CN113686029A - 一种通风吸热塔结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通风吸热塔，包括径向薄壁柱、薄壳壁、环形梁、表面蒙皮、人字支撑、设备层、转换层和组合顶板。所述塔结构顶部支承熔盐吸热器，与结构内部的熔盐管道、冷熔盐罐、热熔盐罐和蒸汽发生器连接，共同形成吸热系统；所述结构设置进风层，与结构外部的通风装置连接，并设置出风层，共同构成自然通风直接空冷系统，实现一种通风吸热塔结构方案，解决了传统的直接冷却系统耗电量大、间接冷却系统占地面积大、施工周期长和建设成本高等问题，同时该结构整体刚度较大、稳定性能好，易满足塔顶部太阳光聚集对结构位移的限值。可广泛应用于不同风荷载和地震烈度的塔式光热发电区。

Description

一种通风吸热塔结构

技术领域

本发明属于土木工程和能源与动力工程技术领域，具体涉及一种通风吸热塔结构。

背景技术

塔式光热发电是利用定日镜群将太阳光聚集到固定在吸热塔顶部的吸热器上，用于产生高温，加热熔盐，产生热蒸汽或高温气体，驱动汽轮机发电机组发电。常见的塔式光热发电区包括汽机房区、储换热及蒸汽发生器区、冷却设施区、水处理及供水设施区、污废水设施区和吸热塔等。

现有冷却设施多采用空冷方式，包括直接和间接空冷系统。传统的直接空冷系统采用机械通风方式，自身需消耗较多电力，约消耗光热产生的5％左右的电力，大直径轴流风机噪声大，且系统受环境风影响大。间接空冷系统设置空冷塔，循环水系统处于密闭状态，空冷用电率低，但其占地面积大，初期投资较大，建设成本高，传统的空冷塔采用混凝土修建，施工周期较长，整体施工较困难，且报废后将变为固体废物，环保性能较差。

吸热塔是塔式光热发电区重要构筑物之一，对于50MW以上机组，塔高超200m，且塔顶部连接荷重约3000t的熔盐吸热器，既应保证吸热塔抗风和抗震安全性能要求，也应满足塔顶部太阳光聚集对塔顶部构筑物位移的限值。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种通风吸热塔，一方面作为钢筋混凝土结构空冷塔，另一方面支撑熔盐吸热器的吸热塔，实现一种空冷塔与吸热塔合二为一的结构方案，解决了传统的直接冷却系统耗电量大、间接冷却系统占地面积大和施工周期长等问题。

本发明提供了如下的技术方案：一种通风吸热塔结构，包括径向薄壁柱、薄壳壁、环形梁、表面蒙皮、人字支撑、设备层、转换层和组合顶板，顶部设置熔盐吸热器；径向薄壁柱沿塔环向均匀设置，贯通整体结构物，下部设置进风层，上部设置出风层；薄壳壁间隔设置于进风层以上至出风层以下范围内的径向薄壁柱间，环形梁沿塔高间隔设置于进风层以上范围内，人字支撑设置于进风层及出风层，所述设备层设置于出风层顶部，支撑于径向薄壁柱与人字支撑上，并悬挂于转换层，转换层采用桁架梁，转换层与径向薄壁柱共同支撑组合顶板，熔盐吸热器设置于转换层顶部，熔盐吸热器与组合顶板固接；表面蒙皮设置于进风层以上至出风层以下范围内的薄壳壁与环形梁之间，径向薄壁柱在薄壳壁与表面蒙皮形成竖肋筒壁。

径向薄壁柱共8～16个，贯通整体结构物，采用钢筋混凝土薄壁柱，沿塔环向均匀布置；薄壳壁共4～6个，采钢筋混凝土薄壳，间隔设置于进风层以上至出风层以下范围内的径向薄壁柱间。

表面蒙皮采用由檩条支撑的不锈钢板材或铝合金板材。

环形梁采用钢筋混凝土梁，使径向薄壁柱环形连接。

人字支撑均采用箱型钢构件人字形式单向斜撑而成，分别连接径向薄壁柱。

设备层楼板和组合顶板采用压型钢板和钢筋混凝土板组合截面，并设置型钢抗剪连接件，其中压型钢板材料均采用耐候结构钢材。

与熔盐吸热器连接的熔盐管道、冷熔盐罐、热熔盐罐和蒸汽发生器均设置于通风吸热塔结构内部。

进风层与结构物外部的通风装置连接，与外部的通风装置共同构成自然通风直接空冷系统。

本发明所述的通风吸热塔结构具有如下有益效果：

(1)本发明的通风吸热塔，实现一种空冷塔与吸热塔合二为一的结构方案，解决了传统间接冷却系统塔和吸热塔分别建设带来的占地面积大、初期投资高等问题，较大程度地降低工程造价，具有广阔的应用前景；

(2)本发明的通风吸热塔，采用直接自然通风代替机械通风空冷系统和间接空冷系统，大量降低冷却所消耗的电力，其次不会带来机械通风的噪声污染，且自然通风无需部分设备，降低厂区建设成本和设备成本；

(3)本发明的通风吸热塔，通过径向薄壁柱、薄壳壁、环形梁与人字支撑，提高了整体结构的抗侧刚度与扭转刚度，提高了整体结构的协调变形能力与整体稳定性，且径向薄壁柱与薄壳壁、表面蒙皮形成的竖肋筒壁可减小结构横向风振的影响，抗风工作性能优良，抗震安全性能可靠，可应用于风荷载大、地震烈度高的地区；

(4)本发明的通风吸热塔，表面蒙皮采用不锈钢板材或铝合金板材，设备层楼板和顶板采用压型耐候结构钢材，在整体结构达到使用周期后，其板材仍可重复利用，提高了工程环保性能；

(5)本发明的通风吸热塔，结构整体刚度大，稳定性能高，可支撑顶部大质量的熔盐吸热器，在风荷载和地震荷载作用下结构顶部侧移小，满足塔顶部太阳光聚集对塔顶部结构位移的限值。

附图说明

图1为本发明一种通风吸热塔结构图示意图；

图2为图1中A-A截面示意图；

图3为图1中B-B截面示意图；

图4为图1中C-C截面示意图；

图5为图2中D-D截面示意图。

图中，结构构件：1-径向薄壁柱、2-薄壳壁、3-环形梁、5-人字支撑、6-设备层、7-转换层、8-组合顶板；

非构筑物构件：4-表面蒙皮、9-熔盐吸热器；

特殊层：10-出风层、11-进风层。

具体实施方式

下面通过实施例、附图进一步说明本发明。

本发明公开了一种通风吸热塔结构，包括：径向薄壁柱1、薄壳壁2、环形梁3、表面蒙皮4、人字支撑5、设备层6、转换层7和组合顶板8。所述结构顶部布置熔盐吸热器，与结构内部的熔盐管道、冷熔盐罐、热熔盐罐和蒸汽发生器连接，共同形成吸热系统；所述结构设置进出风层，与结构外部的通风装置连接，共同构成自然通风直接空冷系统。实现一种吸热塔与空冷塔合二为一的结构方案，解决了传统的直接冷却系统耗电量大、间接冷却系统占地面积大、建设成本高等问题，同时该结构整体刚度大、稳定性能好，易满足塔顶部太阳光聚集对构筑物位移的限值。可广泛应用于不同风荷载和地震烈度的塔式光热发电区。

参考图1、图3和图5，一种通风吸热塔结构，包括径向薄壁柱1、薄壳壁2、环形梁3、表面蒙皮4、人字支撑5、设备层6、转换层7和组合顶板8，结构顶部布置熔盐吸热器9；所述径向薄壁柱1沿塔环向均匀设置，贯通整体结构物，所述薄壳壁2间隔设置于进风层11以上至出风层10以下范围内的径向薄壁柱1间，所述环形梁3沿塔高间隔设置于进风层11以上范围内，所述表面蒙皮4设置于进风层11以上至出风层10以下范围内的薄壳壁2与环形梁3之间，所述人字支撑5设置于进风层11及出风层10，所述设备层6设置于出风层10顶部，支撑于径向薄壁柱1与人字支撑5上，并悬挂于转换层7，所述转换层7由桁架梁组成，与径向薄壁柱1共同支撑组合顶板8，所述熔盐吸热器9设置于转换层7顶部，与组合顶板8固接。

参考图2和图3，优选的，所述径向薄壁柱1共8～16个，贯通整体结构，采用具有足够刚度和强度的钢筋混凝土薄壁柱，沿环向均匀布置；薄壳壁2共4～6个，间隔设置于进风层11以上至出风层10以下范围内的径向薄壁柱1间；环形梁3沿塔高间隔设置于进风层11以上范围内；人字支撑5采用箱型钢构件单向斜撑而成，设置于进风层11与出风层10；共同提高整体结构物抗侧刚度和扭转刚度，参考图4。

优选的，所述径向薄壁柱1与薄壳壁2、表面蒙皮4形成竖肋筒壁，可有效减小结构横向风振的影响，进一步减小风荷载作用下塔顶的位移角。

优选的，所述环形梁3沿塔高间隔设置于进风层11以上范围内，使径向薄壁柱1环形连接，防止径向薄壁柱1发生侧向失稳，增强各径向薄壁柱1的变形协调能力，提高整体结构物的扭转刚度，提高结构整体稳定性。

优选的，所述转换层7桁架梁均采用型钢构件平面交叉而成，采用高强螺栓连接，外围分别连接8～16个径向薄壁柱1，可实现稳定地支承顶部大质量熔盐吸热器9，进一步满足太阳光聚集对塔顶部结构位移的限值。

优选的，所述表面蒙皮4采用由檩条支撑的不锈钢板材或铝合金板材。

优选的，所述设备层6楼板和组合顶板8采用压型钢板和钢筋混凝土板组合截面，并设置型钢抗剪连接件，其中压型钢板材料均采用耐候结构钢材，防止顶部水蒸气对构筑物性能的影响，提高了出风层顶板的耐蒸汽腐蚀性能。

优选的，所述设备层6支撑于径向薄壁柱1与人字支撑5上，并悬挂于转换层7，提高空间利用率，减小结构物高度，减小工程量，设备层6布置减震阻尼器，提高整体结构的抗震性能，进一步减小地震时塔顶部结构位移变形。

优选的，所述通风吸热结构设置进风层11，与结构物外部的通风装置连接，并设置出风层10，共同构成自然通风直接空冷系统。

实施例1：

参见图1、图2、图3、图4和图5，仅作为例子。

如图1-5所示，一种通风吸热塔结构，包括径向薄壁柱1、薄壳壁2、环形梁3、表面蒙皮4、人字支撑5、设备层6、转换层7和组合顶板8，并设置熔盐吸热器9。

所述径向薄壁柱1沿塔环向均匀设置，共8～16个，贯通整体结构，采用钢筋混凝土薄壁柱。

所述通风吸热结构设置进风层11，与结构物外部的通风装置连接，并设置出风层10，共同构成自然通风直接空冷系统。

所述薄壳壁2共4～6个，间隔设置于进风层11以上至出风层10以下范围内的径向薄壁柱1间；环形梁3沿塔高间隔设置于进风层11以上范围内；人字支撑5采用箱型钢构件单向斜撑而成，设置于进风层11与出风层10；共同提高整体结构物抗侧刚度和扭转刚度。

所述径向薄壁柱1与薄壳壁2、表面蒙皮4形成竖肋筒壁，可有效减小结构横向风振的影响，进一步减小风荷载作用下塔顶的位移角。

所述环形梁3沿塔高间隔设置于进风层11以上范围内，使径向薄壁柱1环形连接，防止径向薄壁柱1发生侧向失稳，增强各径向薄壁柱1的变形协调能力，提高整体结构物的扭转刚度，提高结构整体稳定性。

所述转换层7桁架梁均采用型钢构件平面交叉而成，采用高强螺栓连接，外围分别连接8～16个径向薄壁柱1，可实现稳定地支承顶部大质量熔盐吸热器9，进一步满足太阳光聚集对塔顶部设备位移的限值。

所述表面蒙皮4采用由檩条支撑的不锈钢板材或铝合金板材。

所述设备层6楼板和组合顶板8采用压型钢板和钢筋混凝土板组合截面，并设置型钢抗剪连接件，其中压型钢板材料均采用耐候结构钢材，防止顶部水蒸气对构筑物性能的影响，提高了出风层顶板的耐蒸汽腐蚀性能。

所述设备层6支撑于刀片1柱与人字支撑5上，并悬挂于转换层7，提高空间利用率，减小结构物高度，减小工程量，设备层6布置减震阻尼器，提高通风吸热塔结构的抗震性能，进一步减小地震时塔顶部结构位移变形。

所述熔盐吸热器9设置于转换层7顶部，与组合顶板8固接，连接通风吸热塔内部的熔盐管道、冷熔盐罐、热熔盐罐和蒸汽发生器，定日镜群将太阳光能反射至顶部的熔盐吸热器9，吸热器吸热后温度上升至1000华氏度，冷熔盐从冷熔盐罐中通过冷盐泵送至熔盐吸热器9，并吸收能量后加热，被加热的熔盐流入热熔盐罐中被存储下来，热熔盐罐中的热熔盐通过热盐泵送入蒸汽发生器，给水被给水泵送到蒸汽发生器，熔盐与给水在蒸汽发生器中充分换热，产生热蒸汽，送至汽轮机做功发电；

以上是本发明的典型实例，本发明的实施不限于此。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非是对本发明范围的任何限定。任何熟悉该领域的普通技术人员根据上述揭示的技术内容做出的任何变更或修饰均应当视为等同的有效实施例，均属于本发明技术方案保护的范围。

Claims (8)

1.一种通风吸热塔结构，其特征在于，包括径向薄壁柱(1)、薄壳壁(2)、环形梁(3)、表面蒙皮(4)、人字支撑(5)、设备层(6)、转换层(7)和组合顶板(8)，顶部设置熔盐吸热器(9)；径向薄壁柱(1)沿塔环向均匀设置，贯通整体结构物，下部设置进风层(11)，上部设置出风层(10)；薄壳壁(2)间隔设置于进风层(11)以上至出风层(10)以下范围内的径向薄壁柱(1)间，环形梁(3)沿塔高间隔设置于进风层(11)以上范围内，人字支撑(5)设置于进风层(11)及出风层(10)，所述设备层(6)设置于出风层(10)顶部，支撑于径向薄壁柱(1)与人字支撑(5)上，并悬挂于转换层(7)，转换层(7)采用桁架梁，转换层(7)与径向薄壁柱(1)共同支撑组合顶板(8)，熔盐吸热器(9)设置于转换层(7)顶部，熔盐吸热器(9)与组合顶板(8)固接；表面蒙皮(4)设置于进风层(11)以上至出风层(10)以下范围内的薄壳壁(2)与环形梁(3)之间，径向薄壁柱(1)在薄壳壁(2)与表面蒙皮(4)形成竖肋筒壁。

2.根据权利要求1所述的通风吸热塔结构，其特征在于，径向薄壁柱(1)共8～16个，贯通整体结构物，采用钢筋混凝土薄壁柱，沿塔环向均匀布置；薄壳壁(2)共4～6个，采钢筋混凝土薄壳，间隔设置于进风层(11)以上至出风层(10)以下范围内的径向薄壁柱(1)间。

3.根据权利要求1所述的通风吸热塔结构，其特征在于，表面蒙皮(4)采用由檩条支撑的不锈钢板材或铝合金板材。

4.根据权利要求1所述的通风吸热塔结构，其特征在于，环形梁(3)采用钢筋混凝土梁，使径向薄壁柱(1)环形连接。

5.根据权利要求1所述的通风吸热塔结构，其特征在于，人字支撑(5)均采用箱型钢构件人字形式单向斜撑而成，分别连接径向薄壁柱(1)。

6.根据权利要求1所述的通风吸热塔结构，其特征在于，设备层(6)楼板和组合顶板(8)采用压型钢板和钢筋混凝土板组合截面，并设置型钢抗剪连接件，其中压型钢板材料均采用耐候结构钢材。

7.根据权利要求1所述的通风吸热塔结构，其特征在于，与熔盐吸热器(9)连接的熔盐管道、冷熔盐罐、热熔盐罐和蒸汽发生器均设置于通风吸热塔结构内部。

8.根据权利要求1所述的通风吸热塔结构，其特征在于，进风层与结构物外部的通风装置连接，与外部的通风装置共同构成自然通风直接空冷系统。

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