Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ РАСЧЕТАМ ВОДОЕМОВ-ОХЛАДИТЕЛЕЙСтр 1 из 7Следующая ⇒
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 = Ts/Т v - 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
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
|
Последнее изменение этой страницы: 2019-04-09; Просмотров: 352; Нарушение авторского права страницы