隔热堤在滨海电站取排水工程中的应用

【摘 要】 文章以柬埔寨两个不同机组容量的燃煤电站工程为背景，研究了隔热堤在滨海燃煤电站工程中对温排水扩散和电站取水温升的影响。对比两个电站不同循环水量条件下隔热堤的作用及其对电站温排水影响范围和取水温升的影响，通过研究确定了电站的取排水口和隔热堤的布置方案，满足了电站取水温升的设计要求。可为类似工程提供参考。

【关键词】 隔热堤 滨海电站 取排水 影响 研究

在柬埔寨西哈努克港附近，由中国公司和马来西亚公司投资建设两座燃煤电站，其装机容量分别为7×135MW和2×50MW。由于两座电站地处同一片海域，电站投产后其温排水会产生相互影响。电站取水口附近海水温升和循环冷却水使用效率受到潮流、波浪、风、取排水口和隔热堤平面布置等因素的影响[1-3]，需要用数学模型模拟研究温排水扩散规律、取水口温升及两电站之间的相互影响，确定取排水口和隔热堤布置方案。

文章应用潮流温排水数学模型计算电站温排水的扩散趋势、影响范围和取水口温升，为电站平面布置方案的确定和环境影响评价提供依据。马来西亚投资建设2×50MW燃煤电站，其码头通过透空的引堤和实体引堤与后方电站相连，实体引堤兼做隔热堤之用；中国投资建设7×135MW燃煤电站，采用类似的布置形式。两电站的平面布置见图1。

1 自然条件与输入参数

统计工程附近气象站17年的风资料，在雨季（5月至10月），风向主要为西向和西南向；在旱季（11月至4月），主要的风向为北向和南向，年平均风速约为4.5m/s。统计气象站的相对湿度资料，多年平均相对湿度为81%。根据2009年2月份现场实测潮流资料，落潮流速略大于涨潮流速，涨潮最大流速达0.18m/s，落潮最大流速达0.20m/s，实测最大分层流速0.28m/s，工程海域水流动力较弱。

根据2011年工程现场实测的底质和含沙量资料，并参考其研究成果[5]可以发现，工程区域岸滩常年基本处于稳定状态，沿岸输沙量非常微小；工程区泥沙，向岸冲刷厚度和向海淤积厚度均不足0.20m。所以决定工程平面布置方案的控制因素为电站温排水问题。在潮流温排水数学模型的建立、验证和计算阶段需要输入的边界条件和初始参数如下：风速4.5m/s；空气相对湿度81%；2×50MW电站循环水量8m3/s，初始排水温升为8℃；7×135MW电站循环水量56m3/s，初始排水温升为8℃。在温排水模拟过程中考虑热回归效应。

2 模型介绍

本次研究采用局部加密的三角形网格，此网格能很好的模拟复杂岸线，将重点的工程区域进行局部加密，在保证工程区域水动力计算精度的同时节省计算时间[6]。其控制方程包括连续性方程、运动方程和扩散方程。在计算温排水时考虑由温度引起的密度变化，以及由密度变化所引起的密度流。

3 潮流温排水数学模型及结果

3.1 水动力模型建立及验证

在研究温排水扩散范围之前需要模拟出工程区域的水动力环境，其背景水动力和水位即为潮流和潮汐。根据2009年2月实测潮位测量数据，进行调和分析得到工程海域的潮汐分潮见表1，由分潮计算潮型系数如下：

由此判断该区域潮汐为以全日潮为日朝[8]。结合现场实测潮流资料，对建立的潮流数学模型进行验证，各测点的流矢分布见图2。

3.2 温排水数学模型计算结果及分析

在验证好的潮流模型基础上建立温排水数学模型。该模型采用了考虑密度梯度的斜压方程，将密度变化对水流的影响包含在模型中。从工程平面布置看，取水头位于拟建电站的西南侧，水域相对开阔，水深相对较深；排水口位于拟建电站东北侧的海湾内，水域相对封闭，水深相对较浅。涨潮过程中潮水由取水口附近向排水口附近流动，电站排放的高温水体主要在湾内扩散，不会影响到取水口；落潮过程中，电站排放的高温水体随着落潮流，从湾内向取水口方向扩散，可以影响到电站取水，同时温排水的影响范围也比涨潮时要大。由于工程海域的潮流流速较小，排水口的高温水体需要较长的时间才能影响到取水口，大约需要7个潮周期的时间模型中的取水口温升达到动态平衡。

2×50MW电站（1#）首先建设和投产，所以先研究单个电站运行条件下温排水的扩散和取水口温升。该工程建设时码头引桥分为实体引堤（兼做隔热堤）和透空段，各段长度根据温排水数学模型研究成果确定。排水口位于引堤的东侧，采用近岸排水方式；取水口位于隔热堤的西侧，取水口位置海床高程-6.0m（MSL）。为了研究实体引堤对电站取水温升的影响。分别计算了实体引堤长度为300m和400m的两个方案，取水口温升结果见表2。从计算结果可以看出，实体引堤长度为300m时电站取水口的温升值较小，其原因为，实体引堤长度为400m时，排水口的高温水体除了在引堤东侧聚集外，在落潮过程中在隔热堤的挑流作用下，高温水体的流迹线刚好经过取水口附近，造成取水口温升相对较高。通过本次试验研究可以发现，对本工程而言，隔热堤长度并非越长越好，需要结合工程位置的水动力特点和取、排水口的相对位置确定其长度，以保证取水口的温升满足电站运行的要求。

在1#电站建设开工不久，7×135MW（2#）电站的研究和设计工作也随即展开。由于2#电站的机组容量、循环水量都远远超过了1#电站，并且两者的取、排水口距离较近，所以在随后的研究和设计中不但要考虑2#电站本身的温排水扩散和取水口温升，还需要考虑两者之间的相互影响。两个电站取、排水布置形式相似，2#电站的排水口位于隔热堤的东侧，采用近岸排水；取水口位于隔热堤西侧，取水口位置处的海床高程为-7.0m（MSL）。为了能够保证两个电站均能正常运行，在2#电站排水口的西侧修建了长度超过1000m的隔热堤，将电站排水的高温水体与两个电站的取水口隔开（其布置见图1）。为了保证电站的正常运行，通过潮流温排水数学模型研究确定合理的隔热堤长度。

研究方案有多个，本文仅对比隔热堤长度为1400m和1650m的方案。在本次试验研究中，1#电站的隔热堤长度为300m；两个电站的循环水量分别为8m3/s和56m3/s。两个电站的取水口温升见表3。从研究结果看，隔热堤长度为1650m时两个电站的取水口温升均较小，隔热堤长度为1400m时取水口温升相对较大。原因为较长的隔热堤能更有效的将2#电站排出的高温水体隔离在电站的东侧，隔热堤较短时其阻隔作用减弱。针对本电站而言，隔热堤越长其取水温升越小。隔热堤具体长度需根据电站的设计要求和经济评价确定。

4 结语

用平面二维水动力、温排水数学模型计算了柬埔寨西哈努克港两个邻近燃煤电站循环冷却水在不同隔热堤长度情况下的扩散规律和取水口温升。通过对比研究不同取、排水口布置形式下的隔热堤长度对取水口温升的影响，可以得到如下结论：

（1）从电站取水温升和工程投资角度考虑2×50MW电站的实体引堤的长度不宜超过300m；

（2）从7×135MW电站的取水口温升结果看，其隔热堤需要有足够的长度才能保证两个电站的正常运行；

（3）不同水动力环境和取排水口布置形式对隔热堤长度的要求不同，有时需要短堤，例如本文中的2×50MW电站和印尼Suralaya电站；有些适合长堤，例如本文中的7×135MW电站和印尼Jeneponto电站。其长度还需要结合电站设计要求、经济评价等综合考虑隔热堤长度。文中的隔热堤布置方案可为类似工程提供参考。

参考文献：

[1]刘海成，陈汉宝.非结构化网格在印尼亚齐电站温排水模型中的应用研究[J].水道港口，2009（05）：316-319.

[2]张继民，吴时强，王惠民.电站温排水区流动特性分析及模型参数的研究[J].东北水利水电，2005（8）：51-52.

[3]刘海成，陈汉宝.电站取水明渠布置形式对取水温升的影响研究[J].水道港口，2011（05）：317-320.

[4]肖辉，杨树森.柬埔寨鄂尔多斯鸿骏电业项目码头工程波浪数值模拟计算分析研究报告[R].天津：交通部天津水运工程科学研究所，2011.

[5]曹玉芬，陈汉宝.柬埔寨西哈努克港7×135 MW燃煤电站工程取排水泥沙冲淤分析[R].天津：交通部天津水运工程科学研究所，2011.

[6] DHI.User Guide and Reference Manual of Mike21[M].Denmark：DHI Water&Environment，2005.

[7]GB/T 50102，工业循环水冷却设计规范[S].

[8]孙湘平.中国近海区域海洋[M].北京：海洋出版社，2006.