超大型冷却塔结构设计值得关注的问题华北电力设计院
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为防止塔筒从上边 缘开裂,后期用4 根预应力钢缆施加 预应力予以加强。
3 风荷载的非轴对称
塔体外形尺寸的确定需要考虑随着塔的高度增加,塔的特征频率降低, 会进到风频谱的更高能量部分。风荷载的作用可以分解为静态、动态和谐振 分量。这些分量在实际应用时可以考虑为准静态的。本冷却塔设计时是按照 德国《建筑技术规定》BTR(VGB1996)执行,应用这个规定,塔的高度建造 至170m高没有出现失败或损坏的(此前,法国最大塔高182m)。
3 风荷载的非轴对称
风洞试验的目的是为了确 定风压分布形态和塔体设 计控制的关键极值应力。 由于周围环境的干扰,使 得风的环向分布出现很大 不同。因此该塔设计时在 环向考虑了两个不同的风 压区,在东南方向按照风洞 试验的结果提高了环向风 压。在基本设计阶段,塔 筒采用了加肋塔(小糙 度),风压分布曲线使用 尼曼曲线K1.4。
技术规定BTR的概念是针对于单独冷却塔的,如果风场受到周围高耸建 筑物或冷却塔的影响,则风的分布和变化是复杂的。Niederaussem电厂新建 冷却塔虽然是单塔,但受到老厂现存高大建(构)筑物的遮挡(西侧老塔群 100~130m高),特别是本期锅炉为本生塔式直流炉,高度167m,风场和风 势非常复杂。为了考虑周围环境造成风场所有的负面影响,在1996年以前完 成了一系列风洞试验,其中,不考虑遮挡物的有利影响。因为现存老厂的建( 构)筑物已经30多年了,在200m塔的寿命期内,有可能全部拆除。
2 冷却塔的总体尺寸
冷却塔壳体子午线是由两条双曲线组成并在喉部相切,基本等 厚塔,最小厚度0.24m,在烟道入口处局部加厚至0.45m。塔顶 上环梁设计的相当刚性,这个刚性环为一个U型断面,向塔内悬 挑,通风方面具有收口塔的作用,壳体下部厚度逐步增加,形 成锥体,最大厚度1.16m。塔筒支柱采用是48根子午向立柱,与 下环梁正交连接。
5 有限元分析
荷载组合:正常使用极限状态, 采用总安全系数法 G+W G+W+T G+W/3+T+E G+0.7W+T 用于验算裂缝宽度
(砼抗压γ=1.75^2.10,钢材γ=1.75)
为了排放脱硫后的净烟气,在离地面49m处预留两个高度 9.0m的门型洞,两根直径6.5 m,长度约120m的玻璃钢排烟道通 入冷却塔内部,每一根排烟管道施加给塔筒的竖向力为2000KN, 水平向力为±400KN。在两个开孔周围塔筒的厚度由0.24m增加 到0.45m,进行局部加强。
2 冷却塔的总体尺寸
1 工程概况
Nideraussem是位于德国科隆附近燃烧褐煤的火电厂,业主为RWE公司, 目前共有10台机组,4×150MW+3×300MW+2×600MW +1×1000MW( K号),其中K号机组为近期扩建的1000MW超临界机组
1 工程概况
由于环保要求和主导风向的关系,全厂冷却塔均布置在炉后,位于厂区主导风向的 下风侧,烟气采用石灰石-石膏湿法脱硫工艺,烟气经过脱硫装置后,直接进入自然通 风冷却塔排放,不设置旁路烟道。另外,由于1000MW机组紧邻社会道路,环保要求 高,冷却塔设置了防噪音墙
主要内容
1 工程概况 2 冷却塔的总体尺寸 3 风荷载的非轴对称 4 地基土的非轴对称 5 有限元分析 6 非线性缺陷分析 7 高性能砼的技术特性 8 上环梁无粘结预应力加强 9 预应力钢筋砼构件 10 冷却塔结构的监测
引言
随着单机容量的扩展、大型间接空冷塔的需求及 内陆核电站建设的需要,自然通风冷却塔正在向超大 型方向发展。为此,我们将面临值得思考的一系列问 题:多项突破《火力发电厂水工设计规范》中关于冷 却塔规定的依据是什么;超大型冷却塔的设计能否按 照常规尺寸冷却塔线性放大;超大型塔风荷载取值的 合理性;排烟冷却塔或海水塔防腐措施的研究;建成 的冷却塔安全裕度有多大,运行中如何监测等等。
4 地基土的非轴对称
4 地 基 土 的 非 轴 对 称
5 有限元分析
按照有限元分析的标准,对 该超大型塔使用FEMAS软件进 行了所有单项荷载的应力和应变 分析。由于考虑了风荷载受到周 围建(构)筑物的影响及烟道入 口和不均匀地基的非轴对称性, 最终设计模型共有50919个自由 度;包括塔筒,支柱,环基和地 基土的刚度。右图给出了FE简 化模型,一个实用离散化的概念。
4 地基土的非轴对称
Niederaussem的高塔座落在一个连续的钢筋砼环板基础上。 水池深度2.5m。然而,旋转对称的环板基础在两个位置上受到 阻碍:一处是冷却塔的进、出水口处,另一处是受到周围建筑 物的限制,这两部分的基础深度要加深3.1m。土壤特性调查结 果显示:一般区域地基土的刚度是9MN/m3,而加深基础地段土 的刚度是11MN/m3。一般区域环基宽度是6.5m,在加深基础部 位土的刚度较高,环基宽度是8.84m。因此,使得塔筒上的应力 -受拉部位呈现非轴对称分布。为了模拟真实情况,数学模型 包括了塔体结构的所有部分:地基,环形基础,立柱和塔筒。 图8显示了该非轴对称性对地基土压力分布所产生的不同影响。
1 工程概况
先前的3×300+2×600MW机组的冷却塔周围烟道支架较多,与国内规范中规定的 冷却塔与各建(构)筑物的最小间距相比,冷却塔与其它设施布置的间距相当紧凑 ,几乎无空地,因此,塔区用地面积较小
1 工程概况
与1000MW机组配套的为无旁路排烟冷却塔。脱硫装置采用两个吸收塔并用 轻型铝合金板全封闭。从该排烟冷却塔运行效果来看,由于在进风口处安装 了防噪音墙,尾水溅落的噪音被阻隔了,与其它机组的冷却塔相比,噪音明 显减小,效果较好,冷却塔出口处羽烟浓密,整个塔区云雾缭绕
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2 冷却塔的总体尺寸
塔 高: 200m(池壁顶0m) 出口直径: 88.41m 喉部标高: 142.0m 喉部直径: 85.0m 下环梁高: 12.18m 下环梁直径:136.0m 基础直径: 152.54m 水池深度: 2.5m 壳体最小厚度:0.24m 子午向立柱: 48根 立柱高度: 14.68m 淋水面积: ~14000m2 塔筒表面积:~60000m2
3 风荷载的非轴对称
塔体外形尺寸的确定需要考虑随着塔的高度增加,塔的特征频率降低, 会进到风频谱的更高能量部分。风荷载的作用可以分解为静态、动态和谐振 分量。这些分量在实际应用时可以考虑为准静态的。本冷却塔设计时是按照 德国《建筑技术规定》BTR(VGB1996)执行,应用这个规定,塔的高度建造 至170m高没有出现失败或损坏的(此前,法国最大塔高182m)。
3 风荷载的非轴对称
风洞试验的目的是为了确 定风压分布形态和塔体设 计控制的关键极值应力。 由于周围环境的干扰,使 得风的环向分布出现很大 不同。因此该塔设计时在 环向考虑了两个不同的风 压区,在东南方向按照风洞 试验的结果提高了环向风 压。在基本设计阶段,塔 筒采用了加肋塔(小糙 度),风压分布曲线使用 尼曼曲线K1.4。
技术规定BTR的概念是针对于单独冷却塔的,如果风场受到周围高耸建 筑物或冷却塔的影响,则风的分布和变化是复杂的。Niederaussem电厂新建 冷却塔虽然是单塔,但受到老厂现存高大建(构)筑物的遮挡(西侧老塔群 100~130m高),特别是本期锅炉为本生塔式直流炉,高度167m,风场和风 势非常复杂。为了考虑周围环境造成风场所有的负面影响,在1996年以前完 成了一系列风洞试验,其中,不考虑遮挡物的有利影响。因为现存老厂的建( 构)筑物已经30多年了,在200m塔的寿命期内,有可能全部拆除。
2 冷却塔的总体尺寸
冷却塔壳体子午线是由两条双曲线组成并在喉部相切,基本等 厚塔,最小厚度0.24m,在烟道入口处局部加厚至0.45m。塔顶 上环梁设计的相当刚性,这个刚性环为一个U型断面,向塔内悬 挑,通风方面具有收口塔的作用,壳体下部厚度逐步增加,形 成锥体,最大厚度1.16m。塔筒支柱采用是48根子午向立柱,与 下环梁正交连接。
5 有限元分析
荷载组合:正常使用极限状态, 采用总安全系数法 G+W G+W+T G+W/3+T+E G+0.7W+T 用于验算裂缝宽度
(砼抗压γ=1.75^2.10,钢材γ=1.75)
为了排放脱硫后的净烟气,在离地面49m处预留两个高度 9.0m的门型洞,两根直径6.5 m,长度约120m的玻璃钢排烟道通 入冷却塔内部,每一根排烟管道施加给塔筒的竖向力为2000KN, 水平向力为±400KN。在两个开孔周围塔筒的厚度由0.24m增加 到0.45m,进行局部加强。
2 冷却塔的总体尺寸
1 工程概况
Nideraussem是位于德国科隆附近燃烧褐煤的火电厂,业主为RWE公司, 目前共有10台机组,4×150MW+3×300MW+2×600MW +1×1000MW( K号),其中K号机组为近期扩建的1000MW超临界机组
1 工程概况
由于环保要求和主导风向的关系,全厂冷却塔均布置在炉后,位于厂区主导风向的 下风侧,烟气采用石灰石-石膏湿法脱硫工艺,烟气经过脱硫装置后,直接进入自然通 风冷却塔排放,不设置旁路烟道。另外,由于1000MW机组紧邻社会道路,环保要求 高,冷却塔设置了防噪音墙
主要内容
1 工程概况 2 冷却塔的总体尺寸 3 风荷载的非轴对称 4 地基土的非轴对称 5 有限元分析 6 非线性缺陷分析 7 高性能砼的技术特性 8 上环梁无粘结预应力加强 9 预应力钢筋砼构件 10 冷却塔结构的监测
引言
随着单机容量的扩展、大型间接空冷塔的需求及 内陆核电站建设的需要,自然通风冷却塔正在向超大 型方向发展。为此,我们将面临值得思考的一系列问 题:多项突破《火力发电厂水工设计规范》中关于冷 却塔规定的依据是什么;超大型冷却塔的设计能否按 照常规尺寸冷却塔线性放大;超大型塔风荷载取值的 合理性;排烟冷却塔或海水塔防腐措施的研究;建成 的冷却塔安全裕度有多大,运行中如何监测等等。
4 地基土的非轴对称
4 地 基 土 的 非 轴 对 称
5 有限元分析
按照有限元分析的标准,对 该超大型塔使用FEMAS软件进 行了所有单项荷载的应力和应变 分析。由于考虑了风荷载受到周 围建(构)筑物的影响及烟道入 口和不均匀地基的非轴对称性, 最终设计模型共有50919个自由 度;包括塔筒,支柱,环基和地 基土的刚度。右图给出了FE简 化模型,一个实用离散化的概念。
4 地基土的非轴对称
Niederaussem的高塔座落在一个连续的钢筋砼环板基础上。 水池深度2.5m。然而,旋转对称的环板基础在两个位置上受到 阻碍:一处是冷却塔的进、出水口处,另一处是受到周围建筑 物的限制,这两部分的基础深度要加深3.1m。土壤特性调查结 果显示:一般区域地基土的刚度是9MN/m3,而加深基础地段土 的刚度是11MN/m3。一般区域环基宽度是6.5m,在加深基础部 位土的刚度较高,环基宽度是8.84m。因此,使得塔筒上的应力 -受拉部位呈现非轴对称分布。为了模拟真实情况,数学模型 包括了塔体结构的所有部分:地基,环形基础,立柱和塔筒。 图8显示了该非轴对称性对地基土压力分布所产生的不同影响。
1 工程概况
先前的3×300+2×600MW机组的冷却塔周围烟道支架较多,与国内规范中规定的 冷却塔与各建(构)筑物的最小间距相比,冷却塔与其它设施布置的间距相当紧凑 ,几乎无空地,因此,塔区用地面积较小
1 工程概况
与1000MW机组配套的为无旁路排烟冷却塔。脱硫装置采用两个吸收塔并用 轻型铝合金板全封闭。从该排烟冷却塔运行效果来看,由于在进风口处安装 了防噪音墙,尾水溅落的噪音被阻隔了,与其它机组的冷却塔相比,噪音明 显减小,效果较好,冷却塔出口处羽烟浓密,整个塔区云雾缭绕
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2 冷却塔的总体尺寸
塔 高: 200m(池壁顶0m) 出口直径: 88.41m 喉部标高: 142.0m 喉部直径: 85.0m 下环梁高: 12.18m 下环梁直径:136.0m 基础直径: 152.54m 水池深度: 2.5m 壳体最小厚度:0.24m 子午向立柱: 48根 立柱高度: 14.68m 淋水面积: ~14000m2 塔筒表面积:~60000m2