Строительство конструкции тепловых электростанций

Строительные конструкции, материалы и компоновка сооружений тепловых электростанций совершенствовались по мере развития отечественной строительной техники, повышения параметров технологического оборудования, разработки рациональных и экономичных технологических и строительных компоновок и освоения опыта строительства и эксплуатации.

Наиболее полно процесс развития и совершенствования строительных конструкций тепловых электростанций за 40 лет советской энергетики можно проследить при параллельном рассмотрении развития технологической и строительной компоновок электростанций и, в частности, компоновок главного корпуса.

Электрические станции начального периода энергетического строительства (Кизеловская ГРЭС, первая очередь; Горьковская ГЭС, первая очередь и др.) комплектовались агрегатами малой мощности, с низкими параметрами пара, слоевым способом сжигания топлива и упрощенной механизацией топливоподачи.

Компоновка таких станций характерна перпендикулярным расположениям котельной и машинного зала.

Строительные конструкции этих станций были преимущественно бескаркасные, с массивными несущими кирпичными стенами и монолитными железобетонными, реже металлическими покрытиями.

Подача топлива в котельную шахтными подъемниками и слоевое сжигание исключали необходимость сооружения эстакад топливоподачи и большой емкости бункеров в котельной.

В такой же мере упрощено осуществлялись конструкции других сооружений станции, количество которых к тому же было весьма малым.

С 1928—1930 гг., с ростом мощности агрегатов и станции в целом и началом строительства большого числа крупных районных электростанций (Зуевская ГРЭС, Днепродзержинская ГРЭС, Средне-Уральская ГРЭС и др.), широкое распространение получили компоновки, предусматривающие пылевидное сжигание топлива и установку тягодутьевого оборудования в верхних частях главного корпуса.

Характерным для этих компоновок было наличие высокой многоэтажной насосной этажерки между машинным залом и котельной и бункерной этажерки снаружи котельной, в которой размещалось оборудование пылеприготовления и сравнительно большой емкости бункеры для пыли и сырого угля (рис. 1).

Рис. 1. Компоновка главного корпуса, предусматривающая тягодутьевое оборудование в верхних частях главного корпуса

Конструкции здания выполнялись каркасные, в монолитном железобетоне с кирпичными наружными и внутренними стенами.

Большая высота многоэтажной насосной этажерки, насыщенной оборудованием большого веса, в том числе дымососами, вентиляторами и дымовыми трубами на верхних отметках насосной, требовала выполнения тяжелых и громоздких строительных конструкций, трудоемкость изготовления которых усугублялась выполнением их в монолитном железобетоне с установкой коренных лесов и слабой механизацией арматурных и бетонных работ.

Сооружения топливоподачи — дробильное здание, разгрузочное устройство, эстакады топливоподачи — выполнялись также в монолитном железобетоне с кирпичными стенами.

Аналогичные конструкции и материалы применялись для других вспомогательных зданий и сооружений — щитов управления, распределительных устройств, химводоочистки.

Стремление разместить тяжелое оборудование с динамическими нагрузками на нулевых отметках и обеспечить более удобные условия размещения оборудования, учитывая повышение требований по очистке дымовых газов и высоте дымовых труб, привели в последующем к компоновке по разрывному варианту (рис. 2).

Рис. 2. Компоновка главного корпуса по разрывному варианту

Однако эта компоновка увеличила объем главного здания и расход материалов на его конструкции, удлинила технологические коммуникации между котельной и машинным залом, не упростив при этом сколь-либо существенно строительные конструкции.

При разработке в предвоенные годы типовых компоновок электростанций средней мощности взамен «разрывного варианта» была принята «сомкнутая» компоновка с расположением в едином здании машинного зала, деаэраторной, котельной и бункерной (рис. 3). Вспомогательные здания сохраняли предыдущие решения строительных конструкций — кирпичные стены и монолитные железобетонные перекрытия и покрытия. Описанными компоновками и типами конструкций завершается довоенный период проектирования.

Рис. 3. Компоновка главного корпуса по сомкнутому варианту

В период Великой Отечественной войны, потребовавший резко снизить материальные затраты в строительстве и всемерно ускорить ввод мощностей, был разработан новый тип компоновки, применительно к требованиям особых условий, отличный от всех ранее применявшихся (рис. 4).

Рис. 4. Компоновка главного корпуса с совмещенным бункерно-деаэраторным помещением

Бункерная и деаэраторная были совмещены и расположены между машинным залом и котельной. Конструкции каркаса котла использованы для опирания ограждающих конструкций котельной. Распределительное устройство генераторного напряжения и собственных нужд совмещены в одной пристройке вдоль фасада машинного зала.

Такая компоновка вдвое сократила кубатуру главного корпуса, на 30% снизила стоимость и значительно сократила сроки строительства.

Принципиальная схема этой компоновки в последующем была использована в компоновках послевоенного периода и, по существу, сохранилась и в компоновках современных крупных тепловых электростанций.

В послевоенный период наряду с большими работами по восстановлению разрушенных войной электростанций было начато строительство большого числа крупных электростанций с агрегатами большой мощности и высокими параметрами пара. Объем энергетического строительства и стандартизация оборудования позволили разработать и широко внедрить в строительство типовые компоновки и проекты, применение которых обеспечило использование в строительстве наиболее экономичных и эффективных строительных конструкций.

Компоновка главного корпуса электростанций с расположением сомкнутой бункерно-деаэраторной между машинным залом и котельной (рис. 5), принятая для современных электростанций, — наиболее простая и четкая по строительным конструкциям. Единый шаг несущего каркаса, унификация пролетов и сечений элементов обеспечивают однотипность и большую повторяемость строительных конструкций и индустриальные условия их изготовления и монтажа.

Рис. 5. Компоновка главного корпуса с сомкнутым размещением бункерно-деаэраторной между машинным залом и котельной

Наибольшая четкость и простота достигаются в конструкциях крупных конденсационных электростанций с блочной схемой компоновки котел—турбина, позволяющей ограничиться одной бункерной этажеркой между машинным залом и котельной (рис. 6). Существенно уменьшается при этом и объем строительных конструкций. Снижение кубатуры и расхода материалов может быть дополнительно получено за счет применения так называемой полуоткрытой котельной, при которой совмещается конструкция котельной и каркаса котла, принятая для южных районов.

Рис. 6. Компоновка современной крупной ГРЭС

Показатели удельной кубатуры главного корпуса на единицу установленной мощности для различных компоновок видны из табл. 1.

Наряду с компоновками и конструкциями главного корпуса совершенствовались принципы компоновки и конструкции сооружений топливоподачи, электрической части и вспомогательных зданий и сооружений тепловых электростанций.

За счет объединения отдельных зданий — мастерских, складов, бытовых помещений, и расположения большого числа оборудования на открытом воздухе — золоуловителей, дымососов, пылевых циклонов, отстойников, снижены объемы зданий, достигнута компактность генерального плана и соответственно уменьшена длина коммуникаций — технологических и санитарно-технических.

Однако существенным недостатком конструкций зданий и сооружений, в том числе и отдельных типов главных корпусов, являлось большое разнообразие их габаритов и схем несущих конструкций. Этот недостаток, менее ощутимый при выполнении зданий с монолитными железобетонными конструкциями и кирпичными стенами, создает серьезные препятствия применению индустриальных условий строительства с широким внедрением заводских деталей и элементов, сборных железобетонных конструкций и стальных каркасов заводской поставки.

Выполнение конструкций зданий и сооружений из сборных элементов, в том числе железобетонных, предъявляет безусловное требование максимальной унификации габаритов зданий — пролетов, шага колонн, высот этажей и расчетных нагрузок на строительные конструкции.

Учет этих требований при технологической компоновке и пересмотр ранее применявшихся схем и принципов размещения оборудования позволили скомпоновать преобладающее число зданий и сооружений, исходя из модульных размеров: пролетов — кратных 3 м, шага колонн— кратного 6 м и высот — кратных 0,6 м. В их числе главные корпуса, щиты управления, распределительные устройства, химводоочистки, угледробилки, разгрузочные устройства, здание вагоноопрокидывателя, галереи транспортеров, вспомогательный корпус.

Такая унификация позволяет для сооружаемых в настоящее время тепловых электростанций, независимо от типа и мощности, применять единые унифицированные общестроительные конструкции и детали заводского и полигонного изготовления — стеновые, кровельные, междуэтажные, включая конструкции и элементы каркасов зданий.

Для конструкций открытых распределительных устройств, тепловых сетей, каналов и туннелей для подземных коммуникаций унификация предусматривает повторяемость однотипных конструкций для различных, весьма разнообразных по технологии, условий и, в частности, прокладка подземных сетей в объединенных коллекторах унифицированных сечений.