第２期总第１８０期 ２０１２年３月 浙江水利科技 Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｈｙｄｒｏｔｅｃｈｎｉｅｓ Ｎｏ．２ Ｔｏｔａｌ Ｎｏ．１８０ Ｍａｒｃｈ ２０１２ 排水募流堤对滨海电厂取水温升改善效果研究 王瑞锋，李志永。陈（浙江省水利河口研究院，浙江摘刚 杭州３１００２０） 要：潮汐河口地区，温排水的扩散比较复杂，温排水对电厂本身的取水温度会产生影响。取水温度难 以满足机组运行要求时，普遍采用的是取排水工程的改造，为简化，可以建导流堤对温水进行人工导流。通过 建立二维温排水数学模型对导堤改造方案进行比选，研究各方案的温水团导流作用对取水温升的改善效果。结 果表明，各导堤方案均有较好的改善效果，堤顶高程为中潮位的方案较优。 关键词：滨海电厂；导流堤；温排水；取排水口；取水温升 中图分类号：，Ｉ＇ｖ８７１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８．７０１Ｘ（２０１２）０２—００１８—０３ Ｓｔｕｄｙ ｏｉｌ ｔｈｅ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ Ｄｒａｉｎａｇｅ Ｊｅｔｔｙ ｕｐｏｎ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｒｉｓｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｉｎｔａｋｅ Ｗａｔｅｒ ｆｏｒ Ｃａｅｓｔａｌ Ｐｏｗｅｒ Ｐｌａｎｔ Ｗａｎｇ Ｒｕｉ－ｆｅｎｇ，Ｌｉ Ｚｈｉ－ｙｏｎｇ，Ｃｈｅｎ Ｇａｎｇ （ＺｈｅｊｉａｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆＨｙｄｒａｕｌｉｃｓ＆Ｅｓｔｕａｒｙ，Ｈａｌｌ￣ｏｔｌ ３１００２０，Ｚｈｅｊｉａｎｇ，Ｃｈｉｎａ） ，ｌ，ｘｂｓｔｒａｅｔ：Ｔｈｅｍｕｄ ｄｒａｉｎａｇｅｉｓ ｑｕｉｔｅ ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄｉｎｔｉｄａｌ ｅＳｔＵｆｌｌＴ，ａｎｄｉｔｗｉｌｌ ａｎ ｅｆｆｅｃｔ Ｏｎｔｈｅｉｎｔａｋｅｗａｔｅｒｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ｐｏｗｅｒ ｐｌｎｔ．Ｗｈｅｎ ｔａｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆｉｎｔａｋｅ ｗａｔｅｒ ｃａＪ１ ｎｏｔ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｎｅｅｄｓ ｏｆ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｔｈｅ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｓｅｔｓ，ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｃｏｍｍｏｎｌｙ ｓｃｈｅｌｎｅ ｉｓ ｒｅｃｏｎｓ￣ｕｃｔｉｎｇ ｗａｔｅｒ ｎｉｔａｋｅ ａｎｄ ｄｒａｉｎａｇｅ ｒ，￣ｏｊｃｔ．Ｔｏ ｅｓｉｍｐｌｉｆｙ ｗｅ ｃａｎ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔ ｄｒａｉｎａｇｅ ｊｅｔｔｙ ｆｏｒ ａａｉｉｆｃｉｌａ ｄｉｖｅｒｓｉｏｎ． Ｇ）ｍ ＩｒｉＪ ｖａｒｉｏｕｓ ｓｃｈｅｍｅｓ山 ｍｅｄｅｌｉ￣ｔｈｅ ２ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｔｈｅｒｍａｌ ｄｒａｉｎａｇｅ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ，ｗｅ ａｎａｌｙｚｅｄ Ｏｉｌ ｈｅ ｅｆｔｆｃｔｅ ｏｆ ｔｈｅｒｍａｌ ｄｒａｉｌｌａｇｅ ｉｎ ｂ￣ｉｎｇ ｄｏｗｎ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒｔａｕｒｅ ｏｆｉｎｔａｋｅ ｗａｔｅｒ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｓｔ ｓｈｏｗｓ ｅａｃｈ ｃｈｅｍｅｓ ｃａｎ ｇａｉｎ ｐｒｅｆｅｒａｂｌｅ ｅｆｅｃｔ，ｂｕｔ ｔｈｅ ｓｃｈｅｍｅ ｗｉｔｌｌ ｊｅｔｔｙ ｃｒｅｓｔ ａｌｉｔｔｕｄｅ ｅｑｕａｌｉｎｇ ｔｏ ｍｅａｎ ｔｉｄａｌ ｌｅｖｅｌ ｉｓ ｔｈｅ ｂｅｓｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｏａｓｔａｌ ｐｏｗｅｒ ｐｌａｎｔ；ｄｒａｉｎａｇｅ ｊｅｔｔｙ；ｔｈｅｒｍａｌ ｄｒａｉｎａｇｅ；Ｗａｔｅｒ ｎｉｔａｋｅｓ ｎｄ ｏｕｔａｌｅｔｓ；ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｒｉｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｔａｋｅ ｗａｔｅｒ １问题的提出 海水直流冷却是指抽取海水后经过简单的格栅过滤就 进入凝汽器或其它热交换设备，冷却其它介质之后直接排 放ｎ Ｊ。目前滨海电厂循环冷却水大多数采用直流冷却方式， 通过水循环热交换对热机进行冷却后，循环水温度一般升 高８～１２ ［ ．３ Ｊ。受热力学第二定律制约，一般由冷却水 带走的能量为发电量的１．４—２．５倍【３ｊ，因此，取、排水口 布置时应尽量避免热量在水体中积蓄，还应减小温水团随 潮运动过程中对取水温度的影响。 及冷却方式（直流、冷却池、冷却塔）的调整等 ～ 。 嘉兴电厂一、二、三期工程，总装机容量６ ０００ Ｍｗ， 夏季循环水流量２０８ ｍ３／ｓ，排水口设计温升９℃，取、排水 口位置见图１。２００５年以来每年夏季，一期取水温度逐年抬 升，机组被迫降负荷运行，甚至停机，安全性和经济性受 到较大影响。为保证机组的正常运行，进行改造是必要的。 针对取排水工程，改造的方法包括：取排水口迁移、取排 水口头部结构改造、布置方式（差位式、分列式、重叠式） 收稿日期：２０１１．１０－１５ 图１取、排水口位置示意图 作者简介：王瑞锋（１９８１一），男，工程师，大学本科，主要 从事河口海岸工程研究工作。Ｅ—ｍａｉ］１ ｗｒｆ１３１＠ｙｅｄ￣．ｎｅｔ ・ ｌ８ ・ 王瑞锋，等：排水导流堤对滨海电厂取水温升改善效果研究 考虑到嘉兴电厂取、排水口的特殊布置形式，为简化 改造工程，以排水口附近流场的整治为基础，构造温排水 导流堤进行人工导流，研究排水导堤改造方案的实施对取 水温升的改善效果，并对不同堤顶高程的方案进行比选。 根据堤顶高程的不同，人工导流堤初步分为３．０，０．３， 一ＭＩＫＦ＿２１模型采用ＡＤＩ差分法求解二维浅水潮波方程， 方程矩阵采用双消除法（Ｄｏｕｂｌｅ Ｓｗｅｅｐ）求解，该格式具有 二阶精度。对流扩散方程采用ＱｔａＣＸＦ＿ｓｒ法进行离散，其差 分格式为时间前差，空间中心差。 ３．２网格及边界条件 模型计算范围及边界见图２，大范围流场采用水位边界 条件，并采用矩形网格，其中大范围为３００ ｍ网格，工程 近区采用步长由１８０ｍ逐步加密至２０ｍ的３层嵌套网格。 大范围温度场水边界条件的处理，分为出流和入流２ 种情况：出流时，采用扩散为零的条件；人流时，由于边 １．２ ｍ的高、中、低潮位方案。 ２工程海域自然条件特征 ２．１ 潮 汐 工程水域多年平均涨潮历时５．４５ ｈ，平均落潮历时约 ６．９８ ｈ，多年平均高、低潮位分别为２．５９，一２．１１ ｍ，平均 界上基本不受温排放影响，人流温升边界条件取值为零。 潮差４．６９ ｍ，属浅海半日潮。 小范围计算域由大范围温度场提供温升边界条件。 ２．２潮流 据实测资料，工程海域潮强流急，潮流的运动形式主 要表现为往复流，最大流速出现在中潮位附近，其涨、落 急垂线平均流速分别为０．９９—１．６３，０．６７～Ｏ．９４ ｍ／ｓ，具有 明显的驻波特性。 ２．３水温气象 杭州湾位于北亚热带季风盛行区，夏季主要受太平洋 暖气团控制。工程海域夏季历年月平均水温２８．６℃［８７，夏 季频率１０％的日平均水温为３Ｏ．３℃【 。 ３温排水数学模型 本模型采用丹麦水力学研究所开发的平面二维数值模 型ＭＩＫＥ２１研究潮流和温排放对流扩散过程【９ｊ。 图２模型计算范围图 ３．１ 控制方程 ３．３计算条件 数学模型基本方程为： 乍浦潮位站每年夏季潮差累积频率１０％，５０％，９０％ ＋宝＋ ：ＡＱｓ （ ） 的潮差分别为６．４６，５．２２，３．５５ ｉｎ。从实测潮位过程系列中 选择与上述潮差相近的潮分别作为典型大、中、小潮。 盈Ｏｔ＋亳（譬）＋昌（ ）＋ 墓一向＋ ＝ 导堤内侧水域由于存在较大的排水流量，流速较大， 会有一定的冲刷下切，根据冲淤计算，导堤内侧排水通道 Ｅ（妻＋雾）瑶ｕｓｉｎ０ 冲刷至一２．１ ｍ左右 ９，模型对各方案进行该反馈地形的温 排水计算。 ＋未（ ）＋参（誓）＋ ＋ｆｐ＋ ＝ 模型以连续半月潮作为温排水计算潮型，并对典型大、 Ｅ（妻＋事）＋ Ａｓ ｓ０ （３） 中、小潮进行统计。 ３．４温升验证 蔷（＾ｃ）＋基（ｐｃ）＋ （９ｃ）：未（ ）＋ （ ・ 为检验模型模拟取水温升的可靠性，搜集了一、二期 取水口１个月的逐时温度资料。基于半月潮计算的取水温 ａｙ ）一 ｐｃ＋ （４） 升（下称“计算”）与实测资料中分离的取水温升（下称 ，’ Ａｓ 式中： 为潮位（ｍ）；Ｐ、ｑ分别为 、Ｙ方向的垂线平均流 “分析”）可进行对比验证。 量分量（ｍ３／ｓ）；“、口分别为 、，，方向的垂线平均流速分量 由于缺少自然水温点，仅有实测取水温度及同步潮过 程，温升值采取温度过程减去每个潮对应的最低温度进行 （ｍ／ｓ）；ｈ为水深（ｍ）；，为柯氏力参数； 为谢才系数；Ｅ为涡 分离。取、排水口距离较近，最低点温度可能已受温排水 动黏性系数；Ｃ为垂线平均温升（℃）； 、 分别为 、Ｙ方向 影响，而且自然水温理论上为一变化过程，因此基于该方 的热扩散系数； 为水的比热Ｊ／（ｋｇ・℃）；ＩＤ为水的密度 法提取的温升值可能稍偏小［１０］。 （ｋｓ／ｍ３）； 为取排水流量（ｍ３／ｓ）；Ｇ为排水温升（℃）； 为 取水温升与潮动力关系比较密切，而潮差是水动力强 取排水口位置的流体微团面积（ｍ２）；Ｕ为排水口出口流速 弱的直接反映，因此，采用与温度资料同步的实测潮系列 （ｍ／ｓ）；０为排水口出流角度（。）；Ｋ为水面综合散热系数。 与计算半月潮系列进行潮差匹配，从中选出匹配较好的潮 ・ 】９・ 王瑞锋，等：排水导流堤对滨海电厂取水温升改善效果研究 型，分别进行温升统计。匹配后筛选出的取水温升统计值 见表１，其中平均温升为筛选出的全部温升样本系列的平均 值，最大温升为该系列中每个潮对应的最大温升的平均值。 数据表明，平均温升计算值与分析值基本相当，最大温升 均温升还是最大温升该分析点均有较大幅度的抬升，其中 最大温升达８．４４℃，比一期取水口升高约１．６℃。因此， 码头内侧地形变化导致的流场改变或由于排水通道面积变 化导致温排水漫顶流量的增大，都可能进一步抬升一期取 计算值比分析值高１℃左右，由于峰值持续时间一般很短， 所以模型通过半月潮计算基本能反映真实的取水温升。 表１ 温升分析值与计算值对比表 ℃ ３．５方案比选 现状条件下，取水温升平均值、最大值均表现为小潮 ＞中潮＞大潮，这与小潮流速小，热量掺混能力差有关， 所以小潮为不利潮型。下面重点对典型小潮条件下的取水 温升影响进行分析，各方案温升统计见表２。 表２方案实施前后取水温升统计表 对于取水温升的改善作用，各导堤方案均有明显效果， 分析如下： ３．５．１方案综述 ３．０ ｍ方案，温排水基本全部导往下游；０．３ ｍ方案， 落急后流向一期取水口的温排水被导向下游；一１．２ ｎｌ方 案，由于导堤不高，排水流量较大，低潮位时仍有部分温 排水越过导堤向一期取水口区域扩散。 ３．５．２ ３．０ｍ与０．３ １１３方案比较 ３．０ ｍ方案对一期取水口的改善优势主要集中在高平潮 附近，而此时的计算温升呈尖瘦型，历时很短，水位较高， 加上温度垂向分布影响，所以３．０ ｍ方案与０．３ ｍ方案相比 改善效果并不明显。 ３．５．３ —１．２ ｍ与０．３ ｍ方案比较 一１．２ ｍ方案和０．３ ｍ方案相比，平均取水温升前者比 后者高０．７℃以内，各级温升历时也基本相当，因此就取 水温升比较来看，０．３ ｍ方案略优于一１．２ ｍ方案。 ３．５．４敏感分析 对于～１．２ ｍ方案，考虑到温排水漫顶流量与导堤内侧 排水通道过水面积有直接关系，以及本方案一期取水口附 近温升梯度较大，所以对一期取水口附近区域进行温升敏 感分析。向岸边方向距离一期取水口约２０ Ｉｌｌ处取一分析点 进行温升统计见表３。由表３可见，无论大、中、小潮的平 ・２０・ 水口的温升，影响机组效率。 表３ —１．２ ｍ方案温升敏感分析表 ℃ 注：表中上标１的数据为增幅。 综合考虑取水温升、水动力影响及对地形和导流堤内 侧排水面积的敏感程度等因素，高程为中潮位附近的０．３ ｍ 导堤方案较优。 ３．６ ０．３ ｍ方案改善效果 ０．３ ｎｌ方案实施后，一期取水温升过程见图３，取水温 升及改善效果统计见表４。 图Ｓ ０．Ｓ ｍ方案实施前后一期取水温升图 由图３和表４可见，０．３ ｍ方案实施后，落急后温排水 被导向下游，一期取水口，低潮位附近的温升峰值被明显 削弱，高潮位附近的次峰变化不大，高温升历时有明显缩 短；二、三期取水温升也有所改善。 ０．３ ｍ方案实施后，平均取水温升，一期取水口平均降 低约２．１℃，二、三期平均降低０．１５℃；最大温升，一期 取水口平均降低约２．６＇１２，二、三期取水口平均降低约２．０ ℃；３℃以上温升历时，一期取水口平均减少约３．６ ｈ，二、 三期取水口平均减少约０．４５ ｈ。 （下转第２６页） 于龙娟：生态净化原理在桐乡市应急水源地工程中的应用 （３）建议进一步研究此工程与浙江省嘉兴市太湖取水 （西片）工程的衔接，研究与太湖取水工程的相关调度。 参考文献： ［１］李刚，李斌，刘丽，等．深圳市龙岗区应急备用水源地水质监 测与分析［Ｊ］．现代预防医学，２ＯＯ８，３５（２３）：４ ７０６—４ ７１０． ［２］胡伟，左倬，魏清福，等．太湖东部地区利用太湖规划建设备 用水库实践Ｉ～以东太湖吴江应急备用水库建设为例［Ｊ］．安 徽农业科学，２０１１，３９（１２）：７ ３５４—７ ３５５，７ ４２４． ［３］胡伟．太湖东部地区利用太湖建设备用水源地的研究［Ｊ］．安 徽农业科学，２０１１，３９（９）：５ ２２１—５ ２２２． （责任编辑屠福河） 【上接第仃页）小潮流迹线和流矢夹角均达２０。左右，阻流 作用明显；方案２对码头轴线进行了调整，码头轴线与潮 内多次疏浚问题，建议在方案３的基础上进一步优化，并 适当降低泊位等级以减少疏浚量。 通过研究，果断否决了对外游山深潭会产生较大影响 的方案１、２，推荐了方案３，目前该方案已被公司接受， 流夹角有所改善，但其近码头段栈桥与水流有较大夹角， 故对水流仍有较大影响；方案１、２对维持港区相关泊位水 深条件有重要意义的游山深潭都会带来较大幅度的淤积， 其中：方案１为１．５～２．０ ｍ；方案２为０．５～１．０ ｍ。方案３ 为该工程的决策提供了科学依据。 参考文献： ［１］中华人民共和国交通部。］ｒｊ ２１３—９８海港水文规范［ｓ］．北京： 人民交通出版社，１９９８． 无论是对港区前沿的游山深潭，或是对周边相关工程的影 响较方案１、２均相对较小。 （３）鉴于方案１、２为半包围深潭布置，工程规模及投 资庞大，对深潭水流及海床影响较大等不足，不宜采用这２ 种布置方式。方案３与水流相对平顺、对深潭及相关工程 影响较小，故推荐按照方案３的布置形式，但考虑到泊位 及回旋水域仍需浚深后方可满足设计要求和可能面临的年 ［２］李志永，倪勇强，耿兆铨．乐清湾泥沙运动数值研究［Ｊ］．泥 沙研究，２００４（４）：７７—８１． ［３］李志永，郜会彩．镇海港区２１—２２号泊位潮流泥沙数学模型 试验［Ｒ］．杭州：浙江省水利河口研究院，２ＯＯ９． （责任编辑屠福河） （上接第２０页） 弱。因此，导堤的实施对各取水口潜在的淤积影响不容忽 表４ ０．３ ｍ方案实施后取水温升及改善幅度统 视。导堤内侧的冲刷及过水情况也需特别关注。计表 参考文献： ［１］王广珠，李承蓉，周金德，等．海水循环冷却技术的研究与应 用现状［Ｊ］．热力发电，２ＯＯ７（１１）：６８—７１． ［２］郝菲菲，曹菊萍，程拓．火／核电厂温排水水力热力特性研究 进展综述［Ｊ］．科技情报开发与经济，２Ｏ０９，１９（１０）：１３２— １３３． ［３］陈惠泉，许玉麟，贺益英．火／核电厂冷却水试验研究５ｏ年的 进展和体验［Ｊ］．中国水利水电科学研究院学报，２Ｏ０８，６ （４）：２８８—２９８． ［４］郝青哲，贾路，刘哲，等．沿海电厂温排水环境影响及取水温 升分析［Ｊ］．电力建设，２０１１，３２（２）：６—９． ［５］吴修广，梁亮．嘉兴电厂一期取水口迁移选址温排放数学模型 计算报告［Ｒ］．杭州：浙江省水利河口研究院，２ＯＯ８． ［６］程友良，关膺，田英．电厂差位式取排水布置方式研究 ［ｃ］／／第二十届全国水动力学研讨会文集．北京：海洋出版 社。２ＯＯ７． ４结论 （１）各导流堤方案对取水温升的改善均有明显效果， 综合考虑取水温升、水动力影响及取水温升对电厂近区地 形和堤内侧排水断面的敏感程度等因素，高程为中潮位附 近的０．３ ｍ导堤方案较优。 ［７］张晓峰，张兵，黄彦君，等．美国核电厂循环冷却水系统运行 实践及借鉴［Ｊ］．辐射防护，２０１１，３１（４）：２４７—２５１． ［８］中国海湾志编篡委员会．海湾志（第五分册）［Ｍ］．北京：海 洋出版社，１９９２． （２）０．３ ｍ方案实施后，一期取水口平均取水温升降低 约２．１℃；最大温升降低约２．６℃，３℃以上温升历时，减 少约３．６ ｈ，基本能满足机组的运行要求。 ［９］王瑞锋，李志永，陈刚．嘉兴电厂取水温升改善方案潮流及温 排水数模计算分析报告［Ｒ］．杭州：浙江省水利河口研究院， ２Ｏ１Ｏ． （３）导堤方案的弊端：现状条件下，温排水对一期取 水口的淤积起到了减缓的积极作用。而导堤的实施将一定 程度上导致工程水域潮流外推，使益山的矶头效应有所削 ・［１０］李志永，王瑞锋，熊绍隆，等．嘉兴电厂温排水物理模型试 验研究［Ｊ］．浙江水利科技，２ＯＯ９（５）：５—８． （责任编辑姚小槐） ２６・
