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太陽能熱發(fā)電技術是一種新型的發(fā)電技術，塔式光熱發(fā)電是其中一種發(fā)電形式?塔式太陽能熱發(fā)電(見圖1)作為一種輸出功率靈活可調(diào)?儲能時間長的新能源發(fā)電技術，以熔鹽作為熱儲能介質(zhì)，經(jīng)過熱熔鹽-水換熱系統(tǒng)，產(chǎn)生過熱蒸汽，驅(qū)動汽輪機實現(xiàn)發(fā)電，其主機采用直接空冷系統(tǒng)?直接空冷系統(tǒng)整體又稱空冷島(見圖2)，空冷島是一種空氣冷卻器，主要由管束?支架和風機組成?空氣冷卻器熱流體在管內(nèi)流動，空氣在管束外吹過，以達到蒸汽冷凝作用[1]?在塔式熔鹽太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中，吸熱器是將吸熱塔四周的定日鏡所捕捉?反射?聚焦的太陽能直接轉(zhuǎn)化為熔鹽熱能的重要設備，為后續(xù)發(fā)電機組提供最初的熱源或動力源，從而實現(xiàn)太陽能熱發(fā)電?吸熱器作為介質(zhì)的直接加熱裝置，是整個發(fā)電系統(tǒng)中最關鍵的設備之一，主要由支撐鋼架?吸熱器管屏及附加管路?管屏聯(lián)箱?出入口緩沖罐?起吊設備及附件等組成?

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工程概況

阿克塞哈薩克族自治縣匯東新能源有限責任公司光熱+光伏試點項目，光熱部分110MW，光伏部分640MW，總裝機容量750 MW?位于甘肅省酒泉市阿克塞縣四十里戈壁千萬千瓦級太陽能熱發(fā)電基地，占地約120.6 km2?項目已列入國家"光熱+"試點項目序列，是省列重大項目，國家“沙漠?戈壁?荒漠”大型太陽能熱發(fā)電基地示范項目之一?

塔式光熱發(fā)電站空冷器管束呈形，安裝過程中，管束下側(cè)無支撐鋼結構，管束下部與下聯(lián)箱焊接連接?如果單件直接吊裝，在空中組裝，容易造成管束的彎曲變形，同時組裝后的管束組整體尺寸無法保證，安裝質(zhì)量不可控?人員在高處作業(yè)的安全風險較大，管束與下聯(lián)箱的焊接作業(yè)難度增加?

吸熱器高約39 m，位于吸熱塔頂部，而吸熱塔一般高達140-200 m?由于塔頂風速很大，作業(yè)環(huán)境惡劣，安裝風險極大?吸熱器及其鋼架的安裝，為現(xiàn)場施工人員帶來了嚴峻挑戰(zhàn)?

圖1塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)

圖2空冷島

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技術創(chuàng)新

2.1空冷島管束地面組裝?吊裝技術

空冷島需安裝的空冷器管束片數(shù)多，一般在200多片左右，常規(guī)方法是采用單片吊裝，但該方法效率較低，導致工期較長?

根據(jù)項目現(xiàn)場實際情況，項目團隊研發(fā)了一種用于管束地面模塊化組裝的輔助裝置，在地面先組裝管束組模塊，再整體吊裝組裝后的管束組?

2.1.1管束組裝平臺

本項目管束呈形，根據(jù)此特點，將管束地面模塊化的輔助組裝平臺同樣設計為“W'形狀(見圖3)?

圖3管束組裝平臺示意圖

管束組裝平臺主體結構由H6工字鋼?I25A工字鋼及12槽鋼組成(見圖4)?其中，“W”形管束兩邊“V”形架下側(cè)，通過花籃螺栓及螺桿連接兩處支架，保證單片管束吊裝至輔助組裝平臺的過程中，輔助組裝平臺具有足夠的穩(wěn)定性，以及針對管束組裝尺寸，輔助組裝平臺具有較高的精確性?

圖4管束組裝平臺1

在形管束組裝平臺兩側(cè)設置可調(diào)節(jié)管束組裝角度的調(diào)整墊塊，調(diào)整墊塊使用10 mm鋼板，粘接橡膠墊片?通過螺桿與組裝架連接，以調(diào)整因管束設備尺寸偏差造成的組裝偏差?設置的橡膠墊用于管束組裝過程中對管束的保護?在“W”形管束的兩側(cè)及中間均設置有可供作業(yè)人員施工的操作平臺，平臺滿鋪跳板，設置攔腰桿，爬梯設置防墜器(見圖5)，可保證作業(yè)人員地面組裝過程的安全，便于檢測人員地面組裝過程中的檢驗工作?

圖5管束組裝平臺2

根據(jù)“W”形管束安裝尺寸，管束按12片為一組進行管束組裝工具的制作，根據(jù)施工現(xiàn)場吊裝機械的起重量不同，可調(diào)整組裝管束數(shù)量?“W”形管束組裝工具制作過程中，應當控制管束之間上側(cè)及下側(cè)夾角與安裝尺寸一致，待角度?長度尺寸符合安裝要求后，方可進行管束焊接作業(yè)，在地面組裝過程中完成滿焊(見圖6)?

圖6管束地面組裝

2.1.2管束組吊裝工具

“W”形管束外形具有特殊性:外形尺寸較大?形狀不規(guī)則?設備較易損壞?根據(jù)以上特征，項目團隊預制了矩形吊裝工具(見圖7)，在管束底部設置有可供管束吊裝使用的預留螺栓孔?以管束組中心軸線兩側(cè)吊裝預留孔為吊裝選用點，吊裝鋼絲繩高于管束組垂直高度，矩形吊裝工具寬度與管束組兩側(cè)“V形底部距離一致，長度設置略大于同列管束兩處吊點之間的距離(見圖8)?

圖7“W”形管束吊裝工具

圖8"W”形管束組吊裝

2.2吸熱器鋼架地面組裝?吊裝技術

吸熱器鋼架總重約200 t，共16根立柱?常規(guī)施工采用立柱單根吊裝或者將一對立柱組裝成一榀鋼架吊裝的方法，需完成多次重復工序?施工低效，工期長，同時塔頂上施工人員高空作業(yè)時間長，安全風險高?

因此，項目團隊設計了一種吸熱器鋼架預組裝平臺?在地面將吸熱器鋼架模塊化預拼裝，利用吸熱塔旁設置的扶壁塔吊完成吸熱器鋼架的吊裝?

2.2.1鋼架預組裝平臺

吸熱器鋼架預組裝平臺利用HW350 X 350 b型鋼材料?12槽鋼材料以及10 mm鋼板在地面焊接制作而成(見圖9?圖10)?其中，HW350X350b型鋼作為主要承力部件，利用12槽鋼連接HW350X350b型鋼，使地面組裝工裝連成整體?為保證鋼結構組裝過程中的穩(wěn)定性，項目團隊在每個柱腳對應位置設置一塊鋼板，在鋼柱吊裝過程中起到定位?找正及固定的作用?鋼板安裝位置根據(jù)吸熱器鋼結構基礎件布置圖，以及吸熱器鋼架基礎驗收所測得的柱腳實際定位和安裝尺寸確定?

圖9吸熱器鋼架預組裝平臺示意圖

圖10吸熱器鋼架預組裝平臺實體圖

2.2.2鋼架地面組裝

在吸熱器鋼架預組裝平臺上進行吸熱器鋼架的整體組裝工作，鋼架整體按從低至高分為三層依次組裝(見圖11)?每一層鋼架拼裝即將成圓柱體時，將圓柱體中軸線附近區(qū)域作為緩裝區(qū)域?

采用吊車進行鋼結構的吊裝就位?按照先立柱后橫梁?斜撐等順序進行安裝?立柱安裝時要保證垂直度，可采用經(jīng)緯儀或全站儀進行測量校正?橫梁安裝要保證水平度，與立柱連接牢固，采用高強度螺栓連接時要嚴格按照擰緊力矩要求進行操作，除緩裝區(qū)域，高強螺栓均進行終擰工作[2]?

圖11吸熱器鋼架BIM模型圖

2.2.3鋼架拆解?吊裝

在吸熱塔旁安裝一臺塔式起重機，用于鋼架的吊裝?基礎采用混凝土固定式基礎，共設置5層附著?

地面組裝好的鋼架整體驗收完成后，從中軸線拆除緩裝區(qū)域(見圖12)，開始鋼架吊裝作業(yè)?

圖12鋼架拆解示意圖

吸熱器鋼架整體在預組裝平臺上按從低至高分為三層依次組裝?每層鋼架預安裝完后(見圖13)，將其從中軸線拆解，一分為二，將拆解后的兩組鋼架分別吊至吸熱塔頂落位(見圖14)，然后安裝連接件使其形成整環(huán)?

圖13吸熱器鋼架吊裝

圖14吸熱器鋼架塔頂安裝

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實施效果

模塊化施工技術的創(chuàng)新應用，加快了空冷島的安裝進度?縮短了項目工期?節(jié)省了施工成本，并提高了空冷島管束的安裝質(zhì)量?針對吸熱器鋼結構，模塊化施工技術的創(chuàng)新應用，提升了吸熱器鋼架安裝工效，降低了吸熱器鋼架高空安裝作業(yè)的風險，大大減少了施工人員高空作業(yè)時間，保障了作業(yè)人員的生命安全?

以阿克塞縣匯東新能源有限責任公司光熱+光伏試點項目為例，空冷島管束安裝常規(guī)工期為126天，應用模塊化施工創(chuàng)新技術，工期縮短為54天，節(jié)省了72天，產(chǎn)生直接經(jīng)濟效益28.08萬元?吸熱器鋼架常規(guī)吊裝工期約110天，采用模塊化施工創(chuàng)新技術，工期縮短為85天，節(jié)省了25天，產(chǎn)生直接經(jīng)濟效益15.75萬元?

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結語

針對塔式光熱發(fā)電站設備安裝的特點及難點，項目團隊進行了模塊化施工技術創(chuàng)新，形成了一整套施工方法，解決了空冷島管束?吸熱器鋼結構在空中安裝困難，作業(yè)風險髙的問題?將大部分空冷島管束?吸熱器鋼架高空安裝作業(yè)置于地面完成，避免了施工作業(yè)受到天氣不利影響的限制?模塊化施工創(chuàng)新技術具有很好的實用效果和經(jīng)濟效益，可為國內(nèi)塔式光熱發(fā)電項目吸熱器鋼結構?空冷島管束安裝施工提供技術參考?

作者：劉世雄，歐陽學明，袁昌容，熊奇?zhèn)?，謝思林(湖南省工業(yè)設備安裝有限公司）