水力発電冷却水用ハニカム傾斜管セトラー: 八盤峡では 13 回の洪水シーズン、停止ゼロ

土砂の多い川にある水力発電所には、ほとんどの水処理技術者が気づかない問題があります。-タービン発電機ユニットの冷却水には多量の砂や草が含まれており、冷却器が固形物で詰まるのです。ステータコイルの温度が上昇します。ベアリングが過熱します。ユニットがオフラインになる - の原因は機械的な故障ではなく、ユニットを冷却するはずの水が研磨剤のスラリーになったためです。八盤峡水力発電所では、スウェーデン製の 36,000 kW の発電所 3 基が、洪水の季節ごとにまさにこの脅威に直面していました。{9}} 1975 年に、ステーションにはハニカム傾斜管セトラーが設置されました。次へ13 洪水期- 4 月から 10 月までの年間 7 か月間、- 冷却システムの故障によりユニットが失われることはありませんでした。

ポンプでは解決できない冷却水の問題

大量の土砂が堆積する河川の水力発電所は、季節的な危機に直面しています。洪水期には、貯水池の水には市の水処理施設では考えられないほどの濃度の砂が含まれています。この水をユニット冷却用にダムの前から直接取水すると、砂や植物の破片がクーラーチューブにしっかりと詰まってしまいます。詰まりは機械的なものであり、クーラーの完全な清掃と浚渫は非常に困難で時間がかかり、多くの場合、機器に損傷を与えます。-一部のステーションでは、冷却システムを順方向と逆方向に交互に動作させてチューブを洗浄していますが、これは部分的にしか役に立ちません。つまり、詰まりを完全に取り除くことはできず、常に逆転することで冷却パイプ自体の摩耗が促進されます。

Bapanxia のスイス製クーラーには、厳格な水質要件がありました。-沈降を処理できる-解決策が必要でした流入土砂濃度 20 kg/m3洪水のピーク時にも、3 台の 36 MW ユニットを冷却するのに十分なきれいな水を供給できます。

オープンタンクではできないことをハニカムチューブが行う仕組み

ハニカム傾斜チューブセトラーは、浅層堆積理論から導かれた 3 つの原則に基づいて設計されました。-

原則 1 - 面積の乗算。堆積は水の表面積の関数です。ハニカム傾斜管を追加すると、有効沈降面積が増加します。何十回も同じ設置面積のオープンタンクと比較。面積が大きいほど、分離が速くなります。

原理 2 - 層流の安定化。ハニカムセルを流れる水の濡れ周囲は非常に大きく、水力半径が大幅に減少します。これによりレイノルズ数が低下し、流れが安定して層流状態になります。沈殿物と水はきれいに分離されます - 粒子を懸濁状態に保つための乱流はありません。

原理 3 - スラッジ-層の沈降。傾斜した管の内部では、堆積物が汚泥層モードで沈降します。{0}これにより、沈下距離と時間が短縮されるだけでなく、有効沈下面積が増加し、全体の効率が向上します。 1:1 スケールのモデルテストでは、設計流入土砂濃度 20 kg/m3 および表面負荷 20 kg/m3 で、3–5 m³/m²·h、堆積物除去率に達しました92–98%、冷却器の詰まりが始まる臨界サイズである 0.025 mm - を超える流出粒子はわずか 3% です。

システム: ダム取水口から冷却水ヘッダーまで

ダム前面に専用の取水口が設けられ、上下の港が相互バックアップの役割を果たした。各ポートには固定のゴミ箱があります。吸気口前面にある共通の可動式ゴミラックが、大きな水草やゴミを遮断します。水はポンプ室の上流側のヘッダーパイプを通って汲み上げられ、4つのラインに分かれて4つのラインから供給されます。12Sh-19 渦巻ポンプ（4人全員がお互いをバックアップします）。各ポンプの前にある自動ストレーナーは、水が沈殿タンクに入る前に微細な破片を除去する最終フィルターを提供します。

タンク内-直径18m、高さ18m、乾舷0.3m- 水は 50 mm/s の出口速度で分配トラフを通って上昇します。水面の上昇速度は緩やかです0.2～0.8mm/秒。ハニカムチューブを通過した後、浄化された水は上昇し、8 つの放射状の短い収集トラフ (図 1 を参照) の側面開口部を通って収集され、タンク周囲の環状収集トラフに流れ込みます。そこから、処理水はφ500mmの出口パイプで全ユニットの冷却水ヘッダーに送られます。使用済みの冷却水は完全に放水路に排出されます。

沈殿した沈殿物は、60度円錐形ホッパータンク底に沈殿し、汚泥管を通って放水路に排出されます。タンク構造を図2に示します。

ハニカム仕様 - とマテリアルのアップグレード

ハニカムセルは正六角形で、内接円直径50mm。各真空管モジュールは長さ1m、60度傾斜、垂直高さは 0.866 m になります。チューブは 1 × 0.5 × 0.5 m の長方形のハニカム ユニットに組み立てられます。

1975 年のオリジナルのインスタレーションが使用されましたペーパーハニカム- 80 g ジャムス クラフト紙をフェノール樹脂に浸し、熱硬化させたものです。-ペーパーハニカムのコスト40,000元。それは機能しましたが、この材料には明らかな限界がありました。強度と靭性が低く、老化していました。 4年間の運用を経て、1979、ペーパーハニカムは次のように置き換えられました。アルミニウムハニカムの費用で120,000元- 価格は 3 倍ですが、はるかに耐久性があります。その後 9 年間使用した後でも、アルミニウムは表面の腐食が軽度で、構造的には無傷のままでした。

コンクリートタンク自体が必要コンクリート 1,400 m3、鉄筋 50 トン、コスト16万元。合計 - タンク、紙製ハニカム、そしてその後のアルミニウムのアップグレード - の総投資額は 320,000 元でした。 36 MW のタービン発電機 3 台を 10 年以上保護するシステムとしては、これは控えめな数字でした。

フィールドパフォーマンス: 4 年間にわたる 83 サンプル

1977 年から 1980 年にかけて、発電所と貯水池地域監視所で収集された83 ペアの水サンプルタンクの入口と出口で、沈殿物濃度と粒子サイズ分布の両方を分析します。結果は一貫したストーリーを物語っています。

1.粗い沈殿物（d > 0.025 mm）はよく沈降しました。排水には次のものだけが含まれていました10–15%流入水 - に存在する粗大粒子のうち、実際に目詰まりを引き起こす部分の高い除去率。

2.流出水中の粒子サイズの中央値は、流入水よりも一貫して小さかった。タンクは設計どおりに機能し、より大きな目詰まり粒子を選択的に除去していました。-

3.d < 0.025 mm の沈殿物のパーセンテージは流出水中で増加しましたが、d > 0.025 mm のパーセンテージは減少しました -。これは、問題のある粗大画分の選択的な除去を確認します。

4.流入濃度の増加とともに沈殿物の除去効率が向上しました。設計流入水量 20 kg/m3 では、全体の除去量が超過しました65%.

表 1: 粒子サイズ別の除去効率 (d > 0.025 mm 境界)

この表は、粗大フラクション (d > 0.025 mm) の除去効率が高い一方、微細フラクション (d < 0.025 mm) はより容易に - を通過することが確認されています。これは、冷却器の詰まりの原因となるのは粗大粒子であるためです。

表２：土砂の輸送速度と除去効率（1980年測定データ）

3 つの測定期間すべてで 50% 以上の除去率が示されており、最も高い除去率は -70%- は最高の流入濃度 (平均 9.52 kg/m3) と一致します。これは次の傾向を裏付けています。入ってくる水が汚いほど、入植者はより効率的に沈殿物を除去します- まさに洪水期のピーク時に必要な行動です。-

フィールド データがモデル - に達しなかった理由とそれが問題ではなかった理由

モデルテストでは、設計荷重時に 92 ～ 98% の除去が予測されていました。現場データは 58 ～ 70% を示しました。このギャップを説明する 3 つの要因があります。

1. 2 つのタンク設計に対する 1 つのタンクの操作。-ステーションには 1,280 m3/h の冷却水が必要でした。必要な堆積面積 427 m² - に基づいた設計計算 - が要求されました2つのタンク（各254.5㎡）。敷地の制約により、1 台のみ建設されました。単一のタンクは、設計上の表面荷重を超えて継続的に運転されました。ハニカムチューブ内の滞留時間はモデルの想定よりも短く、その分沈降効率も低下しました。

2. 設計流入濃度よりも低い--。13 年間の運用を通じて、1 日平均 20 kg/m3 の堆積物濃度が発生したのはわずか年に2～3日- ですが、何年かはまったくそうではありません。タンクはその寿命のほとんどを、設計流入負荷をはるかに下回る状態で運転して過ごしました。スラッジも設計量で排出されず、効率にさらに影響を及ぼしました。

3. サンプリングの制限。サンプル数、サンプリング場所、データの代表性 - を含むテスト方法 - は、最終的なパフォーマンス評価には不十分であることが認められました。測定された 58 ～ 70% は、控えめな推定値である可能性があります。

それでも、2 つのタンクが指定されている場合に 1 つのタンクを実行したにもかかわらず、システムは重要なことを実現しました。13 回の洪水期において、冷却システムの故障による強制停止はゼロ. 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 >クーラーをきれいに保つための 0.025 mm の端数。そうなりました。

これは他の水力発電所にとって何を意味するか

1.傾斜管沈降装置は、飲料水処理だけでなく、工業用冷却水 - にも使用されます。性能目標は異なります（粗大粒子を除去しますが、NTU 未満の透明度は達成しません）が、油圧原理は同じです。

2.材料の選択は用途によって異なります。ペーパーハニカムは4万元で4年間働きました。アルミニウムは12万元で9年（そしてこれからも）持ちました。今日の設備では、PVC と PP が、1975 年当時は紙やアルミニウムに匹敵しなかった、コストと耐久性の中間点を提供します。{7}}

3.設計目標が正しく定義されていれば、1 つの小さめのタンクでも運用の信頼性を実現できます。 Bapanxia タンクは必要な面積 - の半分でしたが、目標は完璧な透明度ではなく冷却保護であったため、成功しました。

4.土砂を多く含む川の水力発電所では、ハニカム傾斜チューブセトルは、技術的複雑さが低く、低コスト、迅速な堆積、設置面積が小さいという利点を備えています-。これは、発電所の敷地が空間的に制約されている場合に特に価値があります。{0}}