电厂取排水口温升特性影响因素分析

2020-01-04李飞

科学与信息化 2020年36期

李飞

中国电建集团山东电力建设第一工程有限公司山东济南 250000

引言

随着经济与科技的快速发展，电力工业在自身不断发展的同时，也在为国民经济的发展提供动力。由于直流冷却的电厂成本相对较低，因此在沿海或水域充足的地区，大部分电厂选择将大量的热水直接排放到附近的海洋或河流中，这不仅会提高水域内的水温，影响水的质量和环境，同时对区域内的部分生物造成影响，产生严重的热污染[1]。此外，电厂冷却水的温度过高对机组的效率也有直接的影响，而在相关研究中，关于电厂取排水口温升特性影响因素的论述很少，因此本文进行了以下研究。

1 温排水工作原理

由于大型发电厂通常使用海水或河水进行冷却。这些大型发电厂的机器容量越大，发电厂越多，产生的热水就越多。导致很大一部分用于冷却完毕的温水直接排入原生水域中。这种比周围水体更高的温度排放到海中或河中的水称为温排水。

温排水的控制目标是排放温度和排放量。通过调节预热的热水和冷水的混合比例来实现温度控制。从传感器测量点获取温度信号，并将其与设定温度进行比较并进行计算。电脑发送信号控制调节阀门开度，实现电脑的自动稳定温度控制。温度传感器可以检测到的温度范围是-10至85。选择同一批温度传感器并检查所有温度计的温度测量一致性，所有温度传感器的温度测量精度可以达到0.1℃[2]。可以同时测量每个点的水温，并可以根据需要实现图形和表格的传输、存储、显示和输出。

2 模型建立

由于各种环境因素，实际的取水和排水工程有所不同。即使相同的进水方式和排水方式因环境差异而有所不同，影响进水温度的参数之间也没有固定的关系，实际情况只能通过实验或模型进行模拟。

（1）模型。电厂冷却液项目一般采用地表排水深度法。在理想水池的温度和排水的数值模拟中，理想水池模型是矩形的水体，底部平坦。理想的模型是55公里长和18公里宽。模型由三个开放和陆地边界组成，东，西和北是开放边界，南边界是陆地边界，排放点源位于模型的中心。

（2）边界控制。由于热水排水模型需要模拟排水河流区域的局部水流和边界条件，因此一般而言，局部通用模型的规模使模型尽可能大，从而使排水模型的水流结构相似且较小，因此要基于该模型，提高模型准确性和热扩散相似性。同时，考虑到排水口上下游的潮汐和潮汐之间的距离，有必要确保潮汐在模型中来回流动时温水来回流动，以避免在模型试验中受不稳定的边界流干扰。

3 温升特性影响因素分析

相关文献中的研究表明，影响进水温度进一步升高的主要因素是进水口边界，电厂周围的水面积，潮汐类型和季节因素的特征。

（1）流域深度。冷却水排入水体后，经过多次潮汐循环，热扩散稳定，这取决于潮汐强度，水深和水体大小。但是，在相同的潮汐范围内，随着水深的增加，它对温排水的对流和扩散具有积极作用，这有助于稀释热水。

（2）潮型水域。在不同潮汐型水动力条件下，电厂取水入口和排水出口的温升取决于水动力速度场和温度场。结合此模型，我们模拟了夏季排水出口附近的最大和平均温度的上升。当潮汐发生时，排水管的最大温升范围都比平均温升扩散范围大得多。例如某沿海电厂温排水时最大温升扩散的方向主要是向西北和东南方向，垂直于海岸线的排水沟局部升高。平均气温上升为椭圆形，西北为长轴。当最大温升范围为2℃时，退潮期间出水口附近热水区域的分布长度，宽度和温升范围区域大于春季潮汐时期[3]。在0.5℃的低温范围内，春季潮的温升范围明显大于潮汐期的温升范围。由于强大的潮汐力以及高速和强烈的湍流，这有助于在水体中扩散。

（3）水量。当水量大时，沿海流量大并且水位高。因此，温排水仅限于排入附近一定范围内的沿海水流。在大流量情况下，温热排水不能有效地混合并且没有时间冷却，并且当温热排水沿水温下降的过程混合时，热水的扩散也与河流或海水的流量有关。在潮汐期间，河/海水流速越高，热水扩散区越长，河/海水流速越低，热水扩散区越短且越宽[4]。

（4）季节因素。水温和其他气候因素的季节性差异也会影响电厂进水口和出水口的温度升高程度。因此，受季节影响较大的电厂可以进一步模拟温度升高条件下的冬季潮汐。与夏季潮汐相似，冬季潮汐的最大上升和扩散主要集中在西北和东南部，平均温度上升呈椭圆形，以西北为长轴。另外，如果冬天的水温低，则进水温度的升高幅度会增加，这可能会对发电厂的温排水效率产生不利影响。

4 针对取排水口温升特性的优化建议

优化冷却水进行温排水项目布局的重要指导思想是充分利用水温，地形条件和水流能量特性，并最大程度地利用地势，使得进排水之间存在空间差异，每个入口都有其流出的方式，以最小化它们之间的相互干扰。根据许多工程实践证明，取排水方式采用分列式布局的通常用于单向流动通道，而差位式通常用于受潮汐影响的潮汐通道。重叠式投资少，操作管理方便，但对水体有一定的数量和深度要求，在温差层水体中的应用效果较好。所以电厂进排水方式的选择应根据项目的具体情况，并结合数学模型计算或物理模型试验来确定。