广东前詹电厂2×1000+MW机组温排水三维数值模拟研究.pdf

2 0 1 4年 7月 第 7期 黄广灵 ，等 ：广东前詹 电厂 2 1 0 0 0 MW 机组温排水三维数值模拟研究 是静水深 ；h=d+叼是总水深； ( ，Y ，z ) 、 ( ，Y ， ) 、W ( ，Y ， ) 是水流速度在 、Y 、z方向的分量 ； f = 2 f s i n 是科势力 因子；g是重力加速度；P ( ，Y ) 是水体的密度 ；s s s ，s 是辐射应力 ； 是垂 向涡粘系数 ；P 。 是大气压 ；P 是水体参考密度 ；S是 点源源强；“ ， 点源速度 ；水平应力项通过梯度应 力的关系来表示 ： F = x ( 2 A O u ) + ( A ( + ) ) c 4 F v = x ( A ( O U + ) ) + (2 考 ) (5 ) 其中4是水平涡粘系数 。 2 3 温排水扩散控制方程 = F + 立 ( D v O T4- 4-4- ) + t-O t O x O y O z O z O z s = + 一 l I 十 几 f ， ( 6 ) 其中D ， 是垂向涡动扩散系数 ；水平涡粘系数和涡粘 扩散系数根据混合长度模型确定 ；H是水体与大气 的 热交换 ； 是源项 。 是水平扩散项 ，其计算方程 ： F = 熹 ( D h O T ) + ( D h ) c 7 其中D 是水平扩散系数 ；扩散系数与涡流黏度 的关 系如下 ： D ： ，D ： ( 8 ) O T r o r 是普朗特数。 2 4 边界条件 水面 、床面边界流速条件 ： 水面( z = 卵 ) ： +“ + 一 ：0 ( 9 ) O t d O y ) ： 去 ( 1 0 ) 床面 ：( z ：一d ) ： + + ： 0 ( 1 1 ) O X , o y ) = ) ( 1 2 ) 底部应力：tr 6 = ( r 6 ) ， 6 = p 0 c ， u 6 “ 6 l( 1 3 ) 一 _ 其中c ， 是拖 曳系数 ，参照 以往文献研究经验 ，取值 为 0 0 0 2 5 ，“ =( “ 6 ， 6 ) 是底 部 流速 ，指距 床底 处 的流 速 。 5 2 2 5 水面热交换 水面散热包括对流散热 、蒸发散热 和辐射散 热 3 部分。直接计算表面综合散热系数非常烦琐 ，本次计 算采用 工业循环水冷却设计规范 中推荐的通用公 式。应用通用公式计算得 ： Km=41 8 W m 一 2 6 垂向紊动掺混参数化 垂向涡粘系数 由下式计算 ： ： ( 1 4 ) f c u l 斗 其 中k为湍流 动能 ； 为湍流动 能耗散 率 ；c 为常数 。利用 k 一 模型求解湍流动能及耗散率。 2 7 计算方法及模型范围 模型采用非结构性网格 ，采用 的数值方法是有限 体积法。控制方程离散时 ，结果变量 、 位 于单 元 的中心 ，跨边界通量垂直于单元边。所用 的有 限体积 方法 中法 向通量的计算是 ，在沿法方向建立起单元水 动力模型，并通过求解一维的 R i e m a n n问题而得到 。 根据实测海流 的流 向及大小 ，模型东边界定在惠 来县旧厝村 ，在沟疏村 以东约 1 9 3 k m；西边界定在 汕尾市陆丰市麒麟 山新村 ，在沟疏村 以西约 3 2 2 k m； 南边界定在厂址 以南 约 4 8 5 k m处 ，模型几乎包括整 个神泉湾水域。模拟原体水域面积约为 2 6 6 6 4 k m ， 模型范围可满足流场模拟及温排放计算 的要求 ( 模型 范围见图 2 ，模型率定站位位置见图 3 ) 。 图 2 模型计算 范围及网格示意 2 0 1 4年 7月 第 7期 黄广灵 ，等 ：广东前 詹电厂 21 0 0 0 M W 机组温排水三维数值模拟研究 N o 7 J u 1 2 0 1 4 1 5 ， 、 1 量 霜0 5 媛 0 1 5 一 I 昙 镝0 5 摧 0 4 00 。 3 0 0 曩 0 0 1 0 0 0 0 5 l ( 】 H n 2 9 2 5 3 0 。 时 间， l 。 。 。 时间， h 1 “ 0 5 1 O 1 5 2 9 2 5 3 0 时 间， l O 1 0 2 0 3 0 时间， l 1 0 5 1 0 1 5 2 9 2 5 3 0 u 1 o 2 u j I J 时间， h 时间， Il 图 5 C A测站表 、中、底层流速流 向率定示意 3 温排水方案比选计算成果分析 3 1 温排水计算方案说明 现阶段本工程设计单位 提供 了 2个 比选方案 ：方 案一 ：电厂取水 口设在煤码头港池东北角 ( 分为 1 A港 池内和 1 B港池外 2个方案 ) ，排水 口设在港池外西北 角 ，近岸布置，温排水向取水 口回流流程约为 2 k m， 见图 6所示 ；方案二 ：取水 口设在煤码头港池 内西北 角 ，排水 口设在港池外东北 向，近岸布置，温排水 向 取水口回流流程约为 3 3 k m，见图 6所示 。本文主要 讨论电厂一期的情况，一期电厂的排水量是为 6 7 m s ， 排水温升为 8 ，计算潮型为夏季全潮 。 图 6 取 排水 方案一、方案二平面布 置示意 3 2 温排水计算结果分析 3 2 1 温升 范 围 由于电厂温排水 的注入 ，受纳海域水温会有所上 升，以排水 口处温度最高 ，向周围逐渐降低。表 1所 示为全潮下各取排水方案的最大温升包络线面积统计 情况。图 7为不同方案下的表层全潮最大温升包络线 范围示意 图。从全潮 温升包 络线的空 间分 布图来 看 ， 在 2 x1 0 0 0 M W 机组容量下 ，取排水 口布置方案一 的 5 4 温升范围主要分布在港池西侧 ，沿东西向条带状分布 ； 方案二的温升范围主要在港池东侧 ，也呈东西 向条带 状分布。从温升包络范 围的垂向变化来看 ，拟建 电厂 的温排水工程采取“ 深取浅排” 的方式 ，各计算组次下 的温升包络面积均有从表层 到底层逐渐减小的变化规 律 ，而其中表层的温升面积要 比中、底层大得多 。 表 1 大潮各取排水 方案最大 温升包络线面积 图 7 表层全潮最大温升 包络线范围示意 对 比不同布置方案 的温升包络面积发现 ，方案一 中各温升包络面积要 比方案二大 ，如 ：方案一表层温 升 1 、2 、3 、4 的 包 络 面 积 分 别 为 5 2 2 k m 、2 2 8 k m 、1 0 8 k m 、0 5 1 k m ，而方 案二 的 相 应 面 积 是4 9 0 k m 、2 2 2 k m 、 1 0 1 k m 、 0 4 1 k m ，方案二各温升包络 面积 比方案一小 。由此 看来 ，取排水 口布置方案二的温排水 扩散 范围较方 案 一 要 小 。 3 2 2取水温升 各取排水 口布置方案下取水温升情况统计见表 2 。 取 、排水布置 方案一是 东取西排 ( 取 水 口 1 A在 港池 内，1 B在港池外 ) ；方 案二为西取东排 ，取水 口在港 池 内；取水口箱涵孔底标高为 一 7 5 m。 2 0 1 4年 7月第 7期 广 东水 利水 电 表2 各取排水口布置方案下取水沮升情况统计 从表 2中可以看出，在方案一的两个取水口中， 取水口1 A的温升比较大，取水口 1 A的全潮平均温升 为 0 6 1 ，全潮最大温升为 0 7 1 ；而 1 B的全潮平 均温升为 0 2 2，较 1 A小0 3 9，全潮最大温升为 0 3 2，较 l A小0 3 9。主要是因为取水 口1 A位 于港池 内的东北角 ，而 1 B位 于港池外 的东北 角，港 池西北角的温排水通过港池西南 口扩散至取水 口1 A 要易于绕过港池防波堤扩散到取水 口 1 B，此外港池内 水体流动性较弱，也易于造成温排水的涡积而增加 取 水温升。从表中可以看出取排水布置方案二 的取水 口 温升明显要小于取水 口 1 A、1 B的温升 。布置方案 二 取水 口的全潮平均温升仅为 0 0 4 ，全潮最大温升为 0 0 8。方案二的取水 口温升过程线见 图 8 。方案 二 取水 口的温升较小是 因为涨潮时温排水绕过港池防波 堤后仍继续向西扩散 ，极少向港池 内扩散 ；落潮时温 排水主要 向东扩散。 综上，从取水 口的温升情况来看，方案二较优， 取水 口温升受电厂温排水的影响很小。 4结语 1 )本文计算 建立 了工程海域三维 温排水 数学模 型，经实测资料验证，模型计算的潮位、流速、流向 均与实测值吻合较好，说明模型能够真实地反映实体 情况，能够应用进行工程方案的分析计算。 2 )方案比选表明，从温升范围来看 ，取排水 口布 置方案二的温升范 围较小 ；从取水 口温 升来看 ，取排 水 口布置方案二的取水 口温升很小 ，工程效果较 为理 想 ，能够满足电厂温排水工程安全 、经济运行的要求。 因此 ，推荐工程按照排水 口布置方案二加 以实施。 O 1 0 1 5 2 0 2 5 时间 l 0 5 l 0 l 5 2 0 2 5 3 O 时间 I l 图 8方案二的取水 口大潮和小潮期 间温升过程线 参考文献 ： 1 黄广灵，邱静中电投广东前詹电厂21 0 0 0 MW 机组 项目循环水温排水数值模拟专题研究 R 广州：广东省 水利水电科学研究院， 2 0 1 3 2 黄海华，陈利芳，温国标中电投神泉港滨海电厂 2 1 0 0 0 Mw机组工程初步可行性研究报告 R 广州 ：广 东省 电力设 计研究院 ，2 0 1 2 3 国家海洋局南海工程勘察中心中电投广东揭阳储煤配 送中心项目水文泥沙测验分析报告 R 广州：国家海 洋局南海工程勘察中心，2 0 1 0 4 王明才，倪培桐，张晓艳某滨海核电厂温排水三维数 值模拟 J 广东水利水电，2 0 1 1 ( 6 ) ：1 4 5 陈丕翔 ，倪培桐 ，黄健东华润电力海丰电厂 21 0 0 0 MW 机组工程温排水数值模拟研究 J 广东水利水 电， 2 01 3( 4)：2 12 4 ( 本文责任编辑王瑞兰) Nu me r i c a l S i mu l a t i o n o f 3 D C o o l i n g Wa t e r D i s c h a r g e o f t h e Gu a n g d o n g Qi a n z h a n P o we r P l a n t H U A N G G u a n g l i n g ，H U A N G B e n s h e n g ，Q I U J i n g ，Z H A O J i g u o ( G u a n g d o n g R e s e a r c h I n s t i t u t e o f Wa t e r R e s o u r c e s a n d H y d r o p o w e r ， G u a n g z h o u 5 1 0 6 3 5 ， C h i n a ) A b s t r a c t ： G u a n g d o n g Q i a n Z h a n p o w e r p l a n t i s l o c a t e d b e t w e e n t h e G o u s h u v i l l a g e a n d C h i a o v i l l a g e o f Hu i l a i C o u n t y o f J i e y a n g c i t y S h e n q u a n b a y P l a n n i n g c a p a c i t y o f t h e p o w e r p l a n t i s 41 0 0 0 MW ， i t c o n s t r u c t i o n o f t w o p h a s e s ，t h e fi r s t p e r i o d o f t h e p r o i e e t e o n t r u c t i o n o f 21 0 0 0 MW c o a 1 一fi r e d u n i t I n t h i s p a p e r ， wi t h t h e e s t a b l i s h me n t o f t h r e e d i me n s i o n a l n u me r i c a l mo d e l mo d e l o f e n g i n e e ri n g a r e a，d i f f e r e n t f r o m o f t h e p o w e r p l a n t l a y o u t ，d i f f e r e n t d r a i n a g e，we r e s i mu l a t i o n，b a s e o n t h e mo d e l t h e d i f f u s i o n l a w o f c o o l i n g w a t e r i n t l l e s e a s a n d t h e s e a w a t e r t e mp e r a t u r e r i s e we r e a n a l y z e d T h e a n a l y z e d r e s u l t w i l l p r o v i d e s c i e n t i fi c b a s i s f o r t h e d e s i g n a n d e n v i r o n me n t a l i mp a c t a s s e s s me n t o f t h e p o we r p l a n t Ke y wo r d s ：n u me r i c a l mo d e l ：T h r e e d i me n s i o n a l ；c o o l i n g w a t e r d i s c h a r g e 5 5 一 ( 一 粉 吣