Пруды и водохранилища-охладители

Охлаждающий пруд (охладительный пруд) или пруд-охладитель - естественный или искусственный открытый водоем, служащий для охлаждения нагретой циркуляционной воды в системах оборотного водоснабжения ТЭС или промышленного предпри­ятия. Вода охлаждается в пруде-охладителе главным образом вследствие испарения и конвективной теплоотдачи (вода - воздух). Температура охлажденной воды зависит от метеорологических условий (температуры и влажности атмосферного воздуха, общей облачности и скорости ветра) и температуры поступающей нагретой воды.

Пруды-охладители сравнительно просты в эксплуатации, они могут обеспечить в течение большей части года (особенно в зимний период) более низкую температуру во­ды, чем другие охладители (бассейны брызгальные, градирни). Наличие пруда-охладителя исключает необходимость подачи воды на значительную высоту (как, например, в градирнях), что сокращает расход электроэнергии на привод циркуляционных насосов Недостаток прудов-охладителей - сравнительно низкая удельная теплоотдача с его поверхности, требующая создания значительной площади зеркала пруда. Для устройства прудов-охладителей используются поймы рек, перекрываемые плотинами, а также озера и участки вне водотоков, ограждаемые дамбами.

Водохранилища-охладители надлежит применять при невысоких требованиях к эффекту охлаждения воды, наличии свободных малоценных земельных площадей вблизи предприятий, наличии естественных водоемов или искусственных водохранилищ.

Глубина водохранилищ-охладителей при летних уровнях воды должна быть не ме­нее 3,5 м на 80% площади зоны циркуляции водохранилища. Следует предусматривать мероприятия по ликвидации мелководий, удалению всплывающего торфа, а также обес­печению требуемого качества воды.

Плотины, дамбы, водосбросы, водовыпуски и каналы для водохранилищ-охладителей надлежит проектировать по нормативным документам на проектирование гидротех­нических сооружений.

Водохозяйственные расчеты водохранилищ-охладителей надлежит выполнять ана­логично водохозяйственным расчетам водохранилищ с учетом потерь на дополнитель­ные испарения.

Коэффициенты использования водохранилищ-охладителей должны определяться по аналогам на основании модельных лабораторных исследований, а при расширении предприятий - на основании натурных исследований.

Расположение и конструкции водозаборных и водовыпускных сооружений, а также сооружений, повышающих охлаждение воды (струераспределительные сооружения, струенаправляющие дамбы), необходимо принимать с учетом ветрового влияния, гид­рологических особенностей водоемов (стоковых, ветровых, плотностных и других тече­ний), а также возможностей использования и создания вертикальной циркуляции ох­лаждаемой воды.

С целью снижения температуры, повышения качества забираемой воды и защиты рыб­ной молоди следует рассматривать целесообразность устройства глубинных водозаборов.

Для водохранилищ-охладителей с притоком свежей воды следует предусматривать сброс части отработавшей воды в нижний бьеф водохранилища.

При проектировании водохранилищ надлежит предусматривать мероприятия по подгонке их ложа (расчистка от деревьев, кустарников). Состав и объем мероприятий определяются в каждом конкретном случае.

Для предотвращения размыва берегов водохранилища-охладителя и его заиления должны предусматриваться: укрепление берегов, организация стока поверхностных вод, устройство в устьях оврагов дамб, установление запретных зон запашки, травосея­ние, насаждение кустарника на склонах водохранилища.

При заболачивании прилегающих к водохранилищу территорий необходимо преду­сматривать мелиоративные мероприятия.

Для уменьшения концентраций солей в воде водохранилища в случае необходимо­сти надлежит предусматривать устройство сброса воды из нижних слоев водохранили­ща и подачу воды из других водотоков.

Охлаждение нагретого потока воды в прудах-охладителях происходит за счет теп­лоотдачи с площади зеркала пруда. В качестве прудов-охладителей используются искус­ственные или естественные водоемы.

Охлаждение воды происходит при движении ее от места выпуска до места водоза­бора, но не весь пруд участвует в охлаждении. Величина активной зоны пруда меньше площади зеркала пруда.

Активная площадь пруда, участвующая в охлаждении, определяется по следующей формуле

F_акт=F_тр + α*F_вод

Где Fтр - площадь, занятая транзитным потоком, м² ; F_вод - пл-дь водоворотных зон ; α - коэффициент, учитывающий охлаждающую способность водоворотных юн, смежных с транзитным потоком, α = 0,1 - 0,5.

Отношение площади активной зоны к площади зеркала пруда называется коэффициентом использования площади пруда

K_H=F_акт/F;

Оптимальной является вытянутая форма пруда с плавным очертанием берегом и рассеивающим выпуском.

Для увеличения коэффициента использования площади пруда применяются рассеивающие выпуски и другие струераспределительные сооружения, водосборные гале­реи, применяются струенаправляющие дамбы. Чаще всего применяются струенаправляющие дамбы, смысл которых заключается в удлинении пути движения воды и устране­нии водоворотных зон.

Расчет прудов-охладителей состоит из гидравлического и теплового расчетов.

Гидравлический расчет заключается в определении плана течения распределении температур по глубине пруда, объемов транзитных и водоворотных зон, степени их участия в процессах теплообмена, определении коэффициента использования площади пруда.

Удельная площадь активной зоны пруда-охладителя определяется по формулe

w_уд=Q_сут/F_акт, м²/м^{3 *} cут

Q_сут -суточный расход охлаждаемой воды, м³/сут; F_aкт- площадь активной зоны пруда-охладителя, м².

Тепловой расчет состоит в определении температуры охлаждения воды при извеа ной площади и конфигурации пруда или в определении необходимой площади активной зоны пруда, обеспечивающей получение заданной температуры в месте водозабора.

Расчет производится для наиболее неблагоприятной по метеорологическим условиям для охлаждения воды декады наиболее жаркого месяца. Для расчета используется уравнение теплового баланса для пруда-охладителя.

Q₁Ct₁+ QpCtp - Q₂Ct₂ + Q_c6pCt_c6p = F_aкm[a_c(кt_cp- T) + β(e_т - e) - R],

где Q₁Ct₁ - количество тепла, поступающее в пруд-охладитель с нагретой водой, ккал/сут; Q_PCt_P- количество тепла, приносимого с речной водой, ккал/сут; Q₂Ct_{2 -} количество тепла, забираемого из пруда-охладителя с охлажденной водой, ккал/сут; Q_c6pCt_c6p- количество тепла, сбрасываемого из пруда-охладителя, ккал/cyт, [a_c(кt_cp- T)- количество тепла, отдаваемого поверхностью за счет сопротивления, ккал/м² сут; β(e_т - e) - количество тепла, отдаваемого поверхностью пруда за счет испарения, ккал/м² сут; к - коэффициент, учитывающий неравномерность распределении температур воды по глубине пруда; e_т  - средняя температура активной юны пруда охладителя, °С; К - радиационный баланс, ккал/м^2,сут; F_aкm - площадь активной зоны пру­да-охладителя, м².

Значение коэффициентов а_с и β определяют по зависимостям:

α_с= 0,11 (1 + 0,135 w),  ккал/м² сут мм вод. ст.

β = 0,231 (1 +0,135 w)  ккал/м² сут мм вод. ст.,

Из уравнения теплового баланса определяется температура t_cp воды в пределах ак­тивной зоны пруда-охладителя. Температура охлажденной воды t_t у водозабора находит­ся из выражения

где t₁  и t₂-  температура сбрасываемой в пруд-охладитель нагретой и забираемой охлаж­денной воды, С; t_e- естественная температура на поверхности пруда-охладителя без учета подогрева ее теплом нагретой воды, °С.

Температура t_e- принимается по аналогии с температурой воды естественных во­доемов, расположенных в районе проектируемого пруда-охладителя, или определяется расчетом по уравнению

α_c(Kt_e-Т) + β(е_Т-e)-R=0.

К достоинствам прудов-охладителей следует отнести:

• возможность получения в течение значительной части года более низких тем­ператур охлажденной воды, чем на брыз­гальных бассейнах и градирнях;
• отсутствие напора на сбросе;
• простоту устройства.

Недостатками прудов-охладителей являются:

• сложность эксплуатации, связанная с заилением, зарастанием прудов и цветением воды в них; при глубине прудов более 4 м цветение и зарастанием прудов проявляются в меньшей степени;
• необходимость больших площадей из-за малой гидравлической нагрузки и значи­тельные капитальные затраты на строительство;
• нежелательные экологические последствия, связанные с повышением уровня грунтовых вод, приводящие к изменению флоры и фауны, и также усложнению и удоро­жанию строительства промышленных и гражданских объектов в зонах подтопления.

Пруды-охладители целесообразно применять при расположении предприятия вблизи естественных водоемов или рек, на которых имеются благоприятные условия для создания водохранилищ или уже существующие водохранилища.

Вернуться к списку