Жиленков В. Н.
В зависимости от производственной специфики потребителя к системе его водообеспечения могут предъявляться различные требования, прежде всего, в отношении бесперебойности подачи воды, а также ее качества, включая температуру минерализацию, наличие механических и органических примесей и др.
В большей мере эти требования должны учитываться при проектировании систем водообеспечения крупных тепловых и атомных электростанций, эффективность работы которых напрямую зависит от разности температур воды, подаваемой для охлаждения конденсаторов турбоагрегатов в количествах, достигающих 100 mj/c, и в связи с чем эти системы часто представляют собой комплекс сложных инженерных сооружений. Соответственно в процессе проектирования систем водообеспечения ТЭС нередко приходится искать новые решения целого ряда задач, связанных, в частности, с совершенствованием конструкций водозаборных устройств.
Рис. 1. Ситуационный план существующих гидротехнических сооружений, входящих в комплекс водообеспечения Печорской ГРЭС:
(расположение точек замера температуры воды в водохранилище обозначено кружками с числовыми индексами); 1 - водосброс теплой воды; 2 - струераспределительная дамба; 3 - струенаправляющая дамба; 4 - неработающий глубинный водоприемник; 5 - ограждающая дамба; 6 - подводящий канал
Известны многочисленные примеры, когда с целью повышения эффективности функционирования охлаждающего контура тепловой или атомной электростанции забор воды осуществляют из относительно холодных придонных слоев температурно-стратифицированного водоема, используя для этого, так называемые, селективные водоприемные устройства, чаще всего выполненные из железобетона или металла либо в виде коллекторов различной конфигурации, либо в виде ряжевых конструкций [1].
Более простым и по некоторым показателям более эффективным является фильтрационно-селективное водоприемное устройство, конструкция которого разработана в лаборатории фильтрационных исследований ВНИИГ применительно к конкретным условиям технического водоснабжения Печорской ГРЭС с циркуляционным расходом 90 м3/с (после ввода в эксплуатацию второй очереди, когда мощность станции составит 2510 МВт) и средним расчетным температурным перепадом на конденсаторах турбин ∆t = 9°С.
В настоящее время циркуляционная вода охлаждается в расположенном на правобережной террасе долины р. Печоры наливном водохранилище емкостью 33,4 млн. м3, с площадью зеркала 5,74 км2 и средней глубиной 5,9 м (при нормальном подпертом уровне).
Согласно первоначальному проекту, разработанному бывшим рижским отделением ТЭП, нормальный режим технического водоснабжения станции может быть обеспечен при наличии глухой струенаправляющей (разделительной) дамбы длиной 3,5 км, в створе которой глубины водохранилища почти повсеместно находятся в пределах от 6 до 8 м.
Однако уже во время строительства первой очереди ГРЭС было принято решение уменьшить до 0,9 км длину струенаправляющей дамбы и для сохранения теплового баланса дополнить систему охлаждения глубинным водоприемником галерейного типа с трубчатыми водовыпусками. Но поскольку в конструктивном исполнении водоприемника были допущены грубые ошибки, верхний его грунтовый оголовок пришлось удалить, вследствие чего в начале подводящего канала образовался затопленный порог; через который в настоящее время осуществляется перетекание воды из более прогретых в летний сезон верхних слоев водоема, что, в конечном счете, привело к существенному снижению выработки электроэнергии.
Вместе с тем, выполненными натурными наблюдениями за гидротермическим режимом водохранилища ГРЭС установлена четко выраженная в летние месяцы глубинно-температурная стратификация с перепадом температур до 7°С в пределах области, удаленной всего лишь на 100 - 250 м от оголовка существующей разделительной дамбы (рис. 1). Но при этом следует отметить, что электрическая нагрузка станции в летние месяцы не превышала 300 МВт.
Как видно, при увеличении мощности станции (и соответственно расхода охлаждающей воды) тепловой “вклад” верхнего нагретого слоя будет увеличиваться, а зона водохранилища с глубинной стратификацией - смещаться в юго-восточный его сектор.
Кроме того, известно, что в зимний период, при очень низких температурах наружного воздуха, из верхних переохлажденных слоев открытых участков водохранилища в подводящий канал поступает шуга и, чтобы избежать засорения решеток насосных агрегатов, приходится делать подпитку канала теплой водой. Тем самым создаются дополнительные трудности при эксплуатации системы водообеспечения станции, от которых можно было бы избавиться при селективном заборе воды из нижних более теплых в зимний период слоев водоема.
Как видно, в сложившихся условиях эксплуатации ГРЭС целесообразно возобновить в системе ее водообеспечения селективный отбор воды, но на основе принципиально иной концепции, функционально совместив удлиненную разделительную дамбу с фильтрационно-селективным водо- приемным устройством, отличие которого от давно известных фильтрующих насыпей [2] состоит в том, что водозаборный участок дамбы возводится из несортированного каменного материала (горной массы), отсыпаемого в воду с торцевой бровки готовой насыпи (рис. 2).
Конкретно, с целью обеспечения расчетной водопропускной способности фильтрующего участка дамбы, предлагается при ее возведении использовать эффект фракционирования (сегрегации) каменного материала, когда в процессе его отсыпки нижняя (придонная) зона насыпи формируется из содержащихся в материале крупных камней, а верхняя (пригребневая) и хорошо уплотненная зона, с избыточным содержанием в ней мелкозернистых фракций, оказывается слабопроницаемой, вследствие чего обеспечивается возможность селективного перетока воды через тело дамбы из придонных, более холодных слоев водоема.
Оказалось, что для возведения такой фильтрующей дамбы вполне пригоден по всем параметрам (прочности, водо- и морозостойкости) получаемый в местном Кожвинском карьере каменный материал с массовым содержанием в нем фракций крупнее 0,3 м не менее 50%. (В данном случае полностью исключается возведение дамбы отсыпкой песчаных грунтов, так как при этом циркуляционная вода окажется сильно загрязненной взвесью содержащихся в грунтах пылевато-глинистых фракций.)
Рис. 2. Технологическая схема возведения первого (цокольного) яруса фильтрующей дамбы из горной массы:
1 - отвал несортированной горной массы; 2 - автосамосвал КрАЗ-256Б; 3 - бульдозер ДЗ-110А; 4 - песчано-гравийное покрытие; 5 - верхняя слабопроницаемая зона насыпи; 6 - нижняя фильтрующая зона насыпи; 7- песчаное основание дамбы
Чтобы обосновать возможность реализации данного, не имеющего прямых аналогов варианта водозаборного сооружения, необходимо было в процессе опытно-конструкторских разработок решить следующие задачи:
исходя из гарантированного фракционного состава каменного материала определить расчетными методами его водопроницаемость (фильтрационные характеристики) и затем - протяженность водоприемного участка разделительной дамбы (имея при этом в виду обеспечение перетока воды с расчетным расходом в паводковый период), а также эрозионную устойчивость грунтов основания;
оценить степень карбонатной минерализации водохранилища при наличии в нем фильтрующей дамбы, отсыпанной из известнякового каменного материала, а также влияние на работоспособность дамбы фитопланктона.
