吉林：东北电力设计院，2003。