Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология
Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии


МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ РАСЧЕТАМ ВОДОЕМОВ-ОХЛАДИТЕЛЕЙ



МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ РАСЧЕТАМ ВОДОЕМОВ-ОХЛАДИТЕЛЕЙ

 

РД 153-34.2-21.144-2003

 

УДК 621.175.3: 627.81

Дата введения 2005 - 03 - 01

 

 

Разработано ОАО «ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева»

с участием ОАО «Институт Теплоэлектропроект»

 

Исполнители А.С. СОКОЛОВ, И.И. МАКАРОВ (ВНИИГ)

В.И. КРАВЕЦ, З.Р. ФИЛИППОВА (ТЭП)

 

Согласовано с Департаментом электрических станций РАО «ЕЭС России»

 

Заместитель начальника                                    В.А. КУЗНЕЦОВ

 

Утвержден Департаментом научно-технической политики и развития РАО «ЕЭС России» 24.01.2003 г.

 

Заместитель начальника                                     А.В. БОБЫЛЕВ

 

Срок первой проверки настоящего РД - 2009 г.

Периодичность проверки - один раз в 5 лет

 

Взамен П-33-75/ВНИИГ

 

 

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

 

Область применения

 

Настоящие Методические указания предназначены для проведения технологических расчетов водоемов-охладителей при обосновании инвестиций и на начальных стадиях проектирования водоемов-охладителей, а также при изменении режима работы тепловых электростанций.

Методические указания распространяются на полностью нагруженные водоемы-охладители (удельная тепловая нагрузка выше 150 Вт/м2), специально предназначенные для охлаждения циркуляционной воды в оборотных системах технического водоснабжения ТЭС.

Окончательное обоснование схемы использования водоема-охладителя, конструкций и параметров водовыпусков и водозаборов ТЭС, струераспределительных и струенаправляющих сооружений должно выполняться на основе математического или физического моделирования гидротермических процессов в водоеме-охладителе. При обосновании мероприятий, направленных на повышение охлаждающей способности существующих водоемов-охладителей, целесообразно проведение натурных исследований.

 

Принятая терминология

 

Водоем-охладитель - водный объект искусственного или естественного происхождения, предназначенный для охлаждения циркуляционной воды в системе технического водоснабжения ТЭС.

Циркуляционная вода - вода, охлаждаемая в водоеме-охладителе и используемая для конденсации пара в конденсаторах турбин ТЭС.

Циркуляционный расход - расход циркуляционной воды.

Удельная тепловая нагрузка водоема-охладителя - количество тепла, которое поступает в водоем-охладитель вследствие выпуска и забора циркуляционной воды ТЭС в единицу времени, отнесенное к единице свободной поверхности водоема-охладителя.

Температурный перепад водоема-охладителя - разность между температурами воды на водовыпуске и водозаборе ТЭС, принимаемая равной температурному перепаду на конденсаторах турбин.

Схема использования водоема-охладителя - компоновка гидротехнических сооружений (водовыпусков и водозаборов ТЭС, струенаправляющих дамб и др.), обеспечивающих работу водоема-охладителя.

Водовыпускное сооружение (водовыпуск ТЭС) - гидротехническое сооружение, предназначенное для выпуска нагретой на ТЭС циркуляционной воды и располагаемое в месте сопряжения отводящего канала ТЭС с водоемом-охладителем.

Водозаборное сооружение (водозабор ТЭС) - гидротехническое сооружение, предназначенное для отбора охлажденной циркуляционной воды из водоема-охладителя.

Глубинный селективный водозабор - гидротехническое сооружение, предназначенное для отбора холодной воды из нижних слоев водоема-охладителя при наличии вертикальной температурной стратификации.

Подводящий канал - гидротехническое сооружение, служащее для подвода охлажденной циркуляционной воды от водоема-охладителя к насосным станциям ТЭС.

Отводящий канал - гидротехническое сооружение, служащее для отвода подогретой циркуляционной воды от ТЭС к водоему-охладителю.

Струераспределительное сооружение - гидротехническое сооружение, предназначенное для обеспечения равномерного растекания выпускаемой циркуляционной воды по площади водоема-охладителя.

Струенаправляющее сооружение - гидротехническое сооружение, предназначенное для обеспечения желаемого направления движения воды.

Транзитный поток (транзитная струя) - поток, направленный от водовыпуска к водозабору ТЭС.

Зона циркуляции - акватория водоема-охладителя, занятая транзитным потоком и смежными водоворотами.

Застойная зона - часть водоема-охладителя вне области, занятой транзитным потоком и смежными с ним водоворотами, характеризующаяся малыми скоростями течения и малым обменом тепла с транзитным потоком.

Стратифицированный поток - поток воды с вертикальной температурной стратификацией.

Поверхностный поток - верхняя, наиболее теплая часть стратифицированного потока.

Донный поток - нижняя, наиболее холодная часть стратифицированного потока.

Двухслойная температурная стратификация - распределение температуры по глубине водоема-охладителя, характеризующееся наличием двух явно выраженных слоев, имеющих различную температуру.

Поверхность раздела - условная поверхность, разграничивающая слои с различной температурой при двухслойной температурной стратификации.

Критическое положение поверхности раздела - предельное положение поверхности раздела, при котором в отверстие глубинного селективного водозабора еще не поступает вода из верхнего слоя.

Кривая падения температуры в поверхностном слое - зависимость Ti = f(Wi / W), где Wi - площадь части свободной поверхности водоема-охладителя с температурой воды, превышающей значение Т i; W - полная площадь свободной поверхности водоема-охладителя.

Естественная температура - температура воды в водоеме-охладителе при отсутствии теплового сброса ТЭС.

Равновесная температура -условная температура воды в водоеме-охладителе при отсутствии теплового сброса ТЭС, которая рассчитывается исходя из постоянства метеорологических факторов.

Параметр стратификации - показатель, предназначенный для оценки вертикальной температурной стратификации в водоеме-охладителе.

Параметр распределения температуры - показатель эффективности схемы использования водоема-охладителя, отражающий снижение температуры охлажденной циркуляционной воды относительно среднего температурного уровня в водоеме.

Коэффициент использования - показатель эффективности схемы использования водоема-охладителя, полученный на основе сравнения процесса охлаждения в реальном водоеме-охладителе и условном прямоугольном водоеме с плоскопараллельным течением.

Активная площадь водоема-охладителя - площадь условного прямоугольного водоема с плоскопараллельным течением, обеспечивающего при прочих равных условиях ту же температуру охлажденной циркуляционной воды на водозаборе ТЭС, что и рассматриваемый реальный водоем-охладитель.

 

Условные обозначения

 

В настоящих Методических указаниях приняты следующие условные обозначения:

W - площадь свободной поверхности водоема-охладителя, м2;

Wакт - активная площадь водоема-охладителя, м2;

Н - средняя глубина водоема-охладителя, м;

V - объем воды в водоеме-охладителе, м3;

В - средняя ширина водоема-охладителя (с учетом струенаправляющих сооружений), м;

 - длина водоема-охладителя, м;

r - плотность воды, кг/м3;

с - удельная теплоемкость воды, Дж/(кг·°С);

g - ускорение свободного падения, м/с2;

Q - циркуляционный расход, м3/с;

wуд = W/Q - удельная площадь свободной поверхности водоема-охладителя, с/м или сут/м;

wуд.акт = Wакт/Q - удельная активная площадь водоема-охладителя, с/м или сут/м;

Sуд = crQDT/W - удельная тепловая нагрузка водоема-охладителя, Вт/м2;

Qпр - присоединенный расход воды, м3/с;

Ts - средняя по свободной поверхности (среднеповерхностная) температура водоема-охладителя, °С;

Т v - средняя по объему воды (среднеобъемная) температура водоема-охладителя, °С;

Tвып - температура воды на водовыпуске ТЭС, °С;

Tзаб - температура воды на водозаборе ТЭС, °С;

DT - температурный перепад водоема-охладителя, °С;

Те - естественная температура воды, °С;

Tр - равновесная температура, °С;

Та - температура воздуха, °С;

k = Tsv - коэффициент неравномерности распределения температуры воды по глубине;

е - абсолютная влажность воздуха, Па;

е m - максимальная упругость водяного пара при температуре поверхности воды, Па;

W2 - скорость ветра на высоте 2 м над свободной поверхностью водоема-охладителя, м/с;

Wф - скорость ветра на высоте флюгера, м/с;

hф - высота флюгера;

n - общая облачность, баллы или доли единицы;

R - радиационный баланс, Вт/м2;

ae - коэффициент теплоотдачи испарением, Вт/(м2·Па);

aс - коэффициент теплоотдачи конвекцией, Вт/(м2·°С);

aS - суммарный коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2·°С);

Р - параметр стратификации;

 - коэффициент разбавления на водовыпуске (Qпр - присоединенный расход воды нижнего слоя);

ПТ - параметр распределения температуры;

Kисп - коэффициент использования водоема-охладителя;

j - северная широта, град;

l - восточная долгота, град.

 

И ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ

 

Параметр стратификации

 

При выпуске подогретой циркуляционной воды ТЭС в водоемы-охладители возникают сложные пространственные течения с образованием компактных струй и водоворотных областей (рис. 1). Как правило, в нижних слоях водоема-охладителя возникает движение охлажденной воды в сторону водовыпускного сооружения, вблизи которого происходит ее перемешивание с выпускаемой водой. Интенсивность этого перемешивания существенно зависит от гидравлических условий на водовыпуске ТЭС. При выпуске подогретой воды узким фронтом с большой скоростью (рис. 1, а) происходит интенсивное перемешивание на небольшом начальном участке. При расширении фронта выпуска и снижении скорости (рис. 1, б) интенсивность перемешивания уменьшается.

Одной из характеристик водоема-охладителя, позволяющих оценить эффективность охлаждения, является кривая падения температуры воды в поверхностном слое. На рис. 1, в представлен вид этой кривой при различном выпуске подогретой циркуляционной воды. Более эффективное охлаждение обеспечивает выпуск в верхний слой водоема-охладителя широким фронтом с небольшой скоростью, а наиболее выгодной термической структурой водоема-охладителя является двухслойная вертикальная температурная стратификация.

Степень вертикальной температурной стратификации в водоеме-охладителе оценивается параметром стратификации

,                                               (2.1)

где h1 - толщина верхнего слоя при штиле; L, В, Н - длина, ширина и средняя глубина водоема-охладителя соответственно; f - коэффициент трения на поверхности раздела слоев, принимаемый равным 0, 01; Q - циркуляционный расход; h — коэффициент разбавления на водовыпуске; b - коэффициент температурного расширения воды, принимаемый равным 3, 02·10-4 (°С)-1; DT - температурный перепад водоема-охладителя, принимаемый равным температурному перепаду на конденсаторах турбин; g - ускорение свободного падения.

Коэффициент разбавления h в формуле (2.1) определяется следующим образом:

                                             (2.2)

где Fr' - плотностное число Фруда, рассчитываемое по формуле

;                                                 (2.3)

v - скорость воды на водовыпуске; hо - глубина водовыпускного канала в месте его сопряжения с водоемом-охладителем; bо — половина ширины выпускаемой струи *.

____________________

* При выпуске циркуляционной воды вдоль боковой границы водоема-охладителя в качестве bо принимается полная ширина струи.

 

При ветровом воздействии происходит дополнительное заглубление поверхности раздела по сравнению со штилем, которое рассчитывается по формуле

 (м),                                            (2.4)

где Н - глубина водоема, м; W2 - скорость ветра на высоте 2 м над водоемом, м/с; Dr = r2 - r1 - разность между плотностью нижнего слоя, принимаемой равной плотности охлажденной циркуляционной воды, и средней плотностью верхнего слоя, соответствующей среднеповерхностной температуре водоема-охладителя, кг/м3 *.

____________________

* Зависимость плотности воды от температуры приведена в табл. I.2 приложения I.

 

Окончательно положение поверхности раздела определяется по формуле

.                                                  (2.5)

 

 

Рис. 1. Гидротермические процессы в водоеме-охладителе:

а - узкий водовыпуск; б - широкий водовыпуск; в - изменение температуры поверхности воды; 1 - водовыпуск ТЭС; 2 - водозабор ТЭС; 3 - кривая падения температуры воды при узком водовыпуске; 4 — кривая падения температуры воды при широком водовыпуске

 

Температурной стратификации

 

Тип водоема-охладителя Характеристика водоема-охладителя Значение параметра Р
Глубоководный, вертикально стратифицированный Вертикально стратифицированный водоем с явно выраженным поверхностным слоем, толщина которого мало изменяется по акватории Р £ 0, 3
Мелководный, частично перемешанный по вертикали Поверхностный слой выражен нечетко, наблюдаются вертикальные температурные изменения по всей глубине 0, 3 < Р < 1, 0
Мелководный, полностью перемешанный по вертикали Вертикальная стратификация отсутствует, имеется только горизонтальный температурный градиент Р ³ 1, 0

 

По условиям забора циркуляционной воды водоемы-охладители подразделяются на водоемы с поверхностным и с глубинным водозаборами.

Классификация водоемов-охладителей по характеру геометрической конфигурации и особенностям схемы использования дана в табл. 2, где также приведены типичные значения показателей эффективности схемы использования, которые могут быть применены для приближенной оценки температуры охлажденной циркуляционной воды. При проектировании конкретных объектов показатели ПТ и Kисп определяются на основании результатов математического или физического моделирования гидротермических процессов в водоеме-охладителе для различных ветровых условий.

 

Таблица 2

 

Исходные данные для расчета температурного режима водоема-охладителя

 

Для расчета температурного режима водоема-охладителя должны быть заданы характеристики турбинного оборудования ТЭС - расход циркуляционной воды и температурный перепад на конденсаторах турбин, а также геометрические параметры водоема-охладителя - площадь свободной поверхности и средняя глубина.

Расчет изменения температурного режима в течение года выполняется применительно к среднемесячным метеорологическим условиям, установленным по многолетним наблюдениям, с учетом теплоаккумулирующей способности водоема и графика работы ТЭС.

Для расчета температурного режима водоема-охладителя необходимы следующие метеорологические данные: температура и влажность воздуха, скорость ветра, общая облачность. Значения указанных метеорологических величин принимаются по наблюдениям на ближайшей к водоему-охладителю метеорологической станции.

Среднемесячные значения метеорологических величин для ряда пунктов территории России приведены в табл. I.1 приложения I. Там же указаны рассчитанные для этих пунктов значения равновесной температуры Tр.

В расчетах температурного режима водоема-охладителя используются значения скорости ветра на высоте 2 м над водной поверхностью, которые могут быть определены по формуле

,                                                      (3.1)

где Wф - скорость ветра на высоте флюгера; hф - высота флюгера; zо - параметр шероховатости, принимаемый для водной поверхности равным 0, 003 м.

При наличии данных измерений скорости ветра непосредственно в районе расположения водоема-охладителя целесообразно использовать их для введения поправок на данные метеорологической станции.

 

ВОДОЗАБОРНЫЕ СООРУЖЕНИЯ ТЭС

 

Приложение I

СПРАВОЧНЫЕ ТАБЛИЦЫ

 

Таблица I.1

 

Приложение II

 

ПРИМЕР РАСЧЕТА СТРАТИФИЦИРОВАННОГО ВОДОЕМА-ОХЛАДИТЕЛЯ

 

Расчеты выполняются для условий наиболее теплого месяца года с целью определения среднемесячной температуры охлажденной циркуляционной воды на водозаборе ТЭС и выбора геометрических параметров водовыпускного и водозаборного сооружений в глубоком стратифицированном водоеме-охладителе (Р £ 0, 3).

Исходные данные

 

Метеорологические параметры и равновесная температура для водоема-охладителя:

Ta = 18, 3°С; е = 1430 Па; W2 = 2, 9 м/c; Tр = 19, 8°С.

Геометрические параметры водоема-охладителя:

W = 5, 8 км2; В = 1, 9 км; L = 3, 0 км; H = 6, 0 м; глубина у водовыпуска ТЭС hвып = 4, 0 м; глубина у водозабора ТЭС hзаб = 8, 0 м; высота водозаборного отверстия hвх = 2, 5 м.

Характеристики турбинного оборудования ТЭС:

Q = 32, 4 м3/с; DT = 9, 0°С.

Удельная тепловая нагрузка водоема-охладителя:

Вт/м2.

Показатели эффективности схемы использования и коэффициент разбавления у водовыпуска:

Kисп = 0, 8; ПТ = 0, 25; h = 1, 5.

Определение параметров температурного режима

 

Активная площадь водоема-охладителя

Wакт = 0, 8·5, 8 = 4, 64 км2.

Удельная площадь активной зоны

сут/м.

Перегрев на водозаборе определяется по номограмме, приведенной на рис. 6, dT = 4, 3 °С, откуда

Tзаб = Tр + dT = 19, 8 + 4, 3 = 24, 1 °С;

Tвып = Tзаб + DT = 24, 1 + 9, 0 = 33, 1°С.

Среднеповерхностная температура водоема-охладителя

Ts = Tзаб + ПТDТ = 24, 1 + 0, 25·9, 0 = 26, 4 °С.

Определение геометрических параметров водовыпускного сооружения

 

Из табл. I.2 приложения I определяются значения плотности воды, соответствующие температурам Tвып, Tзаб и Ts, которые равны 994, 7; 997, 3 и 996, 7 кг/м3 соответственно.

По формуле (2.1) вычисляется параметр стратификации

.

Так как Р < 0, 3, то в водоеме-охладителе формируется двухслойная температурная стратификация с толщиной верхнего слоя при штиле

h1 = 0, 12·6, 0 = 0, 72 м.

Дополнительное заглубление температурного скачка вследствие ветрового перемешивания определяется по формуле (2.4)

м.

Толщина верхнего слоя рассчитывается по формуле (2.5)

 м.

Толщина нижнего слоя

h2 = 6, 0 - 2, 0 = 4, 0 м.

Ширина водовыпуска определяется по формуле (4.2):

м.

При выпуске подогретой циркуляционной воды в водоем-охладитель должна быть обеспечена равномерность распределения скоростей воды по всему водовыпускному фронту. Для этой цели может быть применена фильтрующая струераспределительная дамба, длина которой определяется по формуле (4.4):

м.

 

Определение геометрических параметров водозаборного сооружения

 

Ширина отверстия глубинного селективного водозабора определяется для двух случаев его расположения: вблизи водовыпуска и в месте, где температура верхнего слоя равна среднеповерхностной температуре, а глубина такая же, как в районе водовыпуска.

Расстояние от верхней кромки водозаборного отверстия до поверхности температурного скачка в данном случае:

м.

Ширина водозаборного отверстия Bвх определяется по формуле (5.1).

В случае расположения водозаборного сооружения вблизи водовыпуска

м.

При размещении водозаборного сооружения в месте, где температура воды в верхнем слое равна среднеповерхностной температуре,

м.

Как можно видеть, изменение местоположения глубинного водозаборного сооружения может привести к существенному изменению его оптимальных размеров.

 

 

Приложение III

 

ПРИМЕР РАСЧЕТА НЕУСТАНОВИВШЕГОСЯ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА ВОДОЕМА-ОХЛАДИТЕЛЯ

 

Расчет проводится для определения изменения в течение года температуры охлажденной циркуляционной воды на водозаборе ТЭС при среднемноголетних условиях.

 

Исходные данные

Среднемесячные значения метеорологических параметров в районе расположения водоема-охладителя за многолетний ряд наблюдений приведены в табл. III.1.

Таблица III.1

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

Раздел 1. Общие положения

1.1. Область применения

1.2. Принятая терминология

1.3. Условные обозначения

1.4. Показатели эффективности схемы использования водоема-охладителя.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ РАСЧЕТАМ ВОДОЕМОВ-ОХЛАДИТЕЛЕЙ

 

РД 153-34.2-21.144-2003

 

УДК 621.175.3: 627.81

Дата введения 2005 - 03 - 01

 

 

Разработано ОАО «ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева»

с участием ОАО «Институт Теплоэлектропроект»

 

Исполнители А.С. СОКОЛОВ, И.И. МАКАРОВ (ВНИИГ)

В.И. КРАВЕЦ, З.Р. ФИЛИППОВА (ТЭП)

 

Согласовано с Департаментом электрических станций РАО «ЕЭС России»

 

Заместитель начальника                                    В.А. КУЗНЕЦОВ

 

Утвержден Департаментом научно-технической политики и развития РАО «ЕЭС России» 24.01.2003 г.

 

Заместитель начальника                                     А.В. БОБЫЛЕВ

 


Поделиться:



Последнее изменение этой страницы: 2019-04-09; Просмотров: 352; Нарушение авторского права страницы


lektsia.com 2007 - 2024 год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! (0.117 с.)
Главная | Случайная страница | Обратная связь