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太陽能熱發電技術是一種新型的發電技術，塔式光熱發電是其中一種發電形式?塔式太陽能熱發電(見圖1)作為一種輸出功率靈活可調?儲能時間長的新能源發電技術，以熔鹽作為熱儲能介質，經過熱熔鹽-水換熱系統，產生過熱蒸汽，驅動汽輪機實現發電，其主機采用直接空冷系統?直接空冷系統整體又稱空冷島(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電系統中，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化為熔鹽熱能的重要設備，為后續發電機組提供最初的熱源或動力源，從而實現太陽能熱發電?吸熱器作為介質的直接加熱裝置，是整個發電系統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”大型太陽能熱發電基地示范項目之一?

塔式光熱發電站空冷器管束呈形，安裝過程中，管束下側無支撐鋼結構，管束下部與下聯箱焊接連接?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，安裝質量不可控?人員在高處作業的安全風險較大，管束與下聯箱的焊接作業難度增加?

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，作業環境惡劣，安裝風險極大?吸熱器及其鋼架的安裝，為現場施工人員帶來了嚴峻挑戰?

圖1塔式太陽能熱發電系統

圖2空冷島

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技術創新

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多，一般在200多片左右，常規方法是采用單片吊裝，但該方法效率較低，導致工期較長?

根據項目現場實際情況，項目團隊研發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，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設置可調節管束組裝角度的調整墊塊，調整墊塊使用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”形管束的兩側及中間均設置有可供作業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“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，根據施工現場吊裝機械的起重量不同，可調整組裝管束數量?“W”形管束組裝工具制作過程中，應當控制管束之間上側及下側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，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?形狀不規則?設備較易損壞?根據以上特征，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“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域作為緩裝區域?

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域(見圖12)，開始鋼架吊裝作業?

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?

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新應用，加快了空冷島的安裝進度?縮短了項目工期?節省了施工成本，并提高了空冷島管束的安裝質量?針對吸熱器鋼結構，模塊化施工技術的創新應用，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的風險，大大減少了施工人員高空作業時間，保障了作業人員的生命安全?

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工期為126天，應用模塊化施工創新技術，工期縮短為54天，節省了72天，產生直接經濟效益28.08萬元?吸熱器鋼架常規吊裝工期約110天，采用模塊化施工創新技術，工期縮短為85天，節省了25天，產生直接經濟效益15.75萬元?

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結語

針對塔式光熱發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置于地面完成，避免了施工作業受到天氣不利影響的限制?模塊化施工創新技術具有很好的實用效果和經濟效益，可為國內塔式光熱發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，熊奇偉，謝思林(湖南省工業設備安裝有限公司）