塔式光熱電站大規(guī)模定日鏡上部結(jié)構(gòu)快速安裝技術(shù)

張鋒凌，鄒慧芳，顧 冬，王漢蒙，薛 原，饒 琪，王欽永，張鳳舉，鄒麗文

(中建三局第二建設(shè)工程有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430074)

0 引言

塔式光熱電站為清潔能源新技術(shù)，是一種集中式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)，其原理是采用數(shù)量龐大的可獨(dú)立追蹤太陽(yáng)的定日鏡，將陽(yáng)光反射至吸熱塔頂部吸熱器上，通過(guò)加熱吸熱器中的熱工介質(zhì)實(shí)現(xiàn)光能到熱能的轉(zhuǎn)化。鏡場(chǎng)定日鏡是光熱電廠重要組成部分，施工質(zhì)量將直接影響投運(yùn)過(guò)程中的運(yùn)行效率，進(jìn)而影響整個(gè)塔式光熱電站項(xiàng)目發(fā)電效率，因此，如何高質(zhì)、高效地完成全場(chǎng)定日鏡施工是塔式光熱項(xiàng)目產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的難題之一。目前，定日鏡施工無(wú)成熟的工具和經(jīng)驗(yàn)可借鑒，本文依托海外某950MW光熱光伏混合電站項(xiàng)目，研究了塔式光熱電站定日鏡上部結(jié)構(gòu)快速安裝技術(shù)。

1 工程概況

海外某950MW光熱光伏混合電站塔式機(jī)組為100MW，塔式鏡場(chǎng)占地面積約8km2，定日鏡7萬(wàn)面，圍繞吸熱塔圓形排列。單面定日鏡上部結(jié)構(gòu)主要由扭矩管(TT)、方位角驅(qū)動(dòng)(AD)、俯仰角驅(qū)動(dòng)(ED)、鏡片(MA)與動(dòng)力控制模組(PCM)等組成(見(jiàn)圖1)。組裝完成的定日鏡鏡片尺寸為5.73m×4.50m，由4片尺寸為2 250mm×2 850mm×4mm、反射率>93.5%的超白浮法玻璃組裝而成。

圖1 定日鏡構(gòu)件組成

2 施工工藝流程

定日鏡上部構(gòu)件安裝工藝流程如圖2所示。

圖2 定日鏡上部構(gòu)件安裝工藝流程

3 扭矩管與方位角驅(qū)動(dòng)組件安裝

3.1 組件預(yù)組裝

3.1.1組件(TT-AD桿)

扭矩管(TT)為1根鍍鋅鋼管，長(zhǎng)5 020mm、直徑166.3mm，為定日鏡鏡片的橫向支撐主龍骨，與鏡片通過(guò)自身6個(gè)A形盤(pán)與豎向次龍骨銷釘連接。方位角驅(qū)動(dòng)(AD)為定日鏡水平旋轉(zhuǎn)基座，與扭矩管中間2片支座卡扣連接，并采用6個(gè)鉚釘固定。扭矩管與方位角驅(qū)動(dòng)組件安裝完成效果如圖3所示。

圖3 扭矩管與方位角驅(qū)動(dòng)組件安裝完成效果

3.1.2預(yù)組裝

因扭矩管構(gòu)件長(zhǎng)、施工操作不便，為提高扭矩管與方位角驅(qū)動(dòng)2個(gè)組件預(yù)組裝效率，在加工場(chǎng)地借助自行設(shè)計(jì)發(fā)明的操作平臺(tái)(見(jiàn)圖4)，以固定扭矩管和方位角驅(qū)動(dòng)構(gòu)件，方便調(diào)整、對(duì)準(zhǔn)扭矩管與方位角的錨固點(diǎn)快速進(jìn)行組裝。

圖4 定制操作平臺(tái)設(shè)計(jì)三維效果

3.1.3俯仰角臨時(shí)固定桿安裝

組件組裝完成后，安裝臨時(shí)固定桿，此臨時(shí)固定桿在前期替代俯仰角驅(qū)動(dòng)，用于固定俯仰角。安裝步驟為：將臨時(shí)固定桿下方螺栓孔與方位角驅(qū)動(dòng)固定連接，再將臨時(shí)固定桿插銷固定孔1與扭矩管固定，保證鏡片組件安裝過(guò)程中鏡片仰角固定為90°，以便工人安裝鏡片。

后期鏡片安裝完成后，須松開(kāi)固定孔1，將固定孔2與扭矩管固定，保持鏡片仰角0°(水平方向)，可避免因現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)力過(guò)大造成鏡片損壞。臨時(shí)固定桿三維設(shè)計(jì)如圖5所示。

圖5 臨時(shí)固定桿三維設(shè)計(jì)

3.2 批量轉(zhuǎn)運(yùn)

采用定制轉(zhuǎn)運(yùn)架將已預(yù)組裝完成的TT-AD桿運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)，每個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)架可裝載10根TT-AD桿，1輛拖車每批次可轉(zhuǎn)運(yùn)4～6個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)架。

3.3 組件安裝

TT-AD桿底端與立柱頂端均設(shè)有法蘭盤(pán)，2個(gè)法蘭盤(pán)通過(guò)6個(gè)鉚釘連接。根據(jù)起重機(jī)吊臂覆蓋范圍，選用1臺(tái)25t汽車式起重機(jī)將TT-AD桿吊放至立柱頂端后，校調(diào)方位角驅(qū)動(dòng)的法蘭孔位與立柱法蘭孔位匹配，然后采用專用錨固槍進(jìn)行錨固。

4 鏡片組件安裝

4.1 預(yù)組裝

1面定日鏡由4面鏡片組成，將2面鏡片背面縱向粘接3根支撐桿，上、下拼接為半面定日鏡，集中轉(zhuǎn)運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)安裝。

4.2 轉(zhuǎn)運(yùn)

將組裝完成的半面定日鏡放置在定制的鏡面存儲(chǔ)架，采用16t叉車將自制鏡片組件存儲(chǔ)架運(yùn)至16t平板起重機(jī)上集中轉(zhuǎn)運(yùn)，每個(gè)存儲(chǔ)架可存放38片半面定日鏡。

4.3 安裝

4.3.1吊裝就位

鏡片運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)后，采用25t起重機(jī)吊起真空吸盤(pán)，通過(guò)工人牽引將真空吸盤(pán)居中對(duì)稱在鏡面上吸附牢固，起重機(jī)與工人配合牽引吸盤(pán)兩側(cè)牽引繩，將鏡片組件轉(zhuǎn)移至立柱與扭矩管方位角驅(qū)動(dòng)組件處。

4.3.2固定組裝

按照先中間后兩邊的順序依次將鏡片組件的3根鏡片支撐桿與扭矩管A形盤(pán)通過(guò)擴(kuò)孔銷連接固定。單根支撐桿固定順序?yàn)椋合葘⑴ぞ毓苌系腁形盤(pán)頭部與鏡片支撐桿中間部位固定連接，再將支撐桿2根斜撐拉出，與扭矩管A形盤(pán)上、下2個(gè)連接點(diǎn)采用銷釘固定。

鏡片安裝過(guò)程中，支撐臂與扭矩管上的擴(kuò)孔銷銷孔難以完全對(duì)準(zhǔn)，對(duì)孔與穿銷耗費(fèi)許多人力、工時(shí)，大幅降低整個(gè)鏡場(chǎng)的安裝效率。為提高安裝效率，自行發(fā)明了擴(kuò)孔銷導(dǎo)向頭輔助安裝，導(dǎo)向件柱形段與擴(kuò)孔銷連接，使用時(shí)首先將擴(kuò)孔銷導(dǎo)向件柱形段插入擴(kuò)孔銷擴(kuò)口內(nèi)，連接后將擴(kuò)孔銷導(dǎo)向件錐形段插入扭矩管與支撐臂未完全對(duì)齊的擴(kuò)孔銷銷孔內(nèi)，將擴(kuò)孔銷導(dǎo)向件連同擴(kuò)孔銷一同錘入擴(kuò)孔銷銷孔，入孔后將導(dǎo)向件拔出循環(huán)使用。

半面定日鏡的9個(gè)擴(kuò)孔銷均插入連接孔后即可移開(kāi)吸盤(pán)，所有擴(kuò)孔銷擴(kuò)孔緊固后進(jìn)行1次目測(cè)檢查，避免漏擴(kuò)，安裝完成后再以相同方式進(jìn)行另外半片定日鏡安裝，鏡片安裝完成后利用臨時(shí)支撐桿調(diào)整并固定，使鏡面與地面平行。每組定日鏡鏡片的安裝時(shí)間為15～20min。

5 輔助構(gòu)件安裝

5.1 俯視角驅(qū)動(dòng)安裝

待鏡片組件安裝完成后，取掉扭矩管與方位角驅(qū)動(dòng)上的臨時(shí)支撐桿，安裝俯仰角驅(qū)動(dòng)。俯仰角驅(qū)動(dòng)由H孔連接扭矩管、G孔連接方位角驅(qū)動(dòng)組成。俯仰角驅(qū)動(dòng)與扭矩管采用開(kāi)口銷連接，與方位角驅(qū)動(dòng)采用螺栓連接，俯仰角驅(qū)動(dòng)安裝完成后鏡面仍水平放置。

5.2 動(dòng)力控制模組安裝

5.2.1預(yù)組裝與轉(zhuǎn)運(yùn)

將模組支架、光伏板、信號(hào)盒與連接線纜進(jìn)行預(yù)組裝，形成一套動(dòng)力控制模組。每組動(dòng)力控制模組預(yù)組裝時(shí)長(zhǎng)約2min，將預(yù)組裝完成的動(dòng)力控制模組利用定制轉(zhuǎn)運(yùn)架批量運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)。

5.2.2動(dòng)力控制模組安裝

將動(dòng)力控制模組支腿安裝入鏡子中間支撐桿內(nèi)并對(duì)好連接孔位，光伏面朝向鏡面，動(dòng)力控制模組支腿與鏡片支撐桿采用開(kāi)口銷連接。

5.2.3線纜安裝

將標(biāo)注有“WHCM”的線纜與動(dòng)力控制模組信號(hào)盒連接，線纜沿鏡面中部上段鏡片支撐桿走線至分線盒，過(guò)程中采用3個(gè)專用固定線卡與支撐桿卡牢；將標(biāo)有“ED”的線纜與俯仰角驅(qū)動(dòng)連接走線至分線盒，采用2個(gè)專用線卡卡牢。

6 施工要點(diǎn)及注意事項(xiàng)

1)通過(guò)定制操作平臺(tái)將扭矩管與方位角驅(qū)動(dòng)組件進(jìn)行預(yù)組裝，確保6根鉚釘完全緊固。

2)TT-AD桿安裝在立柱上，確保螺母與法蘭盤(pán)平齊，傾斜度≤3°。

3)鏡片預(yù)組裝時(shí)確保支撐粘膠密實(shí)，并通過(guò)鏡片質(zhì)檢車間紅外掃描檢測(cè)成品鏡片組件，確保鏡片預(yù)組裝無(wú)任何問(wèn)題后運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)。

4)定日鏡組裝完成后進(jìn)行通信信號(hào)、反光率及對(duì)焦調(diào)試后，進(jìn)行鏡片俯角調(diào)試，俯角需達(dá)到90°，且鏡片不得與地面接觸。

7 結(jié)語(yǔ)

1)通過(guò)定制操作平臺(tái)及臨時(shí)固定桿，調(diào)整、對(duì)準(zhǔn)扭矩管與方位角驅(qū)動(dòng)錨固點(diǎn)進(jìn)行快速、準(zhǔn)確安裝，提高了扭矩管與方位角驅(qū)動(dòng)組件預(yù)組裝效率，有利于大規(guī)模設(shè)備分散安裝。

2)通過(guò)定制轉(zhuǎn)運(yùn)架，增大TT-AD桿單次準(zhǔn)運(yùn)數(shù)量，進(jìn)而縮短運(yùn)輸時(shí)間，提高定日鏡整體安裝效率。

3)通過(guò)定制的鏡面存儲(chǔ)架，增大定日鏡單次轉(zhuǎn)運(yùn)數(shù)量，進(jìn)而縮短運(yùn)輸時(shí)間，同時(shí)有效避免定日鏡在運(yùn)輸過(guò)程中的損壞，提高了定日鏡整體安裝效率。

4)通過(guò)定制的擴(kuò)孔銷導(dǎo)向頭輔助安裝，減小了銷釘安裝難度，提高了銷釘安裝效率。

5)塔式光熱電站定日鏡快速安裝采用流水施工，所有工序同時(shí)進(jìn)行，每組定日鏡安裝的平均施工時(shí)長(zhǎng)為20min，縮短了施工周期。