电厂取排水工程布置对水域环境的影响

电厂取排水工程对水域环境的影响
辽宁大唐国际庄河核电有限责任公司崔晶
1 背景及意义
随着经济和社会的持续发展，用电量也飞速增长，为了满足人们生产和科索沃的用电需求，其主要方式是发电厂的改建、扩建和增容，其中许多是火电站和核电站。

火力发电和核能发电都需要对发电设备进行冷却，这就需要大量的冷却水。

因此，大型核电、火电站大多靠近海湾、河口、湖泊、水库等处选址，以便就地利用水资源时行冷却。

冷却水以温排水的形式排放到水体。

本文结合浙江大唐乌沙山电厂取排水对周围水域的影响来进行分析。

浙江大唐乌沙山电厂利用象山港海水冷却，4台600MW机组冷却需要大量冷却水，由于冷却水温度偏高，特别是夏季时候取水温度偏高，使得港内水域环境受到破坏，附近海域海底栖生物各类贫乏，栖息密度和生物量均较低，尤其是电厂试运行后，该海域栖生物的种类和数量均有明显下降，水域环境破坏主要体现在水域污染上，其形式有很多，如病原体污染、需氧物质污染、放射性污染、重金属污染及热排放污染等。

本文主要收集乌沙山电厂温排水对环境可能造成破坏的资料，并结合实际数据找到环境可能遭到破坏的原因，并通过改进取排水布置方式找到切实可行的降低温排水对环境的影响的技术改进方案。

2 温排水基本理论
现代火电站和核电站发电机组广泛采用的凝汽器式，蒸汽经过汽轮机各级叶轮做功后，成为携带大量废热的乏汽并排至汽轮机冷端----凝汽器。

凝汽器一般直接采用水作为冷却工质来冷却乏汽。

低温冷却水在与凝汽器进行热交换后，温度一般提高8-15度。

这种携带大量废热并排放到邻近水域，使环境水域温度升高，而且诸多质量进入受纳水域后，使水体温度升高，可能对水体中的生态系统造成一定的影响。

从水与生态环境的角度考虑，由于温排水属于点源排放，局部水域温度由温排水的不断汇入，大量废热来不及扩散而逐渐升高，使得水体的自净能力大大减弱，应避免第二种热量转移的发生。

我们需要对温排水的热力特性进行分析，对由于电厂温排水引起的热污染范围和程度进行预测，从而能够得出温排水对水域环境的影响的评估。

3 电厂温排水对周围水域的影响方式
温排水进入收纳水域后，与水体的混合分为三个阶段。

第一阶段称为初始稀释段，即在离开排水口以后以射流的方式与周围水体掺混而扩散，直到垂线上均匀混合的范围，当射流的初始动量和浮力作用逐渐消失之后，进入第二阶段，热水带逐渐扩散，如尚未扩展到河流的全断面，则将随着水流运动，并由于湍动而继续向前扩散。

当射流断面上流速相对水流速度很小甚至为零时，混合进入第三阶段。

以后沿水流方向随流扩散，可称为离散段。

由于第一阶段是发生在排水口附近水域，一般称之为近区，而第二阶段和第三阶段称为远区。

在近区，较环境水流温排水的初始动量较大，温排水维持自身射流的特征明显。

其次，温排水沿轴向射流的作用还受到水流浮力作用。

因此，在排水口局部区域的流体流动特性非常复杂。

到远区，随着温排水的初始动量的减弱，浮力作用逐渐占主导地位，温排水上浮且逐渐随水流继续扩散。

在排水口近区，温排水具有湍动性，因此，受纳水体的动量、能量、温度由于温排水的汇入会重新分配和变化，并形成特定的流场及温度场。

温排水在水域中的流动扩散形成平面和垂向的流速分布和温度分布。

根据流体运动状态的不同，温排水的运动可分为平面型、过渡型和分层型。

平面型指水体沿深度方向温度均一变化且无分层流动。

过度型是介于平面型和分层型之间但无特别明显的规律。

分层型指温排水由水体表层排入环境水体，而底层低温水流和表面排水方向相反。

4 温排水布置对水域环境影响的分析
温排水还将对水体的水质及生态等环境产生影响，造成严重的水环境污染问题。

例如：水温升高会使水中饱和溶解氧降低，容易引发赤潮；许多对温度敏感的动物（如鱼类），因水温升高将会受到迁徙、死亡的威胁。

温排水的其他影响都是对水质方面的影响，冷却水通过冷却设备后排放到水体中，污染物随之发生了转移，而流经冷却设备后的冷却水，其中污染物质经过蒸发浓缩，其浓度增大，这样必然会使得排水的污染物浓度有所升高，随着水温的升高，排放口周围水体中污染物质的浓度也会发生变化，水体的盐度会增大。

盐度增大，腐蚀性增大，这样就对航运、防洪等都会带来影响。

因此，沿海地区热（核）电厂既要保证取得较低的取水，提高凝汽器真空值，还要减少温排水对附近海域的热污染，保护电厂附近海域的生态环境。

浙江大唐乌沙山电厂厂址位于象山港中部，象山港地处浙江中部沿海，是一个东北向西南深入内陆的狭长型半封闭海湾。

由于沿海地区特殊的人文地理环境，该地区电厂的冷取水一般采用差位式取排水布置方式。

差位式取排水方式主要利用了潮流特征，将取排水口间转移到垂直水流方向的法向间距上来，形成比较明显的冷、热水通道。

差位式取排水方式对水域水温的影响因素主要体现在管径变化、管道间距、来流流速等。

在管道间距及流速固定情况下，随着管径增加，携带大量废热的温排水区域面积逐渐增大，温排水受自身射流初动量及水体浮力共同作用，向对岸及上、下游扩散的作用越来越明显。

温排水的射流核心在高温区明显增大，使得受纳水体的温升值明显增加，对环境水体水质及对岸的影响更为严重。

同时，温排水对环境水域中的浮游植物和动物的影响也越为严重。

考虑冷却水的抽取，由于取水泵的抽吸作用，环境水体及部分温排水有逆流趋势。

而且，随着管径的增加，温排水的回流区逐渐增大，回流至水体中心的高温温排水量逐渐增加。

回流至水体中央的温排水和温排水自身的射流体共同影响着环境水体的温度，水体水质及该水域水生动植物的生长甚至生存条件。

管道间距的变化也会对取水泵的回流的温排水抽吸作用有所改变。

随着管道间距的增加，取水泵对回流温排水的抽吸效果减弱，温排水在上游形成的回流区的面积减弱，温排水向下游扩散的效果增强，与水体掺混的作用加强，随水流带走的废热增多，下游中高温温排水量减少，由温排水废热产生的温升对环境水体生态系统的影响将减弱，对整个水域生态系统的影响减弱。

当管径及管道间距不变时，来流流速的变化也会对取排水温度的流场分布产生变化。

在射流与环境水流垂直的情况下，当来流存在一定的流速时，由于水流在来流方向上的冲刷剪切作用，射流会有一个随水流向下游倾斜的趋势。

随着来流流速的增大，温排水的射流体向下游倾斜的趋势有明显的增加，排水管道上游高温的温排水量大大减少，且温排水在上游的回流区的面积逐渐较少。

因此，从对环境水体影响的角度而言，随着管道间距的增加，虽然取排水占的水域面积有所增加，但是对受纳水体的影响却是减小了。

以上为设计阶段需论证的数值，在机组运行时提高机组循环热效率以降低循环水排水温度对水域环境影响也有着至关重要的作用。

冷却水量、冷却水温、
真空严密性、真空系统抽气能力、热力系统疏水量等等都能对机组的取排水温度产生影响，进而影响附近水域的生态环境。

1.6 结论
本文阐述了电厂温排水的基本理论及热力扩散特性，对温排水对水域的影响方式进行了简单的介绍，并主要分析了取排水工程布置在设计施工时的取水管径、管道间距、来流流速等因素对周围水域环境的影响并得出结论。