Водохранилища-охладители

Вся библиотека >>>

Содержание книги >>>

Книги по строительству и ремонту

Водоснабжение

Быт. Хозяйство. Строительство.Техника

§ 149. Водохранилища-охладители

По назначению, расположению и условиям питанияводохранилища-охладители разделяются на следующие группы:

регулирующие водохранилища на водотоках, используемые нетолько для охлаждения циркуляционной воды, но и для сезонного илимноголетнего регулирования стока;

водохранилища-охладители на водотоках без регулированиястока, сооружаемые лишь для создания поверхности, достаточной для охлажденияциркуляционной воды;

водохранилища-охладители на естественных озерах и прудах;

наливные водохранилища, сооружаемые вне водотока, сподпиткой из ближайших рек.

Схемы циркуляции воды в водохранилищах-охладителях.Свободная поверхность водохранилища-охладителя не вся одинаково эффективноучаствует в отдаче тепла, поступающего с нагретой циркуляционной водой.Количество тепла, отводимого с единицы площади того или иного участкаповерхности водохранилища, зависит от температуры воды на этом участке.Поэтому при термическом расчете водохранилища-охладителя необходимопредставить картину распределения температур по его поверхности;следовательно, необходимо составить схему распределения потока теплой воды отточки ее сброса до места ее приема.

Схема циркуляции в водохранилище-охладителе определяетсяего формой, взаимным расположением водосбросных и водоприемных сооружений, атакже струераспределительными и струенаправляющими сооружениями.

При проектировании для современных мощных электростанцийкрупных водохранилищ-охладителей с глубинами, достигающими десятков метров, ис объемами воды в сотни миллионов кубических метров следует учитывать, чтохроме градиентных течений, вызываемых сбросом циркуляционного расхода ипоступлением речной воды, в водохранилищах имеют место также ветровые,плотностные и компенсационные течения.   

Ветровые течения приводят к сгону воды от подветренной стороныводоема и к нагону ее у наветренной стороны. Возникающий при этомгоризонтальный градиент давления, направленный в сторону, противоположнуюветру, вызывает один из видов глубинных компенсационных течений.

Известно, что вода имеет максимальную плотность притемпературе 4° С, а при нагревании ее плотность уменьшается. Передача тепла вводную толщу за счет молекулярной диффузии и теплопроводности весьма слаба.Поэтому при прогреве верхних слоев воды возникает температурнаястратификация: температура воды на поверхности оказывается выше, чем вглубинных слоях, и эта разница достигает иногда 10° С и более. При выпускетеплой воды на поверхность водохранилища может возникнуть устойчивая разницатемператур воды в верхних ч нижних слоях и произойти расслоение потоков,имеющих различною плотность. В этом случае возникают верхнее теплое иглубинное холодное течения, которые могут быть разнонаправленными. Такиетечения называются плотностными.

При сбросе нагретой воды в водохранилище у сбросныхсооружений часто наблюдается понижение температуры воды на,несколькоградусов. Это объясняется тем, что нагретая вода, если она выходит вводохранилище со значительными скоростями, эжектирует массы холодной воды изпридонных слоев и вовлекает их в циркуляционный поток. Этот смешанный поток,имея меньшую плотность, чем придонные слои, выходит на поверхность, а понаправлению к сбросным сооружениям возникает глубинный ток холодной воды,являющийся вторым видом компенсационных течений.

Вследствие отсутствия методов, позволяющих установитьрасчетным путем действительную сложную картину распределения течений итемператур воды по поверхности и глубине водохранилища-охладителя, прирешении практических инженерных задач приходится принимать весьма упрощеннуюсхему течений.

Приближенный метод построения плана течений вводохранилище-охладителе был впервые предложен в 1933 г. инж. Н. М.Вернадским. Пользуясь этим методом, разработанным на базе теориитурбулентного потока, можно с учетом сил трения по дну и сил касательныхнапряжений между соседними струями построить план транзитного потока (отместа сброса воды до водоприемных сооружений), водоворотов, вызванныхтранзитным потоком, и застойных зон.

Считается, что с поверхности водоворотов теплоотдачапроисходит с меньшей интенсивностью, чем с поверхности транзитного потока.Площадь действительной поверхности водохранилища заменяется, согласнопредложению Н. М. Вернадского, «площадью активной зоны», которая учитываеттеплоотдачу транзитного потока и смежных с ним водоворотов. Отношение площадиактивной зоны к площади действительной поверхности водохранилища называетсякоэффициентом использования площади водохранилища: /С=о)акт/о)в. Этоткоэффициент в зависимости от формы водохранилища, схемы расположенияводосбросных и водоприемных сооружений и условий растекания циркуляционногопотока может иметь значения от 0,5 до 0,95.

Более надежные данные для проектирования, в частностизначения коэффициента использования площади водохранилища-охладителя, могутбыть получены по результатам гидротермического моделирования накрупномасштабной модели водохранилища, которое проводится по методике,разработанной ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева в 1971 г.

Чтобы распределить транзитный поток циркуляционной воды повозможно большей части поверхности водохранилища и создать площадь активнойзоны, достаточную для охлаждения расчетного расхода, нагретую на промышленномпредприятии воду сбрасывают на значительном расстоянии от водоприемныхсооружений, а также применяют струенаправляющие и струераспределительныесооружения.

Исследованиями последних лет установлено, что в больших иглубоких водохранилищах-охладителях, которые сооружаются, например, длясовременных мощных теплоэлектростанций, возможно создание объемной циркуляцииводы. Для этого необходимо организовать прием воды только из глубинных слоевводохранилища, а нагретую воду сбрасывать на поверхность водохранилища смалыми скоростями. Тогда можно располагать сбросные сооружения вблизиводоприемных и даже совмещать их в одном сооружении. При этом нагретая вода,имеющая меньшую плотность, чем холодная, растекается по поверхностиводохранилища и, охлаждаясь, переходит в глубинные слои, которые движутся кводоприемным сооружениям. Такая схема циркуляции

позволяет отказаться от длинных отводящих каналов    иструенаправляющих сооружений при высоком коэффициенте использования площадиводохранилища.

Некоторые примеры организации водохранилищ-охладителей ксхем расположения сооружений, предназначенных для обеспечения наиболееполного использования их поверхности для охлаждения воды, приведены на VI1.5. Здесь представлены:

водохранилище вытянутой формы на водотоке (VII.5, а);циркуляция обеспечивается отводящим каналом и струенаправляющей дамбой передводоприемными сооружениями;

водохранилище сложной формы на водотоке (VII.5, б);циркуляция обеспечивается перегораживающей дамбой и искусственной прорезью;

широкое водохранилище на водотоке (VII.5, б); циркуляцияобеспечивается струенаправляющей дамбой;

использование системы естественных озер для охлажденияводы (VII.5, г);

наливное водохранилище, для сооружения которого удачноиспользован рельеф местности (VII.5, д);

наливное водохранилище с круговой циркуляцией воды иводоприемным сооружением в центре (VII.5, е);

глубокое водохранилище на малом водотоке с выпускомнагретой воды на поверхность и глубинным водоприемным сооружением,расположенным вблизи выпуска (VI 1.5,ж); циркуляция воды — объемная сразнонаправленными поверхностным и глубинным потоками.

Тепловой расчет водохранилища-охладителя. Тепловой расчетводохранилища-охладителя производится для определения температуры охлажденнойводы у места ее приема при заданной площади активной зоны или для определениянеобходимой площади активной зоны водохранилища при заданных тепловой игидравлической нагрузках.

Для облегчения практических расчетов можно пользоватьсяномограммой на VII.6, для чего следует подсчитать удельную площадь активнойзоны юуд, приходящуюся на единицу расхода охлаждаемой воды, в м2/м3 в сутки.По номограмме определяется перегрев охлажденной в водохранилищециркуляционной воды, поступающей к месту ее приема, по сравнению сестественной температурой воды {U—te) в зависимости от величины нагрева водына электростанции (перепада температур Д^=^1—^г)-

Для ориентировочных расчетов можно принимать необходимуюплощадь водохранилища-охладителя от 30 до 50 м2 для охлаждения 1 м3/ч воды на8—10°.

Основные сооружения водохранилищ-охладителей.Проектирование плотин, дамб, водосбросов и каналов дляводохранилищ-охладителей производят по соответствующим нормам проектированиягидротехнических сооружений.

Место расположения водосбросных и водоприемных сооружений,а также сооружений, увеличивающих активную зону водохранилища(струераспределительных и струенаправляющих сооружений), выбирают исходя изусловий получения необходимой площади активной зоны на основетехнико-экономических расчетов.

Струенаправляющие и струераспределительные сооружениявыполняют в виде водосливов, лотков, труб, консольных водосбросов.Струераспределительные сооружения наиболее целесообразно выполнять в видезатопленных водосливов распластанного профиля либо в виде фильтрующих дамб изкаменной наброски. Такие сооружения обеспечивают выпуск теплой воды наповерхность водохранилища с малыми скоростями, что предотвращает появлениеглубинного течения к водосбросу. 

Наиболее рациональным типом сооружения для забора воды изводохранилища-охладителя глубиной не менее 4—5 м является глубинныйводозабор, обеспечивающий получение воды из придонных слоев. Этим достигаетсянаиболее низкая температура охлаждающей воды, предотвращение или резкоеуменьшение захвата биологических загрязнений (микроорганизмов, низшей воднойрастительности, личинок моллюсков) и наиболее рациональная продувкаводохранилища. При глубинном водозаборе резко уменьшается захват рыбы и, чтоособенно важно, мальков, которые обитают обычно на небольших глубинах.Глубинный водозабор обеспечивает также бесперебойную подачу воды кпотребителям при шуговых явлениях без принятия мер по обогреву водозабора.

Во избежание подсасывания воды из верхних слоев входныеокна глубинного водозабора должны быть расположены на достаточной глубине, авходные скорости воды должны быть минимальными. В зависимости от глубинырасположения верхней кромки входного окна водозабора входные скорости принимаютсяот 0,1 до 0,3 м/с.

Глубинные водозаборы выполнялись ранее в виде забральныхстенок, погруженных на определенную глубину и образующих входные отверстиямежду дном водохранилища и нижней кромкой стенки. В последние годы широкоеприменение получили водоприемные сооружения, выполненные в виде подводнойгалереи со щелью переменного сечения во фронтальной стенке и козырьком надщелью, конструкция которых разработана в институте Теплоэлектропроект(VII.7). Такое водоприемное сооружение не подвергается воздействию волновых иледовых нагрузок и обеспечивает равномерное поступление воды по всемуводоприемному фронту.