西固热电厂循环水系统泥沙处理模型试验研究

第13卷第2期西北水资汲与水工程Vol.13 No. 22002年6月Northwest Water_ Resources &. Water_ EngineeringJune，2002西固热电厂循环水系统泥沙处理模型试验研究Model test of sediment in water recycling system forXigu thermo - - el ectric power plant林劲松，张耀哲(西北农林科技大学水利与建筑工程学院，陕西杨凌712100)摘要:西固热电厂在老厂改造工程中，将冷却水系统改为再循环供水方式,其供水水源来自于西固水厂取用的黄河水。本文详细研究了遭遇不同含沙量供水工况时,冷却塔水池的淤积情况,得到了两个重要参数一单次淤积百分率和累计淤积百分率，并据此得出了各种工况下冷却塔水池的运行历时。关键词:冷却塔水池;含沙量;单次淤积百分率;累计淤积百分率.中图分类号:TU991.2.文献标识码: A文章编号: 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特点,自建平流式沉淀池多年一直未投入使用运行1前言的经验,在本次改造中决定在沉淀池的场地处新建西固热电厂老厂中位于兰州市西固区,是兰州冷却塔水池,一旦黄河汛期出现高含沙量时,或上游电网中的一座骨干热电厂,它担负着向兰州化学工水库集中排沙期间,水厂供水的含沙量将相应增加,业公司、兰州练油化工总厂等国家大中型企业供热、含有一定数量的细颗粒泥沙将随水体进入循环水系供电的任务,该厂总装机容量300MW ,供生产用汽统,导致冷却塔水池淤积,回水沟道、泵站前池、管道850t/h,采暖用热277. 8GJ/h,建成至今40多年来等淤积，将直接影响电厂机组的正常运行。因此，拟为西北地区国民经济的发展发挥了重要作用。通过泥沙模型试验和分析计算预测电厂遭遇不同含西固热电厂在老厂改造过程中，新建一座沙量供水时,电厂循环水系统的淤积情况,特别是确3500m2的自然通风冷却塔,将原冷却水系统改成再定冷却塔水池到达极限淤积厚度(80cm)的运行历循环供水方式,其供水水源为西固水厂取用的黄河时,并提出解决泥沙淤积问题措施。水。西固水厂设计供水含沙量不超过8.0kg/m3,-2模型设计及试验模拟般控制在1. 0kg/m'以下,水厂供水不能满足电厂中国煤化工对水质的要求。所以,电厂在老厂区原自建有两格平工作水深仅2. 0m,而其流式沉淀池，以备黄河汛期出现高含沙量时对水厂直.CHCNMHG达到37: 1以上。本模型供给水进行二次沉淀。主要研究经西固水厂沉淀处理后的含沙水流在电厂西固热电厂老厂根据近年来黄河含沙量较低的循环水系统内淤积的情况,即重点解决冷却塔水池收稿日爾方数据11-29作者简介:林劲松(1968- ), 男(汉族),湖南长沙人,工程师,在读硕士。主要从事泥沙工程试验及水土环境与保护等工作。18西北水资源与水工程2002年及进出水沟道内的悬移质泥沙淤积问题。根据黄河分走-部分泥沙)后,经泵站提升至冷却塔均匀喷洒兰州段水文泥沙资料分析,并参考沉沙条渠泥沙淤冷却散热。其中冷却塔内水量存在蒸发损失和风吹积处理粒配资料确定,当电厂补给水的含沙量为1.0损失,冷却塔水池也将出现大量泥沙淤积,另有- -少~8.0kg/m3时，悬移质泥沙中径ds在0. 024~部分泥沙随排污水流排出循环水系统。冷却塔回路0.028mm之间。相应的原型沙、模型沙颗粒级配曲水流重新与补给水混合,继续循环使用。其水量平衡线见图1。根据试验所拟解决的问题确定模型水平图及试验简化图见图2。比尺λ=15,垂直比尺入H=10,模型变率为1.5。根据水流运动相似及泥沙运动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兰70网i 6[、5? 4029302;3⑥、2图2水量平衡图及试验简化图0.10.01粒径(mm)0. 0013.2冷却塔水池的淤积百分率图1原型沙、模型沙颗粒级配曲线图为了研究补给水含沙量变化时,循环水系统的淤积情况,特别是冷却塔水池的淤积速率,对水厂补表1模型比尺表水平比尺垂直比尺流速比尺 流量比尺沉速比尺给水中的含沙量,冷却塔进、出口含沙量,进入冷却塔管路中的含沙量进行同步测量,时间间隔为原型λ:λAv入l513. 162474. 342.1081.5~3.0h不等。在一个含沙量工况及淤积试验完粒径水流运动时 糙率含沙量河床 变形时成后,对冷却塔水池及出水沟道进行淤积测量。然后比尺λn间比尺的,比尺λ比尺λs 间比尺 入采用断面法和体积法对二者结果进行比较。在试验1.4524.741. 1980.8165. 81的基础上再结合分析计算,即可得出结论。在做了大量分组试验后发现,若简称水厂补给水的含沙量为模型按水平比尺用镀锌铁皮制成一个大圆盘Sw,冷却塔出口含沙量为S出,进入冷却塔水池进水(其直径D=4.36m,模拟原型直径为65.4m的冷却降水范围),在上共钻孔3500多个,模拟冷却塔喷头管路中的含沙量为S人,然后设定K=出,那么(1一均匀施降冷却水。同时布置两套循环水泵模拟循环K)X100%可以称为在S朴含沙量作用下,冷却塔.水系统的水量平衡,并加装了两个经率定的排水阀水池的单次淤积百分率。分别模拟蒸发、风吹损失和分到其它设备的用水量。图3①~④分别是不同含沙量供(补)水工况冷却塔内淤积物干容重测量采用环刀取样,采下,冷却塔水池试验得到的单次淤积百分率。用土工规范测试,保证淤积物干容重的准确性,它对3.3节点含沙量计算于确定淤积最长时间有重要作用。i中国煤化工比图来说,对于回水管路3试验成果与计算分析中CN MHC站淤积，当其达到平衡状况则则可州山灿r刀性:3.1循环水系统试验概化3001S补十28570S出= 31571S入试验模拟电厂夏季运行工况。即由水厂补给的同时不考虑泵站淤积,对冷却塔水池节点(B)含沙水流进A緶輕水系统,首先与冷却水系统的回来说,当其达到平衡时可列出下列方程:路水流掺混扩散。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期林劲松等:西固热电厂循环水系统泥沙处理模型试验研究193001S朴可得:S入=29302即可得S出= (28570十293)KS入(2)[31571 - 28570? 28570十293K]将(3)式代入(1)式得:对K进行了不同含沙量及不同历时的系列试3001S补+ 28570(28570+ 293)KS入= 31571S入验后,得到试验成果见表2。4y=0.953xy = 0.9382x日9t并2删65会I1于1:69进口含沙量(kg/m)(1) 补水含沙量8~20kg/m3进口含沙量与(2)补水含沙量 2.5~5.0kg/m2进口含沙量与出口含沙量的关系(K值)图(共 38组)出口含沙量的关系(K值)图(共 71组)1.2 ry = 0.9296x12「y = 0.9402x0.9喇0.6口0.353(0.30.61.20(3) 补水平均含沙量1. 0kg/m3进口含沙量与.(4) 补水含沙量1.0~20kg/m3进口含沙量与.出口含沙量的关系(K值)图(共 65组)出口含沙量的关系(K值)图(共 174组)图3冷却塔水池单次淤积百分率表2试验成果表平均含沙量7. 99410.36 20.50 2.579 2.589 3. 987 4.470 5.037 0. 996 1. 1271.249 0. 961(kg/m3)样本数:8i1528l52529平均R0. 93700. 9259 0. 92490. 92710. 9421 0. 93570. 9302 0. 9628 0. 93450. 9351 0. 9012 0. 9231试验长度(h)33271C4(中国煤化工20.5实测冷却塔水池5.04 8.10 15.48 0.64 2. 38:YHCNMHG1.14 0.76 0. 39淤积厚度(cm)计算冷却塔水池5.79.916.20. 742.61.072.524. 141.171.220. 840.4220西北水资源与水工程2002年从表2可看出:对K值进行加权平均后,并参式中:S#一补给水含沙量; >t- -累积作用历考2.5-20kg/m3含沙水流的K值范围,可确定时;R-冷 却塔水池半径;h-冷 地塔水池淤积厚度;1.0kg/m3含沙水流的K=0.93,那么冷却塔水池的As-循环水系统进出水沟道淤积物面积;Oh-循环淤积量若不考虑水泵淤积和掺混初值的影响,当其水系统进出水沟道淤积物厚度;p'-循环水系统淤达到平衡时可得到如下公式:积物干容重。对淤积物干容重做了两次分析(表3)。3001S# - 2269S、 - 293Sx)Zt = πR?hρ +△sOhp对上面8组干容重进行分析比较,可以认定冷2269却塔水池的泥沙淤积物干容重平均为1. 101g/cm',即3001S#[131571 - - 2857029302K从淤积物粒配分析看,进入循环水系统的细颗粒泥28570十293沙中较粗的部分淤在了冷却塔水池中,冷却塔水池293K一)Et的淤积百分率对于冷却塔水池的单次及累计运行历31571- 28570 28571十2935时将起到决定性作用,其与运行历时存在如下关系，= πR?hp + AsOhρ'(3)当S入-定时,冷却塔水池入、出含沙量关系及其累当K =0.93时,(3)式成为:计淤积沙量和累计运行历时变化情况见表4。[3001S# X 0. 4471J>t= πR2hρ +△sShp'表3冷却塔水池(模型)淤积物干容重测量成果表测量方位东西南北平均厚度(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冷却塔水池入、出含沙量关 系表πR°Hρ[(1 - K) X 100%]*S出'(S人- S出)+(Sλ- S出)●2t(S- S出)淤积出口池中淤积累计淤累计运百分数+含沙量'的含沙量+积沙量，行历时↑为此可以认为，当淤积平衡时，K值一定水池损失水量为732m2/h, 而水厂补水量为(0. 93),即可得到补给水S#与进入冷却塔管路S人3001m*/h。 若能将电厂它用的2269m*/h不引入冷及冷却塔出口S出的关系。却塔循环系统,而仅用732m2/h的水厂补水,保持3.4不同含沙量、不同历时淤积结果冷却塔水池水量平衡,即可大大提高冷却塔水池的由于水厂补给水量首先与冷却塔出流充分掺混运行时间。同样可得到:后进入循环水系统,在初值条件下,含沙量首先有-732S补+ 28570S出= 29302S、个稀释过程,在试验的基础上结合节点含沙量计算29302S入= (28570 + 293)S出+ 29302(1 - K)S入模式,成果.见表5。表5不同补给水含沙量下冷却塔3.5不同含沙量下冷却塔水池的最长运行历时水池淤积情况(单位:cm) (K= 0.93) .在做了大量试验后可得到3. 0~5.0kg/m2及时间(h)51015l87298. 0kg/m2含沙量作用下单次淤积百分率(1- K)=中国煤化工，2 0.56 1.35 2.02 2.700.07,结合节点含沙量计算模式,成果见表6。YHCNMHG3.6改变补 水工况后循环水系统分析计算由于西固电厂位于兰州市区,循环水系统冷却淤积厚度0.42 0.84 1.26 1.68 4.05 6.06 8.10( S#= 3. 0kg/m3.塔内泥沙处理受到环保及冷却塔运行工况的限制。0.70 1.41 2.11 2.82 6.75 10. 1013.5因此如何選兔漏雀进入冷却塔水池即成为保证电厂(S= 5. Okg/mi9运行安全,延长冷却塔运行时间的关键问题,冷却塔第2期林劲松等:西固热电厂循环水系统泥沙处理模型试验研究21表6不同含沙量下冷却塔水池最长πR*hρ +△sOhp'运行历时(极限淤积厚度80cm)改变补水工况下,不同含沙量下补给水冷却塔补给水含沙量S#(kg/m3) 1.0 3.0 5.0 8.0进出口含沙量关系见表7。最长运行历时(h)2839 946 567 354从黄河兰州水文站1948年~ 1988年水文泥沙资料分析可知,1948年~ 1967年年平均含沙量最长运行历时(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年经上游水库梯级开发后,年平均含沙量减至1.606kg/m3,相应汛期7~9月平均含沙.732S补S入=量减至3.106kg/。1968 年~1988年黄河兰州水文[29302一28570 28570+ 293K]站多年平均含沙量年内分布值计算分析见表8。同理表7冷却塔水池进出口含沙量关系表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当K=0.93时,[732 X S# X 0. 8812]>t= .表8 1968 年~1988年黄河兰州水文站多年平均含沙量年内分布表平均含沙量(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改变补水工况后冷却塔水池工作历时要求。由于改变补水工况后，将补水流量从3001(2)在补水3001m*/h时,虽然冷却塔水池单次m*/h,削减到732m3/h,进入循环水系统冷却塔水池淤积百分率(1-K)X 100%在1. 0kg/m3时只有中总的泥沙数量大为减少,但进入系统内的泥沙的7%，但其累积淤积百分率可以达到44.71%。在补总的有效淤积效率系数却上升了,每小时内沉入冷水732m*/h时,其累积淤积百分率可以上升到却塔水池内的泥沙从(3001X0.4471X S#)kg降到88.12%。了(732X0.8812X S#)kg,即从1341. 7S# (kg)降(3)改变补水工况后,遭遇不同含沙量供水时，到了645 S#(kg)。因此,在不同含沙量下,冷却塔水冷却塔的运行历时均比原先设计补水工况有大幅度池的最长运行历时经计算后也有同步上升,见表9。的增加，提高了电厂安全运行的保证率。表9改变补水工况后不同含沙量 下冷却塔(4)结合黄河兰州段水文泥沙资料及西固水厂水池最长运行历时(极限淤积厚度80cm)运行状况,建议西固电厂在汛期加强对水质的观测密度,避免引用高含沙水流，以免引起大量淤积,同补给水含沙量S+(kg/m*) 1.0 3.0 5. 0时应考虑应急工程措施。5907 1969 1181 738246 8219中国煤化工:MHCNMHG院.西固电厂老厂设备改造4结论工程初步设计阶段,第-卷总的部分[R].1998,12.[2]谢鉴衡.河流模拟[M].北京:水利电力出版社,1990.(1)试验表明,西固热电厂老厂改造工程中的[3]水利部西北水利科学研究所.清华大学水利系.水库泥循环水系绮诱蘞赡间可以满足电厂的除沙运行历时沙[M].北京:水利电力出版社,1979. .