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超大型冷却塔结构设计与研究

为现浇钢筋混凝土结构。水池底板采用分离式 

现浇钢筋混凝土结构。 

.2冷却塔大小分类 

双曲线自然通风冷却塔按淋水面积一般大 

致可分为: 

小于1000m 双曲线自然通风冷却塔属于 

小型冷却塔。1000m ~5000m 属于中型冷却 

塔。5000m ~10000m 属于大型冷却塔。大于 

l0000m 双曲线自然通风冷却塔属于超大型冷 

却塔。 

3冷却塔结构设计 

冷却塔的通风筒是一种典型的薄壳结构。 

它的厚度最薄处与其直径之比,如果将冷却塔 

成比例地缩小到鸡蛋直径大小,则它比鸡蛋壳 

还要薄。在风荷载作用下冷却塔顶部的位移可 

以达到几十厘米,超过厚度的数倍。 

1965年11月1日,英国渡桥电厂(装机容量 

200MW),配8座高为114rn的冷却塔,为双排梅 

花形布置,在8级风中倒掉了3座,造成了一起 

严重的倒塌事故。事故后,关于风载作用下冷 

却塔的空气动力和结构强度问题,曾经引起过 

世界上的普遍注意。英国渡桥电厂冷却塔倒塌 

事故,现在看来其原因是多方面的,主要有: 

①冷却塔平面布置不合理;②塔型不是连续的 

双曲线;③冷却塔结构设计按照无矩理论且单 

层配筋;④冷却塔塔壁较薄塔顶未设刚性环。 

但大量研究成果表明,认为大风通过塔群内的 

塔与塔之间时,f包括厂房)受其影响,风的频谱 有较大的变化这是倒塌的主要原因之一。 

冷却塔通风筒壳体母线形状确定之后,关 

于壳壁厚度,一般为指数变厚壳、基本等厚壳 

和分段等厚壳,综合我院以往设计的冷却塔经 

验,小型冷却塔一般我们均按照指数变厚壳设 

计。中型冷却塔我们均按照基本等厚壳厚壳设 

计。对于大型冷却塔和超大型冷却塔我们则按 

照分段等厚壳设计。 

众所周知,风荷载是双曲线自然通风冷却 

塔的主要荷载之一,关于风压沿塔高的分布, 

我们过去在设计小塔时,大都是以塔顶最大风 

压作为全塔的设计风压,而实际上,风压沿塔 

高是变化的,也可以按照上下阶梯形分布或上 

下连续变化来计算,国外按阶梯形分布用得较 多,我们对上述三种情况,在洛河电厂一期工 

程7000m 冷却塔设计中,曾经作过比较,阶梯 

形分布子午向薄膜力T1比上下连续分布时小 

10%左右,纬向薄膜力T2比上下连续分布时小 

16%左右,因此我们现在设计的冷却塔采用的 

风压沿塔高均按阶梯形分布来计算。 

随着我国国民经济的飞速发展,发电厂单 

机装机容量的增大, “十二五”期间在内陆要 

新建一批核电厂,电厂内的冷却塔已从过去的 

大中型冷却塔转为超大型冷却塔。我们在多个 

工程己设计了数个淋水面积超过10000m 的超 

大型冷却塔。其中徐州彭城三期工程淋水面积 

12000m2冷却塔已投产使用。在徐州发电有限公 

司2×1000MW机组(上大压小 工程中,我院设 

计的目前我们国家最大的“烟塔合一”淋水面 

积12000m 自然通风排烟冷却塔也于2010年12月 

1日实现结构封顶。现在我们正在着手做湖南桃 

花江核电厂双曲线自然通风冷却塔淋水面积达 

到18000m ,塔高200m。 

由于发电厂单机装机容量的增大,核电厂 

用水量的增加。冷却塔也愈宜向高大方向发展。 

由此产生的问题是:冷却塔是否越高大越划得来 

一般来说冷却塔越高大,成本也就越高。我自己 

设计以及参与设计和校核的冷却塔,曾经做过比 

较,小型冷却塔配筋通风筒筒壁混凝土的含钢 

量在100kg/m 以下,中型冷却塔配筋通风筒筒 

壁的混凝土含钢量在100kg/m ~120kg/m 之 

间,大型冷却塔配筋风筒筒壁的混凝土含钢量在 

150kg/m 左右。而目前超大型冷却塔配筋风筒筒 

壁的混凝土含钢量在160kg/m ~170kg/m 之间。 

小型塔对地基承载力要求不是很高,一般天然地 

基也能满足。中型塔和大型塔以及超大型塔就需 

要地基处理。而冷却塔地基处理的费用,过去一 

般占冷却塔总造价的10%~15%,而现在有的 

20%都包不住。因此冷却塔淋水面积到达某一大 

小之后,自然会产生建一个大塔不如建两个小塔 

合算的问题,这就要做总体的技术经济比较。由 

于我们的冷却塔结构设计优化还存在着一定的缺 

陷,因此,进一步从省成本、安全、热效率、结 

构力学、水力学、流体力学等各个方面,冷却塔 

整体优化设计问题己提到我们的日程上来了。 

《火力发电厂水工设计规范》DL/T5339. 

2006冷却塔结构设计的冷却塔高度目前限制在 

165m。无可置疑现行的《火力发电厂水工设计 

2ol1年04月第2期

.45 规范》DL/T5339.2006风压分布系数也是根据单 

塔来制订的。而我们现在做的超大型冷却塔结 

构设计早已突破了当前规范的高度限制。 

冷却塔结构的非线性问题。冷却塔的厚 

度很小,无论从静力还是从动力分析的角度来 

看,非线性问题是迫切的。在风荷载作用下冷 

却塔顶部的位移可以达到几十厘米,超过厚度 

的数倍。这在数量上早己超出了线性理论的适 

用范围。线性问题要求位移比厚度小很多,传 

统设计中采用线性问题近似,在塔小时相差不 

会很大,而对于大塔或者超大型冷却塔,这种 

误差会变得不可忽略。 

为了考虑非线性效果,在塔变形时引起的 

风压变化也将成为不可忽略的因素。何况这个风 

压的变化可以与变形耦合产生积累,对于大塔或 

者超大型冷却塔,这种因素是不能省略的。 

冷却塔结构设计中,在遇到塔群的情况 

下,是否要考虑群塔的影响现行的《火力发电 

厂水工设计规范》DL/T5339.2006没有明确规 

定。我的意见还是应该考虑塔群的影响。英国 

渡桥电厂冷却塔倒塌事故的大量研究成果,认 

为大风通过塔群内的塔与塔之间时,(包括厂房) 

受其影响,风的频谱有较大的变化这是倒塌的 

主要原因之一。我们在多个工程中委托有关大 

学做的《冷却塔风洞试验》和《冷却塔塔群试 

验研究》报告的结论意见,也都充分说明了这 

一点。另外,现在设计高层建筑时,碰到两楼 

之间的净距小于楼宽的2倍时,都要考虑群楼效 

应,风压值经风洞试验测定后,两楼之间的风 

速将增大1.3~1.5倍,连体建筑也应考虑。在 

《钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程》 JGJ 3.91,第2.2.2条写明“高层建筑的平面宜选 

用风压较小的形状,并应考虑邻近高层建筑对 

其风压分布的影响”。 

另外冷却塔也愈宜向高大方向发展,而 

随之带来新的问题也就越复杂。小塔认为不重 

要的问题,对于大塔和超大型塔就显得非常尖 

锐。例如:施工初缺陷的影响、地基的不均匀 

沉降、地震反应的时程分析、风震问题、在冷 

却塔施工时抽掉几对人字柱对筒体的影响以及 

“烟塔合一”的冷却塔在通风简壁上预留大孔 

洞的应力分析问题等等。 

4结语 

随着电子计算机技术的高速发展,我国电 

力建设事业己取得了日新月异地变化。冷却塔 

CAD软件的研制与开发也取得了长足的进步。 

自我院设计的平圩电厂后,我们国家从比利时 

哈蒙公司引进了冷却塔设计计算程序,并用其 

计算程序也设计了一些双曲线型自然通风冷却 

塔。由于计算机环境的不断改变,有的冷却塔 

CAD软件虽然也有配筋计算与绘图功能,但功 

能不够完善,使用不便。因此,在这方面,我 

们还有很多工作需要去做。 

参考文献: 

[1]武际可.大型冷却塔结构分析的回顾与展望[J】.力 

学与实践,1996,18f6). [2】董胜宪.吴泾电厂八期工程9000m 冷却塔结构设计 探讨[J].电力建设,1999,(8). [3]董胜宪.大型冷却塔结构设计技术【A1.上海市水利学 会第十一届学术年会论文集(2001-2002)[C】.2002. 【4]DL/T5339—2006,火力发电厂水工设计规范【s】. 

世界首个煤制芳烃示范项目开工建设 

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/年芳烃装置,一期将先行建设万吨级煤制芳烃中试装置,项目全部投产后年销售收入将it3484F_.,元,对 

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华电榆横煤制芳烃示范项目采用的循环流化床煤制芳烃技术,不仅可以降低我国石油对外依存 

度,还可以消化过剩的甲醇,具有明显的比较优势和重要的战略意义。 

(摘自:http://www.cpnn.com.cn 

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