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电厂温排水模型试验研究


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电厂温排水模型试验研究
张小伟
河海大学环境科学与工程学院,南京(210098)
E-mail:zxw19821108@yahoo.cn

摘 要:本文主要根据冷却水物理模型试验关键相似条件,对于上海CJ电厂一、二、三期取 排水工程冷却水物理模型进行了设计 。详细介绍了对典型水文条件下的温差水流实验,测 得了表层温度分布场、 垂线温升分布以及取水口取水温升。结果表明, 该模型较好地复演 了原体水流流态, 为减轻温排水相互影响程度及对环境影响的评价提供了科学的依据, 并为 各期循环水取排水工程安全、可靠、经济的运行提供了保证。 关键词:温排水;上海CJ电厂;表层温度场;取水温升;物理模型

1 引言
我国沿海地区兴建的热电厂,大多靠近海湾和河口,由于受潮汐作用,水流呈非恒定状 态,水流流态比较复杂。近年来,人们在潮汐河口温排放工程方面作了大量工作,取得了一 些成果,但仍不成熟。本文较为系统地对上海CJ电厂冷却水问题进行了试验研究,对解决电 厂取排水工程设计、运用及相关问题的研究具有较好的参考价值。

2 工程概况与水域水文特征
上海 CJ 电厂位于上海市金山区的上海化学工业园区扩建场地, 电厂拟选厂址原为杭州 湾北岸滨海滩涂,后经围堤、促淤和吹填,现地坪平均标高为 3.5m。电厂规划容量建设 4800MW ,其 中一 期及二期 分别 建设 2×1000MW 超 超临 界燃 煤机组 ,三期 规划 建设 2×400MWIGCC 机组,各期最大冷却水量分别 64.0m3/s、64.0m3/s 和 22.2m3/s[1] 杭州湾属强潮海湾,外海传入的潮波经广阔平坦的杭州湾水下平原摩阻以及喇叭口海 湾地形的影响,潮波变形由湾口至湾顶逐步增大,表现为潮差增大,涨落潮波不对称,前坡 陡,后坡缓。金山嘴多年平均涨潮历时 5 小时 24 分,落潮历时 7 小时 1 分。金山嘴潮位特 征值见表 1。实测资料表明,上海化学工业区前沿水域的可能最大流速可达 2.90m/s 左右。
[2]

表 ?? 历年最高潮位: 历年最低潮位: 历年高潮平均潮位: 历年低潮平均潮位: 历年最大潮差: 历年最小潮差:

金山嘴潮位统计特征值(单位:m) 6.57 ?1.72 3.76 ?0.24 6.50 0.80 历年平均潮差: P=0.1% 高潮位: P=1% 高潮位: P=97% 低潮位: P=99% 低潮位: 4.00 7.43 6.60 ?1.85 ?2.05

3 模型设计与验证
3.1模型范围
模型范围的选取既要考虑水流运动的相似, 又要考虑温排水影响的范围并且结合杭州湾 地形、地貌特征及电厂所在位置,最后确定模型模拟范围东西向长度约 15km,南北向宽度 约 4.5km。

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3.2温排水模型相似律
为保证研究区水流形态不受边界条件的影响,结合实验室场地条件以及取、排水工程 布置特点,最终选择模型平面比尺 λl =350,垂直比尺 λ h =130,模型变率η =2.69,属小变 率模型。电厂取、排水口附近地形采用 2006 年 12 月测量的 1:10000 水下地形图进行模型 制作。 根据温排水模拟相似率的要求[3-4],模型必须满足以下条件: 流速相似比尺: 糙率相似比尺: 流量相似比尺:

λv = λ h = 11.40
/3 λ n = λl?1 / 2 λ2 = 1.37 h

λQ = λv λl λ h = 518779.8

水流时间相似比尺: λt =

λl = 30.70 λv

式中 λQ —流量比尺, λν —流速比尺, λ n —糙率比尺, λl —水平比尺, λ h —垂直 比尺 λt —水流时间比尺

3.3 测温点布置
采用温度传感器观测取、排水工程水域表层和垂线温升分布,在平面上布置 10 个测量 断面,模型断面间距约为 2.0m,传感器固定在自动跟踪水位的测架上。在取水口附近布置多 条观测垂线,每条垂线沿水深方向布置 5 点。温度传感器约 100 点。

4 模型验证及试验成果分析
4.1 模型验证
对于电厂温排水的研究工程中, 选取试验潮型的合理性是十分重要的, 用于温排水试验 的潮型应具有一定的代表性,还应该充分考虑其对于取排水口工程布置和运行的最不利影 响。模型主要对 2006 年 12 月实测大、中、小潮原型观测成果以及数摸给出的最低潮位、最 大潮差、平均潮差及台风潮 7 种潮型进行了试验。 在温排水试验之前,首先对这 7 种水文条件的水位、流速、流向进行了验证。潮位验证 点有 2 点,流速、流向验证点有 5 点,进行反复试验,直至模型各验证点的潮位过程及流速 流向与原体及数模吻合,即认为模型达到了相似性要求。通过验证(见图 1) ,模型潮流与 原体及数模计算结果基本吻合,表明模型具有较好的模拟水流场及热力相似的能力。

水位(m) 3.0 2.0 1.0 0.0 -1.0 0 -2.0 -3.0 5 10 15 实测 试验 20 t(h) 25

流速(cm/s) 180 120 60 0 -60 0 -120 -180 -240 t(h) 5 10 15 20 实测 试验 25

图 1 实测大潮潮位与流速验证

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4.2 试验结果分析
4.2.1表层温升场
表2 一、二、三期工程运行后全潮平均温升线包络面积(km2)

潮 型 包络 面积 (km )
2

平均潮差 11.49 2.97 1.20 0.29

最大潮差 9.09 2.19 1.01 0.23

最低潮位 13.69 3.13 1.48 0.42

台风期 6.02 1.43 0.72 0.25

0.5℃ 1.0℃ 2.0℃ 3.0℃

由表 2 可以看出:一、二、三期工程同时运行时,最低潮位条件下 0.5℃等温升沿岸长 度的最大距离约 11000m, 离岸的最大距离约 1800m, 由于电厂所在杭州湾海域的潮流较强, 温度扩散沿岸的距离较大。电厂一、二、三期工程运行时,冬季最低潮位仍高温升区域面积 最大 (见图 2) , 3.0℃等温升面积 0.42 km2, 2.0℃等温升面积 1.48 km2, 1.0℃等温升面积 3.13 km2,0.5℃等温升面积 13.69 km2。

图 2

冬季最低潮位温度场分布

4.2.2 取水口取水温升
表3 工况 一、二、 三期机组 运行 取 水 口 小 CJ 电厂 取水口 CJ 电厂一期 取水口 CJ 电厂二期 取水口 一、二、三期工程运行各取水口取水温升特征值(℃) 特征值 最大值 平均值 最大值 平均值 最大值 平均值 最大潮差 0.50 0.16 0.30 0.11 0.30 0.10 -3最低潮位 0.60 0.21 0.50 0.28 0.50 0.27 台风期 0.30 0.14 0.20 0.08 0.20 0.08 平均潮差 0.40 0.18 0.40 0.14 0.40 0.19

http://www.paper.edu.cn CJ 电厂三期 取水口 最大值 平均值 0.40 0.10 0.30 0.20 0.20 0.09 0.30 0.13

由表 3 可以看出:一、二、三期同时运行,电厂一期取水口最高温升值为 0.50℃,全潮 最大平均温升值为 0.28℃;电厂二期取水口最高温升值为 0.50℃ ,全潮最大平均温升值 0.27℃;电厂三期取水口最高温升值为 0.40℃,全潮最大平均温升值 0.20℃;小 CJ 电厂取 水口最高温升值为 0.60℃,全潮最大平均温升值为 0.21℃。 4.2.3 垂线温升 为了解取水口附近的温升垂线分布情况,在一期工程及二、三期工程取水口前方约 5m 的地方各布置了 2 条测温垂线,测量温升沿垂线分布状况,垂线上布置 5 个温度测点,采用 不等间距布置。测量表明,排出的热水对取水口上方影响较小,表层水体与底部水体温度相 差不大,基本属自然水体温度分布。

5 结语
(1)各种典型潮型温下排水模型试验研究表明,电厂温排水对排水口左、右两侧水域 均有一定的影响,其范围主要集中在排水口附近近岸水域,呈扁长状沿岸分布。 (2)各种试验潮型中最低潮位水文条件最为不利。电厂达到规定容量(一、二、三期 同时运行)时取水口最高温升值符合电厂设计要求。总体而言,最大取水温升及平均取水温 升并不高,能够取得温升较低的自然凉水。 (3)火电厂温排水排入受纳水体,对其产生热污染,预测这样污染的范围及程度并结合 工艺布置将其控制在最小范围,为水资源保护提供依据,物理模型以其直观、空间拟合良好 以及符合物理机理等优点是有着不可替代的作用。 参考文献
[1] 国电公司华东电力设计院,上海漕泾电厂工程初步可行性研究说明书[R],2006 年 8 月。 [2] 吴修锋等, 上海漕泾电厂 2×1000MW 机组工程温排水数值模拟研究报告[R], 南京水利科学研究院, 2006 年 10 月. [3] 惠遇甲,王桂仙合编,《河工模型试验》[M],中国水利电力出版社,1999 年10 月 [4] Helmnt Kobus,水力模拟[M],清华大学出版社,1988 年 5 月.

Experimental investigation on cooling water of the power plant by physical model
Zhang xiaowei
HoHai University,Nanjing (210098) Abstract
According to the key similarity criteria of physical model for cooling water ,This paper introduces the design for the cooling water model of water supply and drainage project in first and second stage.For the temperature difference test under the different hydrology , the surface temperature field and vertical temperature distribution and excess intake temperature were measured.The result shows hat the model not only duplicate prototype flow state well , but also offers scientific evidence to EIA and relief the extent of mutual influence of heated discharge , and provides secure for the safety of cy2 cling water project s of every stage , t rustiness of and economy of . Keywords:thermal flow outflowing;shanghai CJ power plant;surface temperature field;inflow temperature rise;physical model

作者简介:张小伟,男,江苏南通人,硕士研究生,现主要从事环境水力学方面研究。
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