西固熱電廠(chǎng)循環(huán)水系統泥沙處理模型試驗研究

第13卷第2期西北水資汲與水工程Vol.13 No. 22002年6月Northwest Water_ Resources &. Water_ EngineeringJune，2002西固熱電廠(chǎng)循環(huán)水系統泥沙處理模型試驗研究Model test of sediment in water recycling system forXigu thermo - - el ectric power plant林勁松，張耀哲(西北農林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院，陜西楊凌712100)摘要:西固熱電廠(chǎng)在老廠(chǎng)改造工程中，將冷卻水系統改為再循環(huán)供水方式,其供水水源來(lái)自于西固水廠(chǎng)取用的黃河水。本文詳細研究了遭遇不同含沙量供水工況時(shí),冷卻塔水池的淤積情況,得到了兩個(gè)重要參數一單次淤積百分率和累計淤積百分率，并據此得出了各種工況下冷卻塔水池的運行歷時(shí)。關(guān)鍵詞:冷卻塔水池;含沙量;單次淤積百分率;累計淤積百分率.中圖分類(lèi)號:TU991.2.文獻標識碼: A文章編號: 1008- 5858(2002)02 - 0017一05LIN Jin- song, ZHANG Yao- zhe(College of Water Resources and Architectural Enginee ring, Northwest Sci Tech Unirversity of Agriculture and Forestry,Yangling，Shaanxi 712100, China)Abstract: During the old factory reform, Xigu thermo - electric power plant changes the cooling water sup-ply system into recycling water, the water is from Yellow River. This paper researches the pond of coolingtower in details when it confronts different sediment 一laden flow. The author obtains two important parameters- the percentage of single deposition and cumulative percentage of deposition, and gets the workinghours of cooling tower pond in all work condition.Key words: pond of cooling tower; sediment content; percentage of single deposition; cumulative percent-age of deposition特點(diǎn),自建平流式沉淀池多年一直未投入使用運行1前言的經(jīng)驗,在本次改造中決定在沉淀池的場(chǎng)地處新建西固熱電廠(chǎng)老廠(chǎng)中位于蘭州市西固區,是蘭州冷卻塔水池,一旦黃河汛期出現高含沙量時(shí),或上游電網(wǎng)中的一座骨干熱電廠(chǎng),它擔負著(zhù)向蘭州化學(xué)工水庫集中排沙期間,水廠(chǎng)供水的含沙量將相應增加,業(yè)公司、蘭州練油化工總廠(chǎng)等國家大中型企業(yè)供熱、含有一定數量的細顆粒泥沙將隨水體進(jìn)入循環(huán)水系供電的任務(wù),該廠(chǎng)總裝機容量300MW ,供生產(chǎn)用汽統,導致冷卻塔水池淤積,回水溝道、泵站前池、管道850t/h,采暖用熱277. 8GJ/h,建成至今40多年來(lái)等淤積，將直接影響電廠(chǎng)機組的正常運行。因此，擬為西北地區國民經(jīng)濟的發(fā)展發(fā)揮了重要作用。通過(guò)泥沙模型試驗和分析計算預測電廠(chǎng)遭遇不同含西固熱電廠(chǎng)在老廠(chǎng)改造過(guò)程中，新建一座沙量供水時(shí),電廠(chǎng)循環(huán)水系統的淤積情況,特別是確3500m2的自然通風(fēng)冷卻塔,將原冷卻水系統改成再定冷卻塔水池到達極限淤積厚度(80cm)的運行歷循環(huán)供水方式,其供水水源為西固水廠(chǎng)取用的黃河時(shí),并提出解決泥沙淤積問(wèn)題措施。水。西固水廠(chǎng)設計供水含沙量不超過(guò)8.0kg/m3,-2模型設計及試驗模擬般控制在1. 0kg/m'以下,水廠(chǎng)供水不能滿(mǎn)足電廠(chǎng)中國煤化工對水質(zhì)的要求。所以,電廠(chǎng)在老廠(chǎng)區原自建有兩格平工作水深僅2. 0m,而其流式沉淀池，以備黃河汛期出現高含沙量時(shí)對水廠(chǎng)直.CHCNMHG達到37: 1以上。本模型供給水進(jìn)行二次沉淀。主要研究經(jīng)西固水廠(chǎng)沉淀處理后的含沙水流在電廠(chǎng)西固熱電廠(chǎng)老廠(chǎng)根據近年來(lái)黃河含沙量較低的循環(huán)水系統內淤積的情況,即重點(diǎn)解決冷卻塔水池收稿日爾方數據11-29作者簡(jiǎn)介:林勁松(1968- ), 男(漢族),湖南長(cháng)沙人,工程師,在讀碩士。主要從事泥沙工程試驗及水土環(huán)境與保護等工作。18西北水資源與水工程2002年及進(jìn)出水溝道內的懸移質(zhì)泥沙淤積問(wèn)題。根據黃河分走-部分泥沙)后,經(jīng)泵站提升至冷卻塔均勻噴灑蘭州段水文泥沙資料分析,并參考沉沙條渠泥沙淤冷卻散熱。其中冷卻塔內水量存在蒸發(fā)損失和風(fēng)吹積處理粒配資料確定,當電廠(chǎng)補給水的含沙量為1.0損失,冷卻塔水池也將出現大量泥沙淤積,另有- -少~8.0kg/m3時(shí)，懸移質(zhì)泥沙中徑ds在0. 024~部分泥沙隨排污水流排出循環(huán)水系統。冷卻塔回路0.028mm之間。相應的原型沙、模型沙顆粒級配曲水流重新與補給水混合,繼續循環(huán)使用。其水量平衡線(xiàn)見(jiàn)圖1。根據試驗所擬解決的問(wèn)題確定模型水平圖及試驗簡(jiǎn)化圖見(jiàn)圖2。比尺λ=15,垂直比尺入H=10,模型變率為1.5。根據水流運動(dòng)相似及泥沙運動(dòng)相似的河工模型相似律[2]得出模型比尺表(表1)。3001315712269-@100●模型沙294109(。原型沙色80蘭70網(wǎng)i 6[、5? 4029302;3⑥、2圖2水量平衡圖及試驗簡(jiǎn)化圖0.10.01粒徑(mm)0. 0013.2冷卻塔水池的淤積百分率圖1原型沙、模型沙顆粒級配曲線(xiàn)圖為了研究補給水含沙量變化時(shí),循環(huán)水系統的淤積情況,特別是冷卻塔水池的淤積速率,對水廠(chǎng)補表1模型比尺表水平比尺垂直比尺流速比尺 流量比尺沉速比尺給水中的含沙量,冷卻塔進(jìn)、出口含沙量,進(jìn)入冷卻塔管路中的含沙量進(jìn)行同步測量,時(shí)間間隔為原型λ:λAv入l513. 162474. 342.1081.5~3.0h不等。在一個(gè)含沙量工況及淤積試驗完粒徑水流運動(dòng)時(shí) 糙率含沙量河床 變形時(shí)成后,對冷卻塔水池及出水溝道進(jìn)行淤積測量。然后比尺λn間比尺的,比尺λ比尺λs 間比尺 入采用斷面法和體積法對二者結果進(jìn)行比較。在試驗1.4524.741. 1980.8165. 81的基礎上再結合分析計算,即可得出結論。在做了大量分組試驗后發(fā)現,若簡(jiǎn)稱(chēng)水廠(chǎng)補給水的含沙量為模型按水平比尺用鍍鋅鐵皮制成一個(gè)大圓盤(pán)Sw,冷卻塔出口含沙量為S出,進(jìn)入冷卻塔水池進(jìn)水(其直徑D=4.36m,模擬原型直徑為65.4m的冷卻降水范圍),在上共鉆孔3500多個(gè),模擬冷卻塔噴頭管路中的含沙量為S人,然后設定K=出,那么(1一均勻施降冷卻水。同時(shí)布置兩套循環(huán)水泵模擬循環(huán)K)X100%可以稱(chēng)為在S樸含沙量作用下,冷卻塔.水系統的水量平衡,并加裝了兩個(gè)經(jīng)率定的排水閥水池的單次淤積百分率。分別模擬蒸發(fā)、風(fēng)吹損失和分到其它設備的用水量。圖3①~④分別是不同含沙量供(補)水工況冷卻塔內淤積物干容重測量采用環(huán)刀取樣,采下,冷卻塔水池試驗得到的單次淤積百分率。用土工規范測試,保證淤積物干容重的準確性,它對3.3節點(diǎn)含沙量計算于確定淤積最長(cháng)時(shí)間有重要作用。i中國煤化工比圖來(lái)說(shuō),對于回水管路3試驗成果與計算分析中CN MHC站淤積，當其達到平衡狀況則則可州山燦r刀性:3.1循環(huán)水系統試驗概化3001S補十28570S出= 31571S入試驗模擬電廠(chǎng)夏季運行工況。即由水廠(chǎng)補給的同時(shí)不考慮泵站淤積,對冷卻塔水池節點(diǎn)(B)含沙水流進(jìn)A緶輕水系統,首先與冷卻水系統的回來(lái)說(shuō),當其達到平衡時(shí)可列出下列方程:路水流摻混擴散。在管路中分掉一部分它用水量(也29302Sλ = (28570 + 293)S出十29302(1 - K)Sλ第2期林勁松等:西固熱電廠(chǎng)循環(huán)水系統泥沙處理模型試驗研究193001S樸可得:S入=29302即可得S出= (28570十293)KS入(2)[31571 - 28570? 28570十293K]將(3)式代入(1)式得:對K進(jìn)行了不同含沙量及不同歷時(shí)的系列試3001S補+ 28570(28570+ 293)KS入= 31571S入驗后,得到試驗成果見(jiàn)表2。4y=0.953xy = 0.9382x日9t并2刪65會(huì )I1于1:69進(jìn)口含沙量(kg/m)(1) 補水含沙量8~20kg/m3進(jìn)口含沙量與(2)補水含沙量 2.5~5.0kg/m2進(jìn)口含沙量與出口含沙量的關(guān)系(K值)圖(共 38組)出口含沙量的關(guān)系(K值)圖(共 71組)1.2 ry = 0.9296x12「y = 0.9402x0.9喇0.6口0.353(0.30.61.20(3) 補水平均含沙量1. 0kg/m3進(jìn)口含沙量與.(4) 補水含沙量1.0~20kg/m3進(jìn)口含沙量與.出口含沙量的關(guān)系(K值)圖(共 65組)出口含沙量的關(guān)系(K值)圖(共 174組)圖3冷卻塔水池單次淤積百分率表2試驗成果表平均含沙量7. 99410.36 20.50 2.579 2.589 3. 987 4.470 5.037 0. 996 1. 1271.249 0. 961(kg/m3)樣本數:8i1528l52529平均R0. 93700. 9259 0. 92490. 92710. 9421 0. 93570. 9302 0. 9628 0. 93450. 9351 0. 9012 0. 9231試驗長(cháng)度(h)33271C4(中國煤化工20.5實(shí)測冷卻塔水池5.04 8.10 15.48 0.64 2. 38:YHCNMHG1.14 0.76 0. 39淤積厚度(cm)計算冷卻塔水池5.79.916.20. 742.61.072.524. 141.171.220. 840.4220西北水資源與水工程2002年從表2可看出:對K值進(jìn)行加權平均后,并參式中:S#一補給水含沙量; >t- -累積作用歷考2.5-20kg/m3含沙水流的K值范圍,可確定時(shí);R-冷 卻塔水池半徑;h-冷 地塔水池淤積厚度;1.0kg/m3含沙水流的K=0.93,那么冷卻塔水池的As-循環(huán)水系統進(jìn)出水溝道淤積物面積;Oh-循環(huán)淤積量若不考慮水泵淤積和摻混初值的影響,當其水系統進(jìn)出水溝道淤積物厚度;p'-循環(huán)水系統淤達到平衡時(shí)可得到如下公式:積物干容重。對淤積物干容重做了兩次分析(表3)。3001S# - 2269S、 - 293Sx)Zt = πR?hρ +△sOhp對上面8組干容重進(jìn)行分析比較,可以認定冷2269卻塔水池的泥沙淤積物干容重平均為1. 101g/cm',即3001S#[131571 - - 2857029302K從淤積物粒配分析看,進(jìn)入循環(huán)水系統的細顆粒泥28570十293沙中較粗的部分淤在了冷卻塔水池中,冷卻塔水池293K一)Et的淤積百分率對于冷卻塔水池的單次及累計運行歷31571- 28570 28571十2935時(shí)將起到?jīng)Q定性作用,其與運行歷時(shí)存在如下關(guān)系，= πR?hp + AsOhρ'(3)當S入-定時(shí),冷卻塔水池入、出含沙量關(guān)系及其累當K =0.93時(shí),(3)式成為:計淤積沙量和累計運行歷時(shí)變化情況見(jiàn)表4。[3001S# X 0. 4471J>t= πR2hρ +△sShp'表3冷卻塔水池(模型)淤積物干容重測量成果表測量方位東西南北平均厚度(mm)24.824. 124.526.413. 1612. 5812.513. 35干沙重(g)902893897511440517干容重(g/cm3)1. 0811. 1011. 0881. 0251. 1541. 1641. 0461.151表4冷卻塔水池入、出含沙量關(guān) 系表πR°Hρ[(1 - K) X 100%]*S出'(S人- S出)+(Sλ- S出)●2t(S- S出)淤積出口池中淤積累計淤累計運百分數+含沙量'的含沙量+積沙量，行歷時(shí)↑為此可以認為，當淤積平衡時(shí)，K值一定水池損失水量為732m2/h, 而水廠(chǎng)補水量為(0. 93),即可得到補給水S#與進(jìn)入冷卻塔管路S人3001m*/h。 若能將電廠(chǎng)它用的2269m*/h不引入冷及冷卻塔出口S出的關(guān)系。卻塔循環(huán)系統,而僅用732m2/h的水廠(chǎng)補水,保持3.4不同含沙量、不同歷時(shí)淤積結果冷卻塔水池水量平衡,即可大大提高冷卻塔水池的由于水廠(chǎng)補給水量首先與冷卻塔出流充分摻混運行時(shí)間。同樣可得到:后進(jìn)入循環(huán)水系統,在初值條件下,含沙量首先有-732S補+ 28570S出= 29302S、個(gè)稀釋過(guò)程,在試驗的基礎上結合節點(diǎn)含沙量計算29302S入= (28570 + 293)S出+ 29302(1 - K)S入模式,成果.見(jiàn)表5。表5不同補給水含沙量下冷卻塔3.5不同含沙量下冷卻塔水池的最長(cháng)運行歷時(shí)水池淤積情況(單位:cm) (K= 0.93) .在做了大量試驗后可得到3. 0~5.0kg/m2及時(shí)間(h)51015l87298. 0kg/m2含沙量作用下單次淤積百分率(1- K)=中國煤化工，2 0.56 1.35 2.02 2.700.07,結合節點(diǎn)含沙量計算模式,成果見(jiàn)表6。YHCNMHG3.6改變補 水工況后循環(huán)水系統分析計算由于西固電廠(chǎng)位于蘭州市區,循環(huán)水系統冷卻淤積厚度0.42 0.84 1.26 1.68 4.05 6.06 8.10( S#= 3. 0kg/m3.塔內泥沙處理受到環(huán)保及冷卻塔運行工況的限制。0.70 1.41 2.11 2.82 6.75 10. 1013.5因此如何選兔漏雀進(jìn)入冷卻塔水池即成為保證電廠(chǎng)(S= 5. Okg/mi9運行安全,延長(cháng)冷卻塔運行時(shí)間的關(guān)鍵問(wèn)題,冷卻塔第2期林勁松等:西固熱電廠(chǎng)循環(huán)水系統泥沙處理模型試驗研究21表6不同含沙量下冷卻塔水池最長(cháng)πR*hρ +△sOhp'運行歷時(shí)(極限淤積厚度80cm)改變補水工況下,不同含沙量下補給水冷卻塔補給水含沙量S#(kg/m3) 1.0 3.0 5.0 8.0進(jìn)出口含沙量關(guān)系見(jiàn)表7。最長(cháng)運行歷時(shí)(h)2839 946 567 354從黃河蘭州水文站1948年~ 1988年水文泥沙資料分析可知,1948年~ 1967年年平均含沙量最長(cháng)運行歷時(shí)(d)118 39231.3. 51kg/m',汛期7~9月平均含沙量5.93kg/m3。(28570十293 )29302KS入1968年~1988年經(jīng)上游水庫梯級開(kāi)發(fā)后,年平均含沙量減至1.606kg/m3,相應汛期7~9月平均含沙.732S補S入=量減至3.106kg/。1968 年~1988年黃河蘭州水文[29302一28570 28570+ 293K]站多年平均含沙量年內分布值計算分析見(jiàn)表8。同理表7冷卻塔水池進(jìn)出口含沙量關(guān)系表293732S#[1一29302 - 2857028570 + 293,KS+(kg/m2)1.03.05.08.0SA(kg/m2)0.314 0. 9431.57 2. 512293025K]21= πR'hp + 0shp/ .S出(kg/m2)0.2960. 8891. 4822. 372當K=0.93時(shí),[732 X S# X 0. 8812]>t= .表8 1968 年~1988年黃河蘭州水文站多年平均含沙量年內分布表平均含沙量(kg/m3)<0. 1kg/m2<0. 5kg/m2<1. 0kg/m8<3. 0kg/m3<4.5kg/m311月(0.083) 12月(0. 046)10月(0.478)5月6月(1.501)7月(3.06)1月(0.037) 2月(0.066)3月(0.145) 4月(0.266)(0. 762) .9月(1.82)8月(4.438)3.7改變補水工況后冷卻塔水池工作歷時(shí)要求。由于改變補水工況后，將補水流量從3001(2)在補水3001m*/h時(shí),雖然冷卻塔水池單次m*/h,削減到732m3/h,進(jìn)入循環(huán)水系統冷卻塔水池淤積百分率(1-K)X 100%在1. 0kg/m3時(shí)只有中總的泥沙數量大為減少,但進(jìn)入系統內的泥沙的7%，但其累積淤積百分率可以達到44.71%。在補總的有效淤積效率系數卻上升了,每小時(shí)內沉入冷水732m*/h時(shí),其累積淤積百分率可以上升到卻塔水池內的泥沙從(3001X0.4471X S#)kg降到88.12%。了(732X0.8812X S#)kg,即從1341. 7S# (kg)降(3)改變補水工況后,遭遇不同含沙量供水時(shí)，到了645 S#(kg)。因此,在不同含沙量下,冷卻塔水冷卻塔的運行歷時(shí)均比原先設計補水工況有大幅度池的最長(cháng)運行歷時(shí)經(jīng)計算后也有同步上升,見(jiàn)表9。的增加，提高了電廠(chǎng)安全運行的保證率。表9改變補水工況后不同含沙量 下冷卻塔(4)結合黃河蘭州段水文泥沙資料及西固水廠(chǎng)水池最長(cháng)運行歷時(shí)(極限淤積厚度80cm)運行狀況,建議西固電廠(chǎng)在汛期加強對水質(zhì)的觀(guān)測密度,避免引用高含沙水流，以免引起大量淤積,同補給水含沙量S+(kg/m*) 1.0 3.0 5. 0時(shí)應考慮應急工程措施。5907 1969 1181 738246 8219中國煤化工:MHCNMHG院.西固電廠(chǎng)老廠(chǎng)設備改造4結論工程初步設計階段,第-卷總的部分[R].1998,12.[2]謝鑒衡.河流模擬[M].北京:水利電力出版社,1990.(1)試驗表明,西固熱電廠(chǎng)老廠(chǎng)改造工程中的[3]水利部西北水利科學(xué)研究所.清華大學(xué)水利系.水庫泥循環(huán)水系綺誘蘞贍間可以滿(mǎn)足電廠(chǎng)的除沙運行歷時(shí)沙[M].北京:水利電力出版社,1979. .