수력 냉각수를 위한 벌집형 경사형 튜브 침전지: 13번의 홍수 시즌, Bapanxia에서 가동 중단 없음

퇴적물이 많은 강의-에 있는 수력 발전소에는 대부분의 수처리 엔지니어가 전혀 보지 못하는 문제가 있습니다. 즉, 터빈-발전기 장치의 냉각수에 너무 많은 모래와 풀이 운반되어 냉각기가 막히게 됩니다. 고정자 코일 온도가 상승합니다. 베어링이 과열되었습니다. 장치가 오프라인으로 전환됩니다-. 기계적 결함 때문이 아니라 장치를 식혀야 하는 물이 연마성 슬러리로 변했기 때문입니다. Bapanxia 수력발전소에서는 스웨덴에서 건설한 36,000kW의-발전소 3개가 홍수 시즌마다 바로 이러한 위협에 직면했습니다. 1975년에 이 정거장은 벌집형 경사관 정착기를 설치했습니다. 다음에는13개의 홍수 계절- 1년에 7개월, 4월부터 10월까지 - 냉각 시스템 고장으로 인해 단 한 대의 장치도 손실되지 않았습니다.

냉각수 문제는 어떤 펌프로도 해결할 수 없습니다

퇴적물 부하가 심한 강의 수력발전소는 계절적 위기에 직면해 있습니다. 홍수 기간 동안 저수지 물에는 도시 수처리 시설에서는 상상할 수 없는 모래 농도가 포함됩니다. 장치 냉각을 위해 이 물을 댐 앞에서 직접 가져오면 모래와 식물 잔해가 냉각기 튜브를 단단히 포장합니다. 막힘은 기계적이며 전체 - 냉각기를 청소하고 준설하는 것은 매우 어렵고 시간이 많이 걸리며 장비를 손상시키는 경우가 많습니다.- 일부 스테이션에서는 튜브를 세척하기 위해 냉각 시스템의 정방향 및 역방향 작동을 번갈아 사용하지만 이는 부분적으로만 도움이 됩니다. 막힌 부분을 완전히 제거할 수 없으며 지속적인 역전으로 인해 냉각기 파이프 자체의 마모가 가속화됩니다.

Bapanxia의 스위스산{0}}냉각기는 엄격한 수질 요건을 충족했습니다. 처리할 수 있는 - 침전 용액이 필요했습니다.20kg/m² 유입 퇴적물 농도홍수가 최고조에 달하는 동안에도 36MW 장치 3개를 냉각하기에 충분한 깨끗한 물을 공급합니다.

개방형 탱크가 할 수 없는 일을 허니컴 튜브가 하는 방법

벌집형 경사 튜브 정착기는 얕은-층 퇴적 이론에서 파생된 세 가지 원리에 따라 설계되었습니다.

원리 1 - 면적 곱셈.침전은 물 표면적의 함수입니다. 벌집형 경사 튜브를 추가하면 효과적인 침전 면적이 증가합니다.수십 번동일한 설치 면적의 개방형 탱크와 비교됩니다. 면적이 넓을수록 분리 속도가 빨라집니다.

원리 2 - 층류 안정화.허니컴 셀을 통해 흐르는 물은 유난히 큰 습윤 둘레를 가지며, 이는 수력학적 반경을 극적으로 감소시킵니다. 이는 레이놀즈 수를 떨어뜨려 층류 체제로의 흐름을 안정화시킵니다. 퇴적물과 물은 깨끗하게 - 분리되어 입자가 부유 상태로 유지되는 난류가 없습니다.

원리 3 -슬러지-층 침전.경사진 튜브 내부에서는 퇴적물이 슬러지-층 모드로 침전됩니다. 이는 침전 거리와 시간을 단축할 뿐만 아니라 효과적인 침전 표면을 증가시켜 전반적인 효율성을 향상시킵니다. 1:1 규모의 모델 테스트에서는 설계 유입 퇴적물 농도가 20kg/m3이고 표면 하중이 다음과 같은 것으로 나타났습니다.3–5 m³/m²·h, 침전물 제거율에 도달했습니다.92–98%, 냉각기 막힘이 시작되는 임계 크기인 0.025mm({2}})를 초과하는 유출 입자는 3%에 불과합니다.

시스템: 댐 취수구에서 냉각수 헤더까지

댐 앞에 전용 취수구가 건설되었으며 상부와 하부 항구가 상호 백업 역할을 했습니다. 각 포트에는 고정된 쓰레기통이 있습니다. 흡기 전면에 있는 일반적인 이동식 쓰레기 선반은 더 큰 수생 잡초와 잔해를 차단합니다. 물은 펌프 하우스의 상류측에 있는 헤더 파이프를 통해 유입되어 4개의 라인으로 나뉘어 4개의 라인으로 공급됩니다.12Sh-19 원심 펌프(네 명 모두 서로를 백업합니다). 각 펌프 앞에 있는 자동 여과기는 물이 침전조에 들어가기 전에 미세한 잔해물에 대한 최종 필터를 제공합니다.

탱크 내부 -직경 18m, 높이 18m, 건현 0.3m- 물은 50mm/s의 출구 속도로 분배 홈통을 통해 상승합니다. 수면에서의 상승 속도는 완만하다.0.2~0.8mm/초. 벌집형 튜브를 통과한 후 정화된 물은 상승하여 8개의 방사형 짧은 수집 통(그림 1 참조)에 있는 측면 개구부를 통해 수집되어 탱크 주변의 환형 수집 통으로 공급됩니다. 여기에서 Φ500mm 출구 파이프가 처리된 물을 모든 장치에 공급되는 냉각수 헤더로 전달합니다. 사용된 냉각수는 테일레이스로 완전히 배출됩니다.

침전된 퇴적물은60도 원추형 호퍼탱크 바닥에서 슬러지 파이프를 통해 테일레이스로 배출됩니다. 탱크 구조는 그림 2에 나와 있습니다.

허니콤 사양 - 및 재료 업그레이드

벌집 모양의 세포는 정육각형입니다.내접원 직경 50mm. 각 튜브 모듈은길이 1m, 60도 경사, 수직 높이는 0.866m입니다. 튜브는 1 × 0.5 × 0.5m 직사각형 벌집형 장치로 조립됩니다.

원래 1975년 설치가 사용됨종이 벌집- 80 g Jiamusi 크래프트 종이를 페놀 수지에 담그고 열-경화했습니다. 종이 벌집 비용40,000위안. 효과는 있었지만 재료에는 분명한 한계가 있었습니다. 강도와 인성이 낮고 노화되었습니다. 4년의 운영 끝에,1979, 종이 벌집이 다음으로 교체되었습니다.알루미늄 벌집~의 비용으로120,000위안- 가격은 3배나 높지만 내구성은 훨씬 더 좋습니다. 9년 간의 후속 작업 후에 알루미늄은 약간의 표면 부식만 나타났으며 구조적으로 손상되지 않았습니다.

콘크리트 탱크 자체가 필요함콘크리트 1,400m³, 강철 보강재 50톤및 비용160,000위안. 총 - 탱크, 종이 벌집 및 이후 알루미늄 업그레이드 - 총 투자액은 320,000위안입니다. 10년 넘게 3개의 36MW 터빈-발전기를 보호하는 시스템의 경우 이는 미미한 수준입니다.

현장 성능: 4년 동안 83개 샘플

1977년부터 1980년 사이에 발전소와 저수지 지역 모니터링 스테이션에서 수집되었습니다.83쌍의 물 샘플탱크 입구와 출구에서 침전물 농도와 입자 크기 분포를 모두 분석합니다. 결과는 일관된 이야기를 말해줍니다.

1.거친 퇴적물(d > 0.025 mm)이 잘 침전되었습니다. 유출수에만 포함됨10–15%유입수에 존재하는 거친 입자의 - 실제로 막힘을 유발하는 부분에 대한 높은 제거율.

2.유출수의 중앙 입자 크기는 유입수보다 지속적으로 작았습니다. 탱크는 원래 설계된 대로 정확하게 작동하고 있었습니다. 즉, 더 크고 막히는-크기의 입자를 선택적으로 제거하는 것이었습니다.

3.d < 0.025 mm인 퇴적물의 비율은 유출수에서 증가한 반면, d > 0.025 mm인 퇴적물의 비율은 감소하여 - 문제가 있는 거친 부분의 선택적 제거를 확인했습니다.

4.유입수 농도에 따라 퇴적물 제거 효율이 향상됩니다. 설계 유입수 20kg/m3에서 전체 제거량이 초과되었습니다.65%.

표 1: 입자 크기별 제거 효율(d > 0.025mm 경계)

이 표는 거친 입자(d > 0.025mm)에 대한 제거 효율이 강한 반면 미세한 입자(d < 0.025mm)는 더 쉽게 통과한다는 것을 확인합니다. - 이는 차가운 막힘을 유발하는 거친 입자이기 때문에 허용됩니다.

표 2: 퇴적물 이동률 및 제거 효율(1980년 측정 데이터)

세 가지 측정 기간 모두 제거율이 50%를 초과하며 가장 높은 제거율을 나타냅니다. -70%-는 가장 높은 유입수 농도(평균 9.52kg/m³)와 일치합니다. 이는 추세를 확인합니다.들어오는 물이 더러울수록 침전지는 침전물을 더 효율적으로 제거합니다.- 홍수 시즌이 최고조에 달할 때 필요한 동작을 정확하게 보여줍니다.-

필드 데이터가 모델 -에 미치지 못하는 이유와 그것이 중요하지 않은 이유

모델 테스트에서는 설계 하중 시 제거율이 92~98%로 예측되었습니다. 현장 데이터는 58~70%를 보여주었습니다. 세 가지 요소가 격차를 설명합니다.

1. 2개의-탱크 설계에 대한 단일-탱크 작동.발전소에는 1,280m³/h의 냉각수가 필요했습니다. 필요한 퇴적 면적 427m² -를 기반으로 한 설계 계산 -이 필요했습니다.두 개의 탱크(각 254.5m²). 부지 제약으로 인해 하나만 건설되었습니다. 단일 탱크는 설계 표면 하중 이상으로 지속적으로 작동했습니다. 벌집형 튜브 내부의 머무름 시간은 가정된 모델보다 짧았고 그에 따라 침강 효율도 저하되었습니다.

2. 설계 유입수 농도보다-낮습니다.-13년 동안 운영한 결과 일일 평균 퇴적물 농도는 20kg/m3에 불과했습니다.일년에 2~3일- 그리고 몇 년 후에는 전혀 그렇지 않습니다. 탱크는 설계 유입수 부하보다 훨씬 낮은 수준에서 작동하면서 대부분의 수명을 보냈습니다. 슬러지도 설계량만큼 배출되지 않아 효율성에 더욱 영향을 미쳤습니다.

3. 샘플링 제한.샘플 수, 샘플링 위치, 데이터의 대표성 - 등을 포함한 테스트 방법 -이 최종적인 성능 평가를 하기에는 부족한 것으로 인정되었습니다. 측정된 58~70%는 보수적인 추정치일 가능성이 높습니다.

그러나 두 대가 지정된 단일 탱크를 실행했음에도 불구하고 시스템은 다음과 같은 중요한 기능을 제공했습니다.13번의 홍수 시즌 동안 냉각 시스템 고장으로 인한 강제 가동 중단 제로. 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 >쿨러를 깨끗하게 유지하기 위한 0.025mm 분수. 그랬다.

이것이 다른 수력발전소에 미치는 영향

1.경사형 튜브 정착기는 식수 처리뿐만 아니라 산업용 냉각수-에도 사용됩니다. 성능 목표는 다르지만(-NTU 미만의 선명도를 달성하지 않고 거친 입자를 제거함) 유압 원리는 동일합니다.

2.재료 선택은 용도에 따라 다릅니다. 종이 벌집은 4년 동안 40,000위안으로 일했습니다. 알루미늄 가격은 120,000위안으로 9년 동안 지속되었습니다. 오늘날 설치의 경우 PVC와 PP는 1975년에는 종이나 알루미늄 모두 비교할 수 없었던 비용-내구성의 중간 지점을 제공합니다.

3.설계 목표가 올바르게 정의되면 단일 소형 탱크도 여전히 작동 신뢰성을 제공할 수 있습니다. Bapanxia 탱크는 필요한 면적 -의 절반이었지만 목표는 완벽한 선명도가 아닌 더 멋진 보호였기 때문에 성공했습니다.

4.퇴적물이 많은 강에 있는 수력발전소의 경우{0}}벌집형 경사 튜브 침전지는 낮은 기술적 복잡성, 저렴한 비용, 빠른 퇴적 및 작은 설치 공간을 제공합니다. - 역 부지가 공간적으로 제한되어 있을 때 특히 유용합니다.