Утаители с наклонена тръба с пчелна пита за вода за охлаждане на хидроенергия: 13 сезона на наводнения, нулеви спирания в Bapanxia

Водноелектрическа централа на река, гъста от наноси, има проблем, който повечето инженери за пречистване на вода не виждат: охлаждащата вода за турбогенераторните агрегати носи толкова много пясък и трева, че запушва охладителите. Температурите на бобината на статора се повишават. Лагерите прегряват. Уредът изключва - не поради механична повреда, а защото водата, която трябва да го охлажда, се е превърнала в абразивна каша. В хидроелектрическата станция Bapanxia три агрегата с мощност 36 000 kW, построени в Швеция, са изправени пред точно тази заплаха всеки сезон на наводнения. През 1975 г. станцията инсталира тръбен утаител с наклонена пчелна пита. През следващия13 сезона на наводнения- седем месеца в годината, от април до октомври - нито един блок не беше загубен поради повреда на охладителната система.

ПРОБЛЕМЪТ С ОХЛАЖДАЩАТА ВОДА НИКОЯ ПОМПА НЕ МОЖЕ ДА РЕШИ

Водноелектрическите централи на реки с големи наноси са изправени пред сезонна криза. По време на сезоните на наводнения водата от резервоара носи концентрации на пясък, които биха били немислими в градска пречиствателна станция. Ако тази вода се взема директно от предната стена за охлаждане на модула, пясъкът и растителните остатъци уплътняват плътно охладителните тръби. Запушването е механично и тотално - почистването и драгирането на охладителите е изключително трудно, отнема много време и често поврежда оборудването. Някои станции прибягват до редуваща се работа напред и назад на охладителната система, за да промият тръбите, но това помага само частично: не може напълно да изчисти запушването, а постоянните обръщания ускоряват износването на самите охладителни тръби.

Произведените в Швейцария охладители в Bapanxia имаха строги изисквания за качество на водата. Беше необходим разтвор за утаяване - такъв, който можеше да се справи20 kg/m³ входяща концентрация на утайкапо време на пиковите наводнения и все още доставя достатъчно чиста вода за охлаждане на три блока с мощност 36 MW.

КАК ТРЪБИТЕ С ПЧЕЛНА ПИТ ПРАВЯТ ТОВА, КОЕТО ОТВОРЕНИЯТ РЕЗЕРВОАР НЕ МОЖЕ

Наклоненият тръбен утаител с пчелна пита е проектиран на три принципа, извлечени от теорията за плиткослойната седиментация:

Принцип 1 - Умножение на площ.Седиментацията е функция на водната повърхност. Добавянето на наклонени тръби с пчелна пита увеличава ефективната площ на утаяване сдесетки пътив сравнение с отворен резервоар със същия отпечатък. Повече площ означава по-бързо разделяне.

Принцип 2 - Стабилизиране на ламинарен поток.Водата, протичаща през клетките на пчелната пита, има изключително голям намокрен периметър, което драстично намалява хидравличния радиус. Това намалява числото на Рейнолдс, стабилизирайки потока в ламинарен режим. Седиментът и водата се разделят чисто - без турбуленция, която да поддържа частиците в суспензия.

Принцип 3 - Утаяване на слоя утайка.Вътре в наклонените тръби утайката се утаява в режим на утаен слой. Това не само скъсява разстоянието и времето за утаяване, но също така увеличава ефективната повърхност на утаяване, повишавайки общата ефективност. Моделни тестове в мащаб 1:1 показаха, че при проектна влиятелна концентрация на утайки от 20 kg/m³ и повърхностно натоварване от3–5 m³/m²·h, достигнатата скорост на отстраняване на утайката92–98%, като само 3% от частиците на отпадъчните води надвишават 0,025 mm - критичният размер, при който започва запушването на охладителя.

СИСТЕМАТА: ОТ ВХОДА НА ЯЗОВИРА ДО КОЛЕКТОРА ЗА ОХЛАЖДАЩА ВОДА

Пред язовира е изградено специално водохващане, като горните и долните портове служат за взаимно резервиране. Всеки порт има фиксиран багажник за боклук; обикновен подвижен кош за боклук в предната част на входа улавя по-големите водни плевели и отломки. Водата се изтегля през колекторна тръба от страната нагоре по течението на помпената сграда и се разделя на четири линии, захранвани от четири12Sh-19 центробежни помпи(и четиримата се подкрепят един друг). Автоматична цедка преди всяка помпа осигурява последен филтър за фини отломки, преди водата да влезе в резервоара за утаяване.

Вътре в резервоара -18 m диаметър, 18 m височина, 0,3 m надводен борд- водата се издига през разпределително корито с изходна скорост 50 mm/s. Скоростта нагоре на водната повърхност е лека0,2–0,8 mm/s. След преминаване през тръбите с пчелна пита, избистрената вода се издига и се събира през странични отвори на осем радиални къси събирателни корита (вижте Фигура 1), които се подават в пръстеновидно събирателно корито около периметъра на резервоара. Оттам изходяща тръба с диаметър φ500 mm доставя пречистената вода към колектора за охлаждаща вода, обслужващ всички агрегати. Използваната охлаждаща вода се изхвърля изцяло в задната тръба.

Утаената утайка пада в a60 градусов коничен бункерна дъното на резервоара и се изхвърля в опашката през тръба за утайки. Структурата на резервоара е показана на фигура 2.

СПЕЦИФИКАЦИЯТА НА ПЧЕЛНАТА ПИТА - И ОБНОВЯВАНЕТО НА МАТЕРИАЛА

Килийките на пчелната пита са правилни шестоъгълници с a50 мм диаметър на вписан кръг. Всеки тръбен модул еДължина 1 м, наклонена на 60 градуса, което дава вертикална височина от 0,866 m. Тръбите са сглобени в 1 × 0,5 × 0,5 m правоъгълни единици пчелна пита.

Използвана е оригиналната инсталация от 1975 гхартиена пчелна пита- 80 g крафт хартия Jiamusi, потопена във фенолна смола и термообработена. Цената на хартиената пчелна пита40,000 yuan. Работеше, но материалът имаше ясни ограничения: слаба здравина и издръжливост и старееше. След четири години работа, в1979, хартиената пчелна пита беше заменена салуминиева пчелна питана цена от120,000 yuan- три пъти по-скъпа, но далеч по-издръжлива. След девет години последваща експлоатация алуминият показа само малка повърхностна корозия и остана структурно непокътнат.

Необходим е самият бетонов резервоар1400 m³ бетон, 50 тона стоманена армировка, и цена160,000 yuan. Общо – резервоар, хартиена пчелна пита и по-късно надграждане на алуминий – общата инвестиция беше 320 000 юана. За система, която би защитила три 36 MW турбини-генератора за повече от десетилетие, това беше скромно.

ПОЛЕВИ ИЗПЪЛНЕНИЯ: 83 ПРОБИ ЗА 4 ГОДИНИ

Между 1977 и 1980 г. централата и станцията за мониторинг на зоната на резервоара събират83 сдвоени водни пробина входа и изхода на резервоара, анализирайки както концентрацията на утайки, така и разпределението на размера на частиците. Резултатите разказват последователна история:

1.Едрият седимент (d > 0,025 mm) се утаи добре. Отпадъчните води съдържаха само10–15%на грубите частици, присъстващи във входящата течност - висока скорост на отстраняване за фракцията, която всъщност причинява запушване.

2.Средният размер на частиците в изтичащия поток е постоянно по-малък, отколкото във входящия поток. Резервоарът правеше точно това, за което беше проектиран: избирателно премахваше по-големите частици с размер на запушване.

3.Процентът на утайката с d < 0,025 mm се увеличава в отпадъчните води, докато процентът с d > 0,025 mm намалява - потвърждавайки селективното отстраняване на проблемната груба фракция.

4.Ефективността на отстраняване на утайки се подобрява с вливаща концентрация. При проектен приток от 20 kg/m³ общото поглъщане е превишено65%.

Таблица 1: Ефективност на отстраняване по размер на частиците (d > 0,025 mm граница)

Таблицата потвърждава, че ефективността на отстраняване за едрата фракция (d > 0,025 mm) е висока, докато фината фракция (d < 0,025 mm) преминава по-лесно – което е приемливо, тъй като именно едрите частици причиняват запушване на охладителя.

Таблица 2: Скорост на транспортиране на седимент и ефективност на отстраняване (измерени данни от 1980 г.)

И трите периода на измерване показват нива на премахване над 50%, като най-високият процент -70%- съвпадащ с най-високата входяща концентрация (средно 9,52 kg/m³). Това потвърждава тенденцията:колкото по-мръсна е входящата вода, толкова по-ефективно утаителят премахва утайката- точно поведението, необходимо по време на пиковите сезони на наводнения.

ЗАЩО ПОЛЕВИТЕ ДАННИ НЕ СЕ РАЗХВЪРЛЯХА ОТ МОДЕЛА - И ЗАЩО НЯМА ЗНАЧЕНИЕ

Тестовете на модела предвиждаха 92–98% отстраняване при проектно натоварване. Теренните данни показват 58–70%. Три фактора обясняват разликата:

1. Работа с един резервоар срещу дизайн с два резервоара.Станцията се нуждаеше от 1280 m³/h охлаждаща вода. Проектното изчисление - въз основа на необходимата седиментационна площ от 427 m² - изисквашедва резервоара(всеки по 254,5 м²). Поради ограниченията на мястото е построен само един. Единичният резервоар работи непрекъснато над проектното си повърхностно натоварване. Времето на задържане вътре в тръбите с пчелна пита е по-кратко от предполагаемото в модела и съответно е пострадала ефективността на утаяване.

2. По-ниски от проектните влиятелни концентрации.За 13 години експлоатация се наблюдава само дневна средна концентрация на утайки от 20 kg/m³два до три дни годишно- а в някои години изобщо не. Резервоарът е прекарал по-голямата част от живота си, работейки доста под проектното влиятелно натоварване. Утайката също не беше изхвърлена при проектния обем, което допълнително повлия на ефективността.

3. Ограничения за вземане на проби.Методологията на тестване - включително броя на пробите, местата за вземане на проби и представителността на данните - беше призната за недостатъчна за окончателна оценка на ефективността. Измерените 58–70% вероятно са консервативна оценка.

И все пак, въпреки че работи с един резервоар, където бяха посочени два, системата предостави това, което имаше значение:нула принудителни спирания поради повреда на охладителната система в 13 сезона на наводнения. 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 >0,025 мм фракция, за да поддържа охладителите чисти. Така стана.

КАКВО ОЗНАЧАВА ТОВА ЗА ДРУГИ ВЕЦ

1.Наклонените тръбни утаители работят за промишлена охлаждаща вода - не само за пречистване на питейна вода. Целта за производителност е различна (премахване на груби частици, без постигане на суб-NTU чистота), но хидравличните принципи са идентични.

2.Изборът на материал зависи от приложението. Хартиената пчелна пита работи четири години на 40 000 юана. Алуминият издържа девет години (и продължава) на 120 000 юана. За днешните инсталации PVC и PP предлагат средна цена и издръжливост, с която нито хартията, нито алуминият могат да се сравнят през 1975 г.

3.Един малък резервоар все още може да осигури оперативна надеждност, ако проектната цел е правилно дефинирана. Резервоарът Bapanxia беше половината от необходимата площ - но тъй като целта беше по-хладна защита, а не перфектна яснота, той успя.

4.За водноелектрически централи на реки, натоварени със седименти, утаителите с наклонени тръби с пчелна пита предлагат ниска техническа сложност, ниска цена, бързо утаяване и малък отпечатък - предимства, които са особено ценни, когато мястото на станцията е пространствено ограничено.