河口海湾电厂温排水试验研究方法及应用第一期

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第 ６期
张新周等 ：河 口海湾 电厂温排水试验研 究方法及 应用
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水域模 型可 以采取局部 正态整体小 变率 的模型。 （２）根据河 口海湾水域 的特点注 意对水域盐 度和分层 的研
究 模 拟 。 （３）取水海域往往 风浪较 大 ，对 温排水 的飘移 扩 散和取 水
第 ３８卷 第 ６期 ２０ ０ ７年 ６ 月
文章编号 ：１００１—４１７９（２００７）０６—００２０—０３
人 民 长 江
Ｙａｎｇｔｚｅ Ｒｉｖｅｒ
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Ｖｏ１．３８．Ｎｏ．６ Ｊｕｎｅ， ２００７
河 口海 湾 电 厂温 排 水 试验 研 究 方法 及 应 用
（１）土地资源有限 ，电厂扩建 不断 ，相 互影响加 大。随着河
１：３海 湾港 １：３的发展 ，用于 电厂建设 和扩建 的规划用地越来越少 ， 河 １：３海湾 电厂旁边 也要 建设输 油输煤码 头 和航道 、防波 堤等工 程 ，以便于海运煤油等燃料 ，相同水域往往 也有多家电厂在该水 域取水 和排水 ，这些都 限制 了工程布置 的 自由度。以北仑 电厂 为例 ，同一水域还有镇海等 电厂 ，而且 北仑电厂 自身又在进行 三 期扩建工程 ，在建设 和运行过 程 中如何避 免相互干 扰和 温排 水 的掺 混 需 要 认 真研 究 。
因此 ，在河 口海湾 电厂温排放试验研究 中 ，我们应该根据不 同水域 的实际水文地形特征 ，综合 考虑和协 调各 种因素 ，利用水 流 运 动 规 律 ，采 取 不 同 的取 水 排 水 布 置 方 式 ，防 止 泥 沙 淤 积 ，减 少取水 口用水和排水 口排水 的相互掺混干扰 。
１．２ 河 口海 湾 电厂 工 程布置 特征
根据所研究问题的需要和场地安排及北仑 电厂取排水 口布 置特点。根据温排水模型试验 的以下相似要 求 ，模型 近区温差 异重流宜采用正态模型 ：
（１）重力 相似 ； （２）阻力相似 ； （３）密度佛汝德数相似 ； （４）紊动热扩散相似和水 面综合散热相似 。
潮位 、潮流资料 ，潮 位验证北仑 电厂实测 潮位 ，潮流验证 电厂附 近实测的 ６点 （Ｐ。 Ｐ ）流速 （图 １）。
２ 北仑 电厂三期扩建温排水工程概 况
北仑 电厂位 于宁波市北仑 区 ，地 处杭 州湾 口外金塘水 道 的 南岸 ，北 面与舟 山市 金塘 岛 隔海相 望 ，东距 北仑 港 作业 区约 ６
ｋｉｎ，电厂 已建一 、二期工程 ，现有装机容量 为 ５×６００ ＭＷ，三期工 程增装 ２×１ ０００ ＭＷ 机 组。取水 口位 于金 塘 水道 南 岸水 下岸 坡 ，一期取排水 水量 为 ４２ ｆｎ３／ｓ，二期 取排水 量 为 ６３ ｆｎ３／ｓ。一期
张 新 周 窦 希 萍２ 王 惠 民。 赵 晓 冬２ 王 向 明２
（１．河海大学 水 电学院，江苏 南京 ２１００９８； ２．南京水利科学研究院 ，江苏 南京 ２１００２４； ３．河海大学 环境 学 院 ，江 苏 南 京 ２１００９８）
摘要 ：河 口海湾电厂的温排水工程受到潮汐波浪等水文务件的影响 ，电厂所在 水域的水力热力特性及工程的布 置 方式 比一般的 电厂更为复杂 ，根 据模 型理 论和水动力 学原理介 绍 了河 口海湾 电厂 的温排放试 验研 究的原则 和方法 ，并通过 对北仑电厂三期扩 建工程 ４种排水 口布置 方案 的分析 比较 和优化 ，对试验研 究的方法进行 了详 细说 明，最后提 出了合理 的排 水 口布置方式，确定 了温升的 范围，为 电厂的扩建工程提供 了科 学依据。 关 键 词 ：温排 水；物理模型 ；表层 温升；取水温升 中 图 分 类 号 ：ＴＵ７７３ 文 献标 识码 ：Ａ
随着经济 的快速发展 ，人们 对电力的需求 不断增加 ，电力供 需矛盾进一步加剧 ，为了缓 和供 电紧张局 面 ，各地 电厂项 目纷纷 上 马。由于 电厂运行产生 大量废热 需要 向外排放 ，为 了减少投 资 ，我国沿海地 区兴建 的电厂大 多都靠近海湾或河 １：３，以利用海 水进行 电厂废热 的排放冷却 。废热排人海水 的过程是一个热量 在水体里掺混 、对流和扩散 的过程 ，河 １：３海湾 电厂的取排水 １：３都 在同一水域 内，这就有可能影 响到取水工程 的正常运转 ，所 以我 们必须研究 废热排 人海 水稀 释衰 减后对 取水 口海 水 温升 的影 响 ，前人 在这方面也做 了大量 的研究 ，取得 了一些 成果 ，但 仍不 成熟 ，尤其是利用物理模 型对温 升及其范 围的预测 有待 于进行 进一步系统的研究 。本文结合 模型模拟理论 和水 动力学原理提 出了河 口海 湾电厂温排放试验 研究 的方法和原 则 ，并 以北仑 电 厂三期扩建 工程 为例 进行 了详 细说 明，以便 为同类 的研究 工作 提 供 依 据 。
１．３ 试 验水 文气 象条 件的选 取 温排放物理模型试验一般选取各种最不利 的水流条件做试
验 ，潮汐水域物理模 型试验条件为 ： （１）９ｒ７％保证率时低水位流量下 的大 中小潮 ； （２）最大潮差下的潮型（设计潮型 ）； （３）天然实测的冬夏季和水下的大中小潮 。
１．４ 模 型试验 其他 事项
由图 ２可 以看 出 ，潮位 潮流 和温 升分 布 的模 型试验 结果 和 原型实测值吻合 良好 ，说 明模型满足了各相似率要求。
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一
一 １００
原 型
紊动是 由粘性和惯性 相互作 用引起 的 ，因而 由雷诺 数来 表 征 ，按重力相似 设计 的模 型 中，只要模 型雷 诺数 超 过临 界雷 诺 数 ，热紊动相似 自然满足 ，即 ＞ Ｒ，ｋ。水面综合 散热 系数 与
４．１ 试 验方 案
对 三期排水 口的设计方案布置如下 ： 方 案 １排水 口位 于一 、二期 取水 口和三期取 水 口之 间的近 岸 浅滩 ，排水 口附近 的滩面高程 ＋２．５ ｍ左 右 ；方案 ２排水 口位 于三期取水 口和 电厂码 头之 间的近岸 浅滩 ，正前端 为煤码 头西 端 ，排水 口附近的滩面高程 ＋２．５ ｍ左右 ；方案 ３位 于一 、二期排 水 口东侧 ，即岸线 凹陷水域 尾部 ，排水 口附近 的滩 面高程 ＋２．５ ｍ左 右 。 在试验过程 中，考 虑到有利于厂区布置 ，减少温排水对临近 算山码头横流影响 的原 则 ，针对 ３个原设 计方案存 在 的水 流流 态 ，取水温升影 响等问题 ，又提出 了针 对方 案 ３的优化 方案 ，增 设了控制和调整三期排水 出流方 向的辅助工程 ，具体包括 ：
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鏖 豢
风速 ，气温有关 ，近区模 型 中水 面综 合散热相 似往往难 以满足 ， 近区模型以 已经冷热水 紊 动掺混为 主 ，满足重力 相似 和密度 佛 汝 德 数 相 似 即 可 。
图 ２ Ｐ２点 潮 位 潮 流 验 证
４ 试验方案和试验 条件
３．２ 模 型范 围和 比尺
根据地貌特征 和实 测水温 资料 ，保证 电厂温排 水扩散 影 响 在研 究范 围之 内 ，模型范 围以电厂取水排水 口为 中心 ，模拟原 型 长度 ６．５ ｋｍ，最大宽度 ２．５ ｋｍ，具体范 围和布 置见 图 １。
口的泥沙运动有很大的影 响 ，需 要对取 水 口的泥沙运 动进行 专 门的 模 型 研 究 。
（４）在同一水域 的气象水 文地 形条 件下 ，不 同的取 排水 口 布置形式 会导致 不同的温升 和影 响范 围，需要 设计多 种布置 方 案进行对 比和优化 ，以确定最 佳的工程布置。
模型测温 传感 器共 布置 ２００点 ，实 验过程 中可对 测点 布置 进行 调整 ，使得观测范 围外 的温升 都小 于 ０．３℃，传感器置 于潮 位跟踪仪上来观测模型 表面水 温 ，取水 口附近增设 传感器 以观 测水温垂线分布 ，模型控 温 ，温度采 集精 度为 ±０．１℃。模 型排 水 口温度控制采 用 自制 的可控 硅 温度 调节仪 和两 级加 热器 组 成 。温度采集 由温度传 感器及采 集软 件组成 ，提高 计算机实 时 采集精度 。
和二期取水 口的取水 头部 均位 于 一１５ ｍ海床 附 近。随着 北仑 港 的发展 ，电厂东侧 已建成国际集装箱码头 和堆料场 ，所形成 的
岸线情况将 三期扩建工程 的取 排水 口限制在电厂西侧算 山油码 头和 电厂码头之 间的狭小水域 ，而且在此水域 已建有一 、二期的 取排水 口，扩建 的三期电厂取水排水 口限制在一 、二期 取水 口和 码头之间的 ３００余 米的空余 海岸线 内，如何 在非 常有 限的岸 线 长度及水域宽度 内布置三 期的取 排水 口，尽量 减轻 取水 口和排 水 口间的相互影响 ，是 三期扩 建工 程的关键问题 。
由模型范 围和相似条件 ，模型几何 比尺 为 Ｌ，＝１２５，流速 比 尺为 ＝１１．１８，潮汐水流 时 间 比尺为 ＝１１．１８，流 量 比尺为 ｐ，＝１７４．６９３，海床糙率 比尺为 ｇｔｒ＝２．２４。 ３．３ 模 型仪 器和 控 制设备
采用潮汐尾 门控制模 型潮位来 模拟 电厂潮位 过程 ，模型 东 西侧边界通过控制调节双 向泵模拟 电厂附近水域潮流场 。潮 位 潮流量由潮汐控制 系统 控制 监测 ，模型 潮位和潮 流采用 自动 跟 踪水位仪和旋桨流速仪观测 。
（２）同一 电厂 的取 水 排 水 口在 同 一 连 通 水 域 。对 于 同一 个 电厂 ，废热排人的受 纳水域也是取水 口的取水水域 ，在该 水域 一 定 的水 文 地 形 条 件 下 ，不 同 的 取 排 水 口布 置 形 式 形 成 了 不 同 的 冷热水 的循环 和热量交换输移 ，导致不同的水面散热能力 ，造 成 不 同的温升大小和范 围。因此在河 １：３海湾 电厂温排放试验研究 中一定要综合考虑取水 １：３和排水 １：３的要求 ，协调好两者关系 ，一 般情况下 ，由于土地 限制 增加取 水 １：３和排水 １：３之间 的水 平距离 不太现实 ，因而往往 是充 分利用 冷却水 受纳水 域 固有 的 自然水 文 地 形 功 能 和 水 流 流 动 特 性 来 安 排 取 水 １：３，使 得 热 水 流 道 和 冷 水流道分开 ，最 常见 的方式就 是深 取浅 排的差位式布置。