Voštinové usazovače se šikmými trubkami pro vodní chladicí vodu: 13 povodní, nulové odstávky v Bapanxii

Vodní elektrárna na řece s velkým množstvím sedimentů má problém, který většina inženýrů na úpravu vody nikdy nevidí: chladicí voda pro jednotky turbíny a generátoru nese tolik písku a trávy, že ucpává chladiče. Teploty statorové cívky rostou. Ložiska se přehřívají. Jednotka se vypne – ne kvůli mechanické závadě, ale protože voda, která ji má ochlazovat, se změnila na abrazivní kaši. Ve vodní elektrárně Bapanxia čelily tři švédské jednotky o výkonu 36 000 kW přesně této hrozbě každou povodňovou sezónu. V roce 1975 stanice instalovala voštinový nakloněný trubkový usazovák. Přes další13 povodňových sezón- sedm měsíců v roce, duben až říjen - ani jedna jednotka nebyla ztracena kvůli selhání chladicího systému.

PROBLÉM CHLADÍCÍ VODY ŽÁDNÉ ČERPADLO NEVYŘEŠÍ

Vodní elektrárny na řekách s velkým zatížením sedimentů čelí sezónní krizi. V období povodní přenáší voda z nádrže koncentrace písku, které by byly v městské úpravně vody nemyslitelné. Pokud je tato voda odebírána přímo z přední části přehrady pro chlazení jednotky, písek a rostlinné zbytky pevně zabalí trubky chladiče. Zablokování je mechanické a celkové - čištění a bagrování chladičů je extrémně obtížné, zdlouhavé a často poškozuje zařízení. Některé stanice se uchylují ke střídavému chodu chladicího systému vpřed a vzad, aby propláchly trubky, ale to pomáhá jen částečně: nemůže zcela odstranit ucpání a neustálé reverzace urychlují opotřebení samotných trubek chladiče.

Chladiče švýcarské výroby v Bapanxii měly přísné požadavky na kvalitu vody. Byl potřeba sedimentační roztok – takový, který by to zvládl20 kg/m³ přítokového sedimentuběhem povodní a stále dodávat dostatek čisté vody pro chlazení tří 36 MW bloků.

JAK DĚLAJÍ VOŠTIVOVÉ TRUBKY CO OTEVŘENÁ NÁDRŽ NEDOKÁŽE

Voštinový nakloněný trubkový usazovák byl navržen na třech principech odvozených z teorie sedimentace v mělké vrstvě:

Princip 1 - Plošné násobení.Sedimentace je funkcí vodní plochy. Přidání voštinových nakloněných trubek zvyšuje efektivní usazovací plochudesítkykrátve srovnání s otevřenou nádrží stejné stopy. Větší plocha znamená rychlejší oddělení.

Princip 2 - Stabilizace laminárního proudění.Voda protékající voštinou má výjimečně velký smáčený obvod, který dramaticky snižuje hydraulický poloměr. To snižuje Reynoldsovo číslo a stabilizuje tok do laminárního režimu. Sediment a voda se oddělují čistě - žádné turbulence, které by udržely částice v suspenzi.

Princip 3 - Usazování kalové vrstvy.Uvnitř nakloněných trubek se sediment usazuje v režimu kalové vrstvy. To nejen zkracuje usazovací vzdálenost a čas, ale také zvyšuje efektivní usazovací plochu a zvyšuje celkovou účinnost. Modelové testy v měřítku 1:1 ukázaly, že při projektované koncentraci sedimentu na přítoku 20 kg/m³ a plošném zatížení3–5 m³/m²·h, dosáhla rychlost odstraňování sedimentu92–98%, přičemž pouze 3 % odpadních částic překračuje 0,025 mm – kritická velikost, při které začíná zanášení chladiče.

SYSTÉM: OD PŘÍVODU PŘEHRADY K ZÁSOBNÍKU CHLADICÍ VODY

Před hrází byl vybudován vyhrazený odběr vody, přičemž horní a dolní přístavy sloužily jako vzájemné zálohy. Každý port má pevný koš; běžný pohyblivý odpadkový koš v přední části sání zachycuje větší vodní plevel a nečistoty. Voda je nasávána sběrným potrubím na protiproudé straně čerpací stanice a rozdělena do čtyř potrubí, napájených ze čtyř12Sh-19 odstředivá čerpadla(všechny čtyři se vzájemně podporují). Automatické sítko před každým čerpadlem poskytuje konečný filtr pro jemné nečistoty předtím, než voda vstoupí do sedimentační nádrže.

Uvnitř nádrže -Průměr 18 m, výška 18 m, volný bok 0,3 m- voda stoupá rozvodným žlabem výstupní rychlostí 50 mm/s. Vzestupná rychlost na vodní hladině je mírná0,2–0,8 mm/s. Po průchodu voštinovými trubkami vyčištěná voda stoupá vzhůru a je shromažďována bočními otvory na osmi radiálních krátkých sběrných žlabech (viz obrázek 1), které se přivádějí do prstencového sběrného žlabu po obvodu nádrže. Odtud výstupní potrubí φ500 mm přivádí upravenou vodu do sběrače chladicí vody obsluhujícího všechny jednotky. Použitá chladicí voda vytéká zcela do výfuku.

Usazený sediment klesá do a60 stupňů kuželová násypkana dně nádrže a je vypouštěn do odpadního potrubí kalovým potrubím. Konstrukce nádrže je znázorněna na obrázku 2.

SPECIFIKACE VOŠTINY - A AKTUALIZACE MATERIÁLU

Voštinové buňky jsou pravidelné šestiúhelníky s aPrůměr vepsané kružnice 50 mm. Každý trubkový modul jeDélka 1 m, sklon 60 stupňů, což dává svislou výšku 0,866 m. Trubky jsou sestaveny do obdélníkových voštinových jednotek 1 × 0,5 × 0,5 m.

Použita původní instalace z roku 1975papírová voština- 80 g papíru Jiamusi kraft namočený ve fenolové pryskyřici a vytvrzený teplem. Papírová voština stála40,000 yuan. Fungovalo to, ale materiál měl jasná omezení: špatnou pevnost a houževnatost a stárl. Po čtyřech letech provozu v1979, papírová voština byla nahrazenahliníková voštinaza cenu120,000 yuan- trojnásobná cena, ale mnohem odolnější. Po devíti letech následného provozu vykazoval hliník pouze nepatrnou povrchovou korozi a zůstal strukturálně neporušený.

Nutná samotná betonová nádrž1 400 m³ betonu, 50 tun ocelové výztužea náklady160,000 yuan. Dohromady - nádrž, papírová voština a později modernizace hliníku - celková investice byla 320 000 juanů. Pro systém, který by chránil tři 36 MW turbínové generátory po více než deset let, to bylo skromné.

TERÉNNÍ VÝKON: 83 VZORKŮ ZA 4 LET

V letech 1977 až 1980 shromažďoval závod a monitorovací stanice plochy nádrže83 spárovaných vzorků vodyna vstupu a výstupu nádrže, analyzuje jak koncentraci sedimentu, tak distribuci velikosti částic. Výsledky vyprávějí konzistentní příběh:

1.Hrubý sediment (d > 0,025 mm) se dobře usadil. Odpadní voda obsahovala pouze10–15%hrubých částic přítomných v přítoku - vysoká rychlost odstraňování frakce, která skutečně způsobuje ucpání.

2.Střední velikost částic ve výtoku byla konzistentně menší než v přítoku. Nádrž dělala přesně to, k čemu byla navržena: selektivně odstraňovala větší částice ucpávající velikosti.

3.Procento sedimentu s d < 0,025 mm se na odtoku zvýšilo, zatímco procento s d > 0,025 mm se snížilo, což potvrzuje selektivní odstranění problematické hrubé frakce.

4.Účinnost odstraňování sedimentu se zlepšila s koncentrací přítoku. Při projektovaném přítoku 20 kg/m³ bylo celkové odstranění překročeno65%.

Tabulka 1: Účinnost odstraňování podle velikosti částic (d > 0,025 mm hranice)

Tabulka potvrzuje, že účinnost odstraňování pro hrubou frakci (d > 0,025 mm) je vysoká, zatímco jemná frakce (d < 0,025 mm) prochází snadněji - což je přijatelné, protože jsou to hrubé částice, které způsobují ucpání chladiče.

Tabulka 2: Rychlost transportu sedimentu a účinnost odstraňování (údaje naměřené v roce 1980)

Všechna tři období měření ukazují míru odstranění nad 50 %, s nejvyšší rychlostí –70%- shoduje se s nejvyšší koncentrací přítoku (průměr 9,52 kg/m³). To potvrzuje trend:čím špinavější je přiváděná voda, tím účinněji usazovák odstraňuje usazeniny- přesně takové chování, jaké je potřeba během špiček v období povodní.

PROČ SE TERÉNNÍ ÚDAJE NEDOSTATOČNĚ OD MODELU – A PROČ NA TO NEHLEDALO

Modelové testy předpovídaly 92–98% odstranění při návrhovém zatížení. Terénní údaje ukázaly 58–70 %. Rozdíl vysvětlují tři faktory:

1. Provoz s jednou nádrží proti provedení se dvěma nádržemi.Stanice potřebovala 1 280 m³/h chladicí vody. Návrhový výpočet - na základě požadované sedimentační plochy 427 m² - vyžadovaldvě nádrže(každý 254,5 m²). Kvůli omezením na místě byl postaven pouze jeden. Jediný tank běžel nepřetržitě nad své návrhové plošné zatížení. Doba retence uvnitř voštinových trubic byla kratší, než předpokládal model, a tím utrpěla účinnost sedimentace.

2. Nižší než návrhové koncentrace přítoku.Za 13 let provozu se vyskytla průměrná denní koncentrace sedimentu pouze 20 kg/m³dva až tři dny v roce- a v některých letech vůbec. Nádrž strávila většinu svého života provozem hluboko pod návrhovým zatížením přílivu. Kal rovněž nebyl vypouštěn v projektovaném objemu, což dále ovlivnilo účinnost.

3. Omezení odběru vzorků.Metodika testování – včetně počtu vzorků, míst odběru vzorků a reprezentativnosti dat – byla uznána jako nedostatečná pro definitivní hodnocení výkonu. Naměřených 58–70 % je pravděpodobně konzervativní odhad.

A přesto, navzdory provozu s jedinou nádrží, kde byly specifikovány dvě, systém dodal to, na čem záleželo:nulové nucené odstávky z důvodu poruchy chladicího systému ve 13 povodňových sezónách. When combined with alternating forward-reverse cooling system operation, no severe wear or clogging was found in cooler end covers or pipes during inspections. The honeycomb settler did not need to achieve 98% removal to succeed - it only needed to remove enough of the >Frakce 0,025 mm, aby byly chladiče čisté. Stalo se.

CO TO ZNAMENÁ PRO OSTATNÍ HYDROELEKTRICKÉ STANICE

1.Usazováky se šikmými trubkami pracují pro průmyslovou chladicí vodu – nejen pro úpravu pitné vody. Výkonnostní cíl je jiný (odstranění hrubých částic, nedosažení čistoty nižší než NTU), ale hydraulické principy jsou identické.

2.Výběr materiálu závisí na aplikaci. Papírová plástev pracovala čtyři roky za 40 000 juanů. Hliník vydržel devět let (a stále dokola) za 120 000 juanů. Pro dnešní instalace nabízejí PVC a PP střední cestu z hlediska nákladů, které se v roce 1975 nevyrovnal papír ani hliník.

3.Jedna poddimenzovaná nádrž může stále poskytovat provozní spolehlivost, pokud je správně definován cíl návrhu. Tank Bapanxia měl polovinu požadované plochy – ale protože cílem byla ochrana chladiče, nikoli dokonalá přehlednost, podařilo se.

4.U vodních elektráren na řekách zatížených sedimenty nabízejí voštinové nakloněné trubkové usazovače nízkou technickou složitost, nízké náklady, rychlou sedimentaci a malý půdorys – výhody, které jsou zvláště cenné, když je lokalita stanice prostorově omezena.