电厂冷却水工程概述

1、电厂冷却水工程概述近年来，为了解决电力的供需矛盾，一大批火、核电厂相雉在沿海地区投入建设.火力发电（包括檢肌）要有冷抑水提试热机冷源和冷却各种机纽，需水帛很大:由取水口引逆低洱冷卸水，经过机组覺热，水湄升高再山拌水口排枚。由此排放的愷抱能輦.较电厂金部的发电量尤大"一殷而言.电厂的悠料燃烧总发热量中只有40%左右转变为电能.其余大部分能量通过汽轮机冷凝誰的循环作用带走。发电机殂不停止运行循环冷却水则刻不停地将大扯余热弃置于坏境，自然造成了不同程度的环境热悬喑.我国电力用户多处沿海.这些地区一殷缺乏水电钱辄因此务年来不少大里火电厂以及全部己建、持建的核电.都修在憑海、港湾、河口地【心利

2、用邻近水域作为冷却水的供应和燮纳水域这些地区的电厂冷却水工稈，有着下列-些轉点：(1) 受潮流影响，热水运动有着高度的非恒定性。从流向角度上，不存在上下游概念。上游吸取冷水，下游排放热水，从而减小或消除热水直接冋归取水的传统设讼原则无法发挥作用。(2) 岸边水下地形、水下建筑物边界条件及包括海潮、波浪、泥沙运动的水体动力条件比较复杂。(3) 电厂多数依靠海运煤、油为燃料，冷却水工程设计需要结合输煤、输油码头、航道、防波堤等多方面因素，综合分析。火/核电厂的热排放跟一股污水排放的最大区别在于徉随排水口必然有取水口，而且有着相同的流竜强度。往往接受温排水的受纳水域，也是冷却水的供应水域，实际上为同

3、一联通水域，在特定水文气象条件下取排水口工程布省的不同，形成了不同的冷却水水流流路，受纳水域的水动力特性综合影响流箍热能力和域终的取水超温，彩响水域冷却效率、环境反应和工程投资的不仅是取排水口本身的布置，还有取排水口的相对位置冋。在规划设计冷却水工稈时，必须同时考虑取排水口白身及相互配合的要求，要注意两者的因果关系肉図。目前，我国长江以北地区的火电厂大部分采用循环冷却方式，水源为河水或地下水，小部分采用克流冷却方式，以河水和水库水为水源。在长江以南的火电厂，大部分采用直流冷却方式，冷却用水的水源为江河水、湖泊水。海滨电厂基本上均采用直流冷却方式，以海水为冷却水。采用开式循坏比直流冷却的基建投资

4、要小，而运行费用相差不大。不过，由于循环冷却系统中的冷却塔冷却效果受季节和环境的影响比较大，南方地区湿度大、平均气温髙、日照时间长、降雨量大，使冷却塔的冷却效果不如北方.在夏李，如果凝汽器的冷却水进水温度达不到设计要求，导致真空恶化，会降低机组岀力。因此，在水游充沛地区建火电厂大多首选直流冷却方式。冷却水水力热力特性废热水由扌*水口注入受纳水域后的流动情况，除具有一般均质水射流的特点外，还具有以下特征，主要表现在：(1)温度的存在不仅有其口身的对流扩敢机理，而且它的存在改变了受纳水域的密度分布，出现由冷热水密度差引起的分层流现彖，分层流动的存在反过来又形响水流的运动及温升分布，若受纳水域原来就

5、是卄均质的，惜况将更加复杂，例如在江河的入河口，将出现热水、淡水和赴水的多层流动现象：(2)受纳水域表层温度的升离增加了水而向大气的蒸发、传导和热辐射效应。正因为如此，温排水的注入破坏了水域的自然状态，出现了热虽、能量的垂新分配和传递，在掺混稀释、动呈传递、浮力延伸、对流扩散及运动阻力等方面都有特殊的规律。在推水口热水出流附近的局部区域（近区），湍动掺混稀释、排水动复起主导作用，排水工程的结构、岀流方向、排水量、排水温度、射流的湍动特性、坏境水流流动情况以及周圉地形都会对掺混稀禅的效果产生影响，从而影响到近区以外水体的温升分布。近区之外的广大区域（远区），影响水体的主要因素是对流扩散、浮力延伸

6、和水面散热，多数情况下会出现冷热水分层现象。在近远区Z间还存在一个各种因索共同作用的过渡区。研究方法针対废热在水环境中随水流的扩散、迁移变化规律，主要研究方法有：理论分析、原星观测、数值模拟和物理模型试验。理论分析掲示的足水流运动的普遍性的规律，它应用经典力学理论建立了水流运动的三大方程（即连续性方程、动虽方程和能殳方程）。由于方稈为非线性偏微分方程，只有在特定的条件下，可根据求解问题的特性对方程和边界条件做相应的简化，得到其解析解。而实际工稈中受不规则固体边界和来流条件的约束，般无法求得理论解.原空观测是在野外或水I构筑物的现场对水流运动进行观蔡，收集第手资料，为理论分析成果或总结菜些基木规

7、律提供依据，也珂以为物理模型及数值模拟提供验证数据。但原型观测需要较大的人力、物力，受客观条件的限制，往往不易得到完备、系统的资料数值模拟是将描述水流运动的方穆组，采用离散化方法，建立数学模型，并通过计算机进行计算，得到时间和空间上离散点各变量的值，从而对流场进行定量的描述。数值枳拟方法有其樂出的优点，所有试验条件都以数字形式给出，对流体无扰动，不存在缩尺效应，不受实验场地和观测仪器影响。数值模拟时何瑕决于计算机速度和讣算方法，某一数学模型及其计算程序完成后，对同类问題具有普适性，可被反复引用。因此，数值模拟方法具有奇效、经济、简便的优点。数值模拟也有其局限性，主要衷现在：数值模拟依赖于拎制方

8、柠的可靠性，计算结果也不能提供任何形式的解析表达式，只有有限个离敢点上的数值斛；数值校拟的町靠性和精度取决于数学模型、离散方法、边界处理等各环节，处理不'七将难以准确地衣达实际情况，甚至造成伪物理现象；数值橈拟往往畫要由原体观测或物理模型试验提供某些流动参数：数值模拟中还存在看些深层次的问題有待进一步探索，例如自山面处理、紊流模化等.鉴于上述局限性，在水坏境中，针对热水掺混、扩散和迁移问趣，同时能模拟近区和远区的一三维模型，并应用丁工程实际中的实例并不多见。物理模型试验就足仿照原体实物，按照相似的准则，缩制成模型，根据其所受的主耍作用力，使模型重演与氐体相似的自然情况，进行观测，取得数

9、据，然后按照一定的相似准则引伸丁原体，从而作出判断。物理模型十分宜观，其相似准则可从各物理量表达式的对比关系中导出e物理模型试验不仅可以论证工程的安全性与台理性，而且可以预见原体可能发生的现象，同时对设计时所依据的理论利技术前捉进行验证.冃前，数值模拟与物理模拟缺-不可，它们互相补充，取长补短，在工程设计和坏境评价中起到了童要的作用。1-2.4水力热力特性的模拟水力热力物理模型在水流模拟的过程中增加了温度变量，科研人员从水力模拟的基本理论岀发发展了水力热力物理模型的相似理论和设计方法，并将其应用于大量的工程问题中，同时结合工程实际对水力热力模拟涉及的一系列问题进行了深入研究，其中包括表面系数凶

10、、正态和变态模型比较和模拟变态效应及修正W，40,4,1等，部分研究成果己纳入水工模型试验规程和工业循环水冷却数挥采兔等。同时流速、温度和浓度的测量方法也有很大进步，多普勒测速、澈光诱导荧光系统旳和红外线遥感技术等都用于相关研究中，获得了不少经验陈惠泉就多年来物理模型试验的相似性作了研究和总结,并逐步发展了水力热力物理模型的柑似理论和设计方法U但物理模型投资大、周期长，耕度受缩尺效应和观测仪器的影响，不能同时满足所有力相似，只能满足主要力相似。八十年代后，随看计豹机的迅速发展和计弊方法的小断完善，数学税型有了长足的进步，由分区模型发展到湍流模型.用湍流模型槐拟浮力分层流，国内外学者进行了一系列

11、的研究工作，对湍流数学模型中的输运系数、雷诺应力。湍动能耗散和湍浮力回流的各向异性问题等作了较深入额度分析和研究，并将kt湍流模型、双诡体湍流模型、各向异性湍流模型和雷诺应力代数模型等应用于该领域的裁值il舁中，有较高的学术价値刚口。但多数针对立面1维题。近年来用三维紊流校型稅拟射入均质水域中的浮射流特性取得较大的发展俐阙。対于卄均质水域中垂宜浮力射流倚性的研究成果也较多，50115但非均质水域中表面浮力射流特性的研究相对薄弱，特别是考虑冷却循坏水工程特点的不多见.Rbg为了满足电厂的取排水程设计和环境评价的畫要，滨海地区冷却水工程温播曲水力热力特性的研究较多数将物理模型试验和数值模拟相结合起来，数值模拟采用潮汐水域平面二维模型，模拟水域而枳较大反映温排水在环境水域中的整体变化规律，同时为物理模型试验提供开边界条件図呵，但不涉及排水口近区分层现彖；物理模型采用几何变态率不太大的变态模型，利于便面敬热和热量积累的柑似，对于利用分层特性的排取水布置方案，常要求局部正态模型相配合，以便更客观地预报取水温升，进行取排水工程的优化。由于冷却水工程循环水的特点，将温排水近区和远区分别作为垂点的研究是迫于现状的举措C利用三维湍流数值模拟的方法将近区和远区结合起来进行大面枳潮汐水流的模拟是解决问題的有效手段，这方面的研究也获得了长足