Een waterkrachtcentrale op een sediment{0}}zware rivier heeft een probleem dat de meeste waterzuiveringsingenieurs nooit zien: het koelwater voor de turbine-generatoreenheden vervoert zoveel zand en gras dat de koelers hierdoor verstopt raken. De temperatuur van de statorspiraal stijgt. Lagers raken oververhit. De unit gaat offline -, niet vanwege een mechanisch defect, maar omdat het water dat het apparaat moet afkoelen, in een schurende slurry is veranderd. Bij de waterkrachtcentrale van Bapanxia werden drie in Zweden-gebouwde eenheden van 36.000 kW elk overstromingsseizoen met precies deze dreiging geconfronteerd. In 1975 installeerde het station een hellende buiskolonist met honingraatstructuur. Over de volgende13 overstromingsseizoenen- zeven maanden per jaar, van april tot en met oktober - ging geen enkele unit verloren door een storing in het koelsysteem.
HET KOELWATERPROBLEEM DAT GEEN POMP KAN OPLOSSEN
Waterkrachtcentrales aan rivieren met zware sedimentbelasting worden geconfronteerd met een seizoenscrisis. Tijdens overstromingsseizoenen bevat het reservoirwater zandconcentraties die ondenkbaar zouden zijn in een gemeentelijke waterzuiveringsinstallatie. Als dit water rechtstreeks van de voorkant van de dam wordt gehaald voor de koeling van de unit, worden de koelbuizen stevig opgevuld door zand en plantenresten. De verstopping is mechanisch en het totale - schoonmaken en baggeren van de koelers is uiterst moeilijk, tijd-rovend en beschadigt vaak de apparatuur. Sommige stations nemen hun toevlucht tot afwisselende voorwaartse en achterwaartse werking van het koelsysteem om de buizen door te spoelen, maar dit helpt slechts gedeeltelijk: het kan de verstopping niet volledig verhelpen, en de voortdurende omkeringen versnellen de slijtage van de koelerleidingen zelf.
De Zwitserse-koelers bij Bapanxia hadden strenge waterkwaliteitseisen. Er was een sedimentatieoplossing nodig - die dit aankon20 kg/m³ influent sedimentconcentratietijdens overstromingspieken en toch voldoende schoon water leveren om drie eenheden van 36 MW te koelen.
HOE HONINGRAATBUIZEN DOEN WAT EEN OPEN TANK NIET KAN
De honingraat-neigbuis-kolonist is ontworpen op basis van drie principes die zijn afgeleid van de sedimentatietheorie van ondiepe-lagen:
Principe 1 - Oppervlaktevermenigvuldiging.Sedimentatie is een functie van het wateroppervlak. Door het toevoegen van hellende honingraatbuizen wordt het effectieve bezinkoppervlak vergroottientallen kerenvergeleken met een open tank met dezelfde voetafdruk. Meer oppervlak betekent een snellere scheiding.
Principe 2 - Laminaire stromingsstabilisatie.Water dat door de honingraatcellen stroomt, heeft een uitzonderlijk grote bevochtigde omtrek, waardoor de hydraulische straal dramatisch wordt verkleind. Hierdoor daalt het Reynoldsgetal, waardoor de stroom in een laminair regime wordt gestabiliseerd. Sediment en water scheiden zich schoon - geen turbulentie om deeltjes in suspensie te houden.
Principe: bezinking van de 3 - slib-laag.In de hellende buizen bezinkt het sediment in een slib-laagmodus. Dit verkort niet alleen de bezinkingsafstand en -tijd, maar vergroot ook het effectieve bezinkingsoppervlak, waardoor de algehele efficiëntie wordt vergroot. Modelproeven op schaal 1:1 hebben aangetoond dat bij een ontwerpinfluentsedimentconcentratie van 20 kg/m³ en een oppervlaktebelasting van3–5 m³/m²·h, de sedimentverwijderingssnelheid bereikt92–98%, waarbij slechts 3% van de effluentdeeltjes groter is dan 0,025 mm - de kritische grootte waarbij verstopping van de koeler begint.
HET SYSTEEM: VAN DAM INLAAT NAAR KOELWATER HEADER
Voor de dam werd een speciale waterinlaat gebouwd, waarbij de bovenste en onderste poorten als wederzijdse back-ups dienden. Elke poort heeft een vast afvalrek; een gemeenschappelijk verplaatsbaar afvalrek aan de voorkant van de inlaat onderschept groter wateronkruid en puin. Water wordt door een verzamelleiding aan de stroomopwaartse zijde van het pomphuis gezogen en in vier leidingen gesplitst, gevoed door vier12Sh-19 centrifugaalpompen(alle vier steunen elkaar). Een automatische zeef vóór elke pomp zorgt voor een eindfilter voor fijn vuil voordat het water de bezinktank binnengaat.
In de tank -18 m diameter, 18 m hoogte, 0,3 m vrijboord- het water stijgt door een verdeelgoot met een uitstroomsnelheid van 50 mm/s. De opwaartse snelheid aan het wateroppervlak is zacht0,2–0,8 mm/s. Nadat het door de honingraatbuizen is gegaan, stijgt het geklaarde water op en wordt opgevangen via zijopeningen op acht radiale korte opvangbakken (zie figuur 1), die uitmonden in een ringvormige opvangbak rond de omtrek van de tank. Van daaruit levert een uitlaatleiding van φ500 mm het behandelde water naar de koelwatercollector die alle units bedient. Het gebruikte koelwater loost volledig in het staartstuk.
Bezonken sediment valt in a60 graden conische trechterop de tankbodem en wordt via een slibpijp naar het staartstuk afgevoerd. De tankstructuur wordt getoond in Figuur 2.
DE HONINGRAATSPECIFICATIE - EN DE MATERIAALUPGRADE
De honingraatcellen zijn regelmatige zeshoeken met aDiameter ingeschreven cirkel 50 mm. Elke buismodule is1 m lang, schuin op 60 graden, wat een verticale hoogte van 0,866 m oplevert. De buizen worden samengevoegd tot rechthoekige honingraateenheden van 1 x 0,5 x 0,5 m.
De originele installatie uit 1975 werd gebruiktpapieren honingraat- 80 g Jiamusi-kraftpapier gedoopt in fenolhars en door warmte- uitgehard. De papieren honingraatkosten40.000 yuan. Het werkte, maar het materiaal had duidelijke beperkingen: slechte sterkte en taaiheid, en het verouderde. Na vier jaar in bedrijf te zijn geweest, in1979, werd de papieren honingraat vervangen dooraluminium honingraattegen een kostprijs van120.000 yuan- drie keer zo duur, maar veel duurzamer. Na negen jaar gebruik vertoonde het aluminium slechts geringe oppervlaktecorrosie en bleef het structureel intact.
De betonnen tank zelf vereist1.400 m³ beton, 50 ton staalwapening, en kosten160.000 yuan. In totaal - tank, papieren honingraat en latere aluminium upgrade - bedroeg de totale investering 320.000 yuan. Voor een systeem dat drie turbine-generatoren van 36 MW meer dan tien jaar lang zou beschermen, was dit bescheiden.
| Ontwerpparameter | Ontwerpwaarde | Werkelijke bedrijfstoestand |
| Tankdiameter x hoogte | 18 m × 18 m | Enkele tank (twee gepland) |
| Bezinkoppervlak per tank | 254.5 m² | 508 m² nodig (2 tanks) |
| Oppervlaktebelasting | 3–5 m³/m²·h | ~5 m³/m²·h (enkele tank) |
| Diameter buiscel | 50 mm (ingeschreven cirkel) | Zeshoekige honingraat |
| Buislengte / helling | 1 m / 60 graden | Verticale hoogte 0,866 m |
| Materiaal (origineel → upgrade) | Papier (fenolhars) | Aluminium (vanaf 1979) |
PRESTATIES OP HET VELD: 83 MONSTERS GEDURENDE 4 JAAR
Tussen 1977 en 1980 werden de centrale en het meetstation voor het reservoirgebied verzameld83 gepaarde watermonstersbij de inlaat en uitlaat van de tank, waarbij zowel de sedimentconcentratie als de deeltjesgrootteverdeling worden geanalyseerd. De resultaten vertellen een consistent verhaal:
1.Grof sediment (d > 0,025 mm) bezonk goed. Het effluent bevatte alleen10–15%van de grove deeltjes aanwezig in het influent - een hoog verwijderingspercentage voor de fractie die daadwerkelijk verstopping veroorzaakt.
2.De gemiddelde deeltjesgrootte in het effluent was consistent kleiner dan in het influent. De tank deed precies waarvoor hij was ontworpen: het selectief verwijderen van de grotere, verstoppende deeltjes.
3.Het percentage sediment met d < 0,025 mm nam toe in het effluent, terwijl het percentage met d > 0,025 mm afnam -, wat de selectieve verwijdering van de problematische grove fractie bevestigt.
4.De efficiëntie van de sedimentverwijdering verbeterde met de concentratie van het influent. Bij het ontwerpinfluent van 20 kg/m³ werd de totale verwijdering overschreden65%.
Tabel 1: Verwijderingsefficiëntie per deeltjesgrootte (d > 0,025 mm grens)
| Deeltjesgrootte groter dan d > 0,025 mm (als % van totale metingen) | Percentage metingen dat aan deze voorwaarde voldoet | Efficiëntie van sedimentverwijdering |
| 15% | 100% | 78% |
| 25% | 71% | 65% |
| 50% | 43% | 33% |
De tabel bevestigt dat de verwijderingsefficiëntie voor de grove fractie (d > 0,025 mm) hoog is, terwijl de fijne fractie (d < 0,025 mm) gemakkelijker doorlaat -, wat acceptabel is, omdat het de grove deeltjes zijn die verstopping van de koeler veroorzaken.
Tabel 2: Snelheid van sedimenttransport en verwijderingsefficiëntie (gemeten gegevens uit 1980)
| Meetperiode | Inlaattransportsnelheid (kg/u) | Inlaat gem. conc. (kg/m³) | Transportsnelheid uitlaat (kg/u) | Outlet gem. conc. (kg/m³) | Verwijderingspercentage |
| Jul 4 00:00 – juli 6 08:00 | 7,500 | 3.72 | 2,497 | 1.96 | 67% |
| Jul 13 00:00 – juli 13 12:00 | 7,338 | 3.64 | 3,069 | 2.41 | 58% |
| Augustus 2 17:00 – Augustus 3 00:00 | 20,906 | 9.52 | 6,318 | 6.70 | 70% |
Alle drie de meetperioden laten verwijderingspercentages zien van meer dan 50%, met het hoogste percentage -70%- valt samen met de hoogste influentconcentratie (gemiddeld 9,52 kg/m³). Dit bevestigt de trend:hoe vuiler het binnenkomende water, hoe efficiënter de kolonist sediment verwijdert- precies het gedrag dat nodig is tijdens pieken in het hoogseizoen-.
WAAROM DE VELDGEGEVENS TE kort schoten in het model - EN WAAROM HET NIET ERVAN MAAKTE
De modeltests hadden een verwijdering van 92-98% voorspeld bij ontwerpbelasting. Uit de veldgegevens bleek 58-70%. Drie factoren verklaren de kloof:
1. Werking met één-tank tegenover een ontwerp met twee-tanks.Het station had 1.280 m³/u koelwater nodig. De ontwerpberekening - op basis van het benodigde sedimentatieoppervlak van 427 m² - vereistetwee tanks(elk 254,5 m²). Vanwege locatiebeperkingen werd er slechts één gebouwd. De enkele tank liep continu boven de ontwerpoppervlaktebelasting. De verblijftijd in de honingraatbuizen was korter dan het model veronderstelde, en de sedimentatie-efficiëntie leed dienovereenkomstig.
2. Lagere-dan-ontwerpinfluentconcentraties.Gedurende de 13 jaar dat het systeem in bedrijf was, kwam er slechts een dagelijkse gemiddelde sedimentconcentratie van 20 kg/m³ voortwee tot drie dagen per jaar- en in sommige jaren helemaal niet. De tank heeft het grootste deel van zijn levensduur ruim onder de ontwerpinfluentbelasting gewerkt. Ook werd er op het ontwerpvolume geen slib geloosd, wat de efficiëntie verder beïnvloedde.
3. Bemonsteringsbeperkingen.Er werd erkend dat de testmethodologie -, inclusief het aantal monsters, de monsterlocaties en de representativiteit van de gegevens -, onvoldoende was voor een definitieve prestatie-evaluatie. De gemeten 58-70% is waarschijnlijk een conservatieve schatting.
En toch leverde het systeem, ondanks het gebruik van één enkele tank waar er twee waren gespecificeerd, wat er toe deed:nul gedwongen sluitingen als gevolg van een storing in het koelsysteem in 13 overstromingsseizoenen. 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 >Fractie van 0,025 mm om de koelers helder te houden. Dat deed het.
WAT DIT BETEKENT VOOR ANDERE WATERKRACHTSTATIONS
1.Schuine buiskolonisten zijn bedoeld voor industrieel koelwater - en niet alleen voor de behandeling van drinkwater. Het prestatiedoel is anders (grove deeltjes verwijderen, geen sub-NTU-helderheid bereiken), maar de hydraulische principes zijn identiek.
2.Materiaalkeuze is afhankelijk van de toepassing. Papieren honingraat werkte vier jaar lang voor 40.000 yuan. Aluminium ging negen jaar mee (en er komen er nog steeds) bij 120.000 yuan. Voor de huidige installaties bieden PVC en PP een middenweg op het gebied van kostenduurzaamheid die papier noch aluminium in 1975 konden evenaren.
3.Eén enkele ondermaatse tank kan nog steeds operationele betrouwbaarheid bieden als het ontwerpdoel correct is gedefinieerd. De Bapanxia-tank had de helft van de vereiste oppervlakte - maar omdat het doel koelere bescherming was en niet perfecte helderheid, is het gelukt.
4.Voor waterkrachtcentrales op rivieren met sediment{0}} bieden kolonisten met honingraatvormige hellende buizen een lage technische complexiteit, lage kosten, snelle sedimentatie en kleine voetafdruk - voordelen die vooral waardevol zijn wanneer de locatie van het station ruimtelijk beperkt is.
Tube Settler Media nodig voor industriële of gemeentelijke toepassingen?
Juntai levert PVC- en PP-honingraat-bezinkmedia met schuine buizen in een volledig assortiment celgroottes en plaatdiktes - voor waterzuiveringsinstallaties, industriële koelwatersystemen en waterkrachttoepassingen. Wij bieden hydraulische maatberekeningen, begeleiding bij materiaalkeuze en installatieondersteuning. Of u nu een nieuwe kolonist ontwerpt of verouderde media vervangt, wij kunnen u helpen het juiste product voor uw waterkwaliteitsdoel te specificeren.
| Tube Settler-productspecificaties | Vraag technische ondersteuning aan | Volledig productassortiment |