一种用于火核电厂的排水消泡系统和方法与流程

本发明涉及一种用于火核电厂的排水消泡系统和方法，是一种水工设施和设计方法，是一种减少排水泡沫污染的环保系统和方法。

背景技术：

火/核电厂排水泡沫环境影响问题普遍存在。早期工程对排水泡沫污染问题的重视程度不够，电厂排水基本没有采取防泡、消泡措施，泡沫问题比较严重。近年来随着全民环保意识的不断增强，电厂排水工程设计开始考虑防泡、消泡的措施，但从已采用消泡措施的核电厂运行效果来看，仍普遍存在两方面问题：其一是工程措施难以适应潮位变化的需求，在低潮位条件下排水易于掺气产生泡沫，且携带至外海，形成泡沫污染带；其二是现有工程措施无法完全阻止泡沫产生，基本采用拦泡墙等措施将泡沫围堵在虹吸井堰后区域，堰后区域泡沫逐渐堆积，易于出现泡沫溢出虹吸井、污染厂区等的现象，需进一步采用工程措施避免泡沫堆积、漫溢现象出现。

技术实现要素：

为了克服现有技术的问题，本发明提出了一种用于火核电厂的排水消泡系统和方法。所述的系统和方法通过在排水虹吸井外设置多种消泡设施，将泡沫消除，避免对排水受纳水域污染。

本发明的目的是这样实现的：一种用于火核电厂的排水消泡系统，包括：设置在进水前池出水侧的溢流堰和扩散形的堰后池渠，所述的堰后池渠中依次设置至少一道消能孔板和拦泡墙，所述的消泡孔板与拦泡墙之间的水域上方设有喷淋水设施。

进一步的，所述的溢流堰的堰顶、背水面、堰后的扩散段池渠地板为光滑过渡的曲面坡面。

进一步的，所述的消能孔板为2-4道，各道消能孔板之间的距离为800-1400毫米，相邻消能孔板上的孔洞交错布置。

进一步的，所述的消能孔板上的孔洞为纵横直线排列，孔洞之间最小距离为350-390毫米。

进一步的，所述的拦泡墙为一道胸墙，所述的胸墙的上端与扩散段池渠上端平齐，下端与扩散段池渠地板保持距离。

进一步的，所述的拦泡墙距离最接近的消能孔板的距离L_f为：

L_f=VH/V_f ，

式：V_f泡沫上升的速度，H为控制工况的水位，V为消能孔板下游断面平均流速。

进一步的，所述的喷淋水设施是排列在拦泡墙和最后一道消能孔板之间水域上方的多个喷水口，所述的喷水口与多根喷水母管连接，所述的喷水母管与抽取电厂排水的水泵连接。

进一步的，所述的喷淋水设施的喷水口的排列方式为：纵横排列在一个平面内的M×（N+n）个喷水口，其中：M为与水流方向垂直的横排排列的喷水口排数，N为靠近消能孔板一侧沿水流方向的纵列喷水口的列数，n为靠近拦泡墙一侧沿水流方向的纵列喷水口的列数。

进一步的，所述的喷水口的参数如下：

喷水口的喷水方向与水平面向成20-40度仰角，其中，N排喷水口指向消能孔板，n排喷水口指向拦泡墙；

喷水口的出口平均流速不小于2.0m/s；

喷口的出口直径为5-10毫米；

喷口之间与水流方向垂直的间距1/M为80-120毫米；

喷口之间沿水流方向的间距1/N和1/n按如下公式计算：

；

式中：n为喷口流速、θ为喷口方向、L_平均潮位为平均潮位，L_百年一遇为百年一遇高潮位。

一种使用上述系统的用于火/核电厂的排水消泡的方法，所述方法的步骤如下：

水流从虹吸井中漫过溢流堰，沿溢流堰的堰顶和背水坡面平稳的流入堰后池渠；

堰后池渠中的水流受到消能孔板的作用，水位抬高，沿溢流堰背水面流下的水流表现为淹没式水跃；

水流通过第一道孔板匀流后，紧接着通过后面几道孔板，在后面几道孔板中，水流在各道孔板间激烈碰撞、消能，减小孔板下游水体水面波动，经过几道孔板，促使堰后水深加大，降低了水流流速，促使水流流速分布均匀；水面原有的一部分泡沫会留在孔板前缘和孔板之间，由于受到水流的冲击，并不会堆积起来；

经过消能孔板后，水体中剩余的泡沫会很快的从水中上浮至水面，形成泡沫，由于拦泡墙是胸墙，底部流通，水面阻隔，使浮在水面的泡沫不能通过拦泡墙底部流出，泡沫被拦泡墙拦截在拦泡墙上游；

对拦泡墙上游的泡沫喷水，喷出的水流向上方射出，利用重力使水束在空中扩散，以自由落体的形式进入下方的水体中，自由下落的扩散水滴击碎水体表面的泡沫，将拦泡墙拦截的泡沫消除掉，不含泡沫的水体从拦泡墙底部流出。

本发明产生的有益效果是：本发明通过在火/核电厂的排水虹吸井外设置消能孔板、拦泡墙、喷淋水设置等措施，将电厂产生的泡沫在排入外部水域前完全处理掉，避免了在排水口附近水域出现成片泡沫的污染现象，本发明能够在不增加开挖土方量的前提下，直接在原有的排水扩散池渠中设置消除泡沫的设施，实现消泡功能。本发明适应性强、高效、绿色无污染的特点，且结构简单，运行和维修费用较低。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明的实施例一所述系统的结构平面示意图；

图2是本发明的实施例一所述系统的结构立面图；

图3是本发明的实施例四所述的消能孔板的孔洞排列示意图；

图4是本发明的实施例九所述的喷水口示意图；

图5是本发明的实施例九所述的喷口横向排列示意图。

具体实施方式

实施例一：

本实施例是一种用于火/核电厂的排水消泡系统，如图1、2所示。本实施例包括：设置在进水前池1出水侧的溢流堰2和扩散形的堰后池渠3，所述的堰后池渠中依次设置至少一道消能孔板4和拦泡墙5，所述的消泡孔板与拦泡墙之间的水域上方设有喷淋水设施6。

在未设置本实施例所述系统之前，电厂排水从溢流堰跌落后，在溢流堰末端附近，形成水跃，水流激烈旋滚，掺入空气，产生大量的泡沫，泡沫随着电厂排水被带入到外海。另外，受水跃的影响，虹吸井下游横断面的流速分布很不均匀，水面波动比较大。不同堰后水位，水跃形式亦不同。当堰后水位较低时，为远驱式水跃，旋滚区沿水流方向延伸较长，产生的泡沫量很大。当堰后水位较高时，堰后水体表现为淹没式水跃，水流紊动较小。堰后水位越高，水跃影响区越短，水流紊动相对较弱，掺气量也相对较小，产生的泡沫量相对较小。

本实施例在堰后设置孔板，堰后水流受到消能孔板的作用，水位抬高，均表现为淹没式水跃。水流通过第一道孔板匀流后，紧接着通过第二道孔板，水流在多道孔板间激烈碰撞，消能效果良好，孔板下游水体水面波动很小。几道孔板后的水流流速分布均匀性很好，水深较大，流速降低。一部分泡沫会留在孔板前缘和孔板之间，由于受到水流的冲击，并不会堆积起来；另一部分水体中泡沫会很快的从水中上浮至水面，受到拦泡墙的拦截作用，这部分泡沫被拦截在拦泡墙前缘，结合喷淋水消泡措施，可将拦泡墙拦截的泡沫消除掉。

溢流堰可以是平顶或圆弧顶的溢流堰，溢流堰的背水面可以是直上直下的，也可以是倾斜的。较好的选择是堰顶为圆弧形，背水面为倾斜面，并与堰顶的圆弧面光滑连接，使溢流水流十分平稳的流向下游，避免下游出现旋流。

孔板可以有多道，一般可以设置两道，三道或四道，视水流中的能量而定，水流中的能量越大，则增加消能孔板的数量。

拦泡墙可以是一种胸墙，即底部联通上下游水域，而上半部分露出水面，并将上下游水面隔开，这样可以将水面的泡沫拦截，而使水体排出。

喷淋水设施的所用是利用水滴的冲击，击碎泡沫，起到消泡的作用。喷淋水可以直接取自于电厂排水。通过水泵抽取电厂排水，通过母管连接的喷水口，喷洒在消能孔板与拦泡墙之间的水域中。由于泡沫集中在拦泡墙的上游和消能孔板的下游，可以将喷水口设置为两组，一组在拦泡墙上游，一组在消能孔板下游，集中对这两处的泡沫进行处理。

实施例二：

本实施例是实施例一的改进，是实施例一关于溢流堰的细化。本实施例所述的溢流堰的堰顶、背水面、堰后的扩散段池渠地板为光滑过渡的曲面坡面。

本实施例挑选堰顶和堰背水面光滑曲面连接的溢流堰，虽然是常规的溢流堰，但对消除泡沫十分重要，这种溢流堰可以使下游水流十分平稳，配合下游消能孔板促成的高水位，可以尽可能的减少水中泡沫的产生，减少消泡的压力。

实施例三：

本实施例是上述实施例的改进，是上述实施例关于消能孔板的细化。本实施例所述的消能孔板为2-4道，各道消能孔板之间的距离D为800-1400毫米，见图2，相邻消能孔板上的孔洞交错布置。

消能孔板一般使用两道即可，但在一些情况下，如溢流堰落差较大，使水中带有的势能较大时，应当考虑设置较多的消能孔板。

孔板之间的距离与水流中泡沫的大小有关，泡沫越大则孔板之间的距离相对大一些，有利用消能和平稳水流，拦截泡沫。

实施例四：

本实施例是上述实施例的改进，是上述实施例关于消能孔板的细化。本实施例所述的消能孔板上的孔洞401为纵横直线排列，孔洞之间最小距离（孔中心到孔中心）d为350-390毫米，如图3所示。

本实施例中孔板上的孔洞，是纵横排列的，孔洞之间的纵横距离可以是相等的，如图3所示，也可以是横排孔洞之间的距离相等，纵列孔洞之间的距离小于或大于横排孔洞之间的距离。孔洞的半径在100-150毫米之间选择。

实施例五：

本实施例是上述实施例的改进，是上述实施例关于拦泡墙的细化。本实施例所述的拦泡墙为一道胸墙，所述的胸墙的上端与扩散段池渠上端平齐，下端与扩散段池渠地板保持距离。

本实施例所述胸墙的意思是，墙的底边并不与底板连接，可以通过水流，而胸墙的上部露出水面，也就是说水流只能从胸墙的底边通过，胸墙上下游的水面是隔绝的。由于通过消能孔板的作用，水体中的泡沫部分浮出水面，同时由于扩散池渠的作用，也促使水体中的泡沫浮出水面，也就是说，泡沫集中在胸墙和消能孔板之间水域的水面上。由于胸墙上下游的水面是隔绝的，因此，可以有效的阻止泡沫流出扩散段池渠。

实施例六：

本实施例是上述实施例的改进，是上述实施例关于拦泡墙与消能孔板的细化。本实施例所述的拦泡墙距离最接近的消能孔板的距离L_f（见图2）为：

L_f=VH/V_f ，

式：V_f泡沫上升的速度，H为控制工况的水位，V为消能孔板下游断面平均流速。泡沫（泡沫的直径为2~5mm ）上升的特征速度为0.2m/s。泡沫越大，上升速度越大。

消能孔板与拦泡墙之间是一片相对开阔的水域，可以使水体中的泡沫浮出水面，因此，两种之间的距离与泡沫上述的速度、水位和流速有关。

实施例七：

本实施例是上述实施例的改进，是上述实施例关于喷淋水设施的细化。本实施例所述的喷淋水设施是排列在拦泡墙和最后一道消能孔板之间水域上方的多个喷水口，所述的喷水口与多根喷水母管连接，所述的喷水母管与抽取电厂排水的水泵连接。

本实施例直接抽取电厂排水，对拦泡墙和消能孔板之间水域中的泡沫进行喷淋。母管可以是纵向排列，也可以是横向排列。

实施例八：

本实施例是上述实施例的改进，是上述实施例关于喷水口的细化。本实施例所述的喷淋水设施的喷水口的排列方式为：纵横排列在一个平面内的M×（N+n）个喷水口，其中：M为与水流方向垂直的横排排列的喷水口排数，N为靠近消能孔板一侧沿水流方向的纵列喷水口的列数，n为靠近拦泡墙一侧沿水流方向的纵列喷水口的列数，如图1、2所示。

根据泡沫在拦泡墙前堆积范围以及电厂排水虹吸井的平面布置，喷水口布置在控制水位以上1.0m处。本实施例将纵向排列的喷水口分为两部分N和n，其中n为朝向下游，用于消除拦泡墙前堆积的泡沫，N为朝向上游，用于消除过堰水流跌落和水流经过消能孔板产生的泡沫，覆盖整个泡沫产生区和堆积区。

横向排列的喷水口为M个。横向排列的喷水口可以布置在一根母管上，如图1、2所示，这样可以排列得比较密集，两排相邻的喷水口可以交错排列，起到更好的喷淋效果。

实施例九：

本实施例是上述实施例的改进，是上述实施例关于喷水口的细化。本实施例所述的喷水口的参数如下：

喷水口的喷水方向与水平面之间的仰角 α为20-40度，如图4所示，其中，N排喷水口指向消能孔板，n排喷水口指向拦泡墙。图4中显示的是横排喷水口601安装在一根母管602上，母管中心轴线方向与水流方向垂直，喷水口是一段与母管连接的短管。喷水口的出口平均流速不小于2.0m/s。喷水口的出口直径（可以是短管的内径）为5-10毫米，喷水口之间与水流方向垂直的间距l（1/M，如图5所示）为80-120毫米，喷水口之间沿水流方向的间距L（1/N或1/n，如图2所示）按如下公式计算：

，

式中：L_max为最大间距、n为喷口流速、θ为喷口方向、L_平均潮位为平均潮位，L_百年一遇为百年一遇高潮位。

实施例十：

本实施例是一种使用上述系统的用于火核电厂的排水消泡的方法。所述方法的基本思路是，利用消能孔板加深堰后水深，避免堰后水跌产生更多的泡沫。同时利用消能孔板平稳堰后水流，利用扩散形的堰后池渠降低水流的流速，促使堰后水流平稳，消能孔板能够将浮到水面的部分泡沫拦截，由于是多道消能孔板，各道孔板之间的距离不大，使泡沫在各道孔板之间无法聚集，而进入消能孔板下游的水域。

消能孔板下游水域设置底部流通，而上部隔绝的胸墙（拦泡墙），在水流平稳，且流速降低的情况下，水中的大部分泡沫会浮出水面，在拦泡墙的作用下，水面的泡沫不能流过拦泡墙进入下游，只能聚集在拦泡墙与消能孔板之间的水域中，这是采用喷淋水的方式，利用喷淋出的水滴击碎泡沫，消除水体表面的泡沫。

喷淋水采用向上方喷水的方式，利用重力，使向上方喷出的水束散开，并在重力的作用下扩散并落入下方的水体中。如果直接将水束喷向水体，由于水束的冲击力，会造成更多的泡沫。

经过上述处理后，排出的水流消除了90%以上的泡沫，基本上没有成片的泡沫出现，完全符合环保的要求。

所述方法的步骤如下：

水流从虹吸井中漫过溢流堰，沿溢流堰的堰顶和背水坡面平稳的流入堰后池渠。由于强调堰顶和背水面的曲面的光滑连接，使水流平稳的流过溢流堰，尽量减少堰后水流的搅拌，形成更多的泡沫。

堰后池渠中的水流受到消能孔板的作用，水位抬高，沿溢流堰背水面流下的水流表现为淹没式水跃。堰后水位较低时，为远驱式水跃，旋滚区沿水流方向延伸较长，产生的泡沫量很大。当堰后水位较高时，堰后水体表现为淹没式水跃，水流紊动较小。堰后水位越高，水跃影响区越短，水流紊动相对较弱，掺气量也相对较小，产生的泡沫量相对较小。

水流通过第一道孔板匀流后，紧接着通过后面几道孔板，在后面几道孔板中，水流在各道孔板间激烈碰撞、消能，减小孔板下游水体水面波动，经过几道孔板，促使堰后水深加大，降低了水流流速，促使水流流速分布均匀。水中原有的一部分泡沫会留在孔板前缘和孔板之间，由于受到水流的冲击，并不会堆积起来。

经过消能孔板后，水体中剩余的泡沫会很快的从水中上浮至水面，形成泡沫，由于拦泡墙是胸墙，底部流通，水面阻隔，使浮在水面的泡沫不能通过拦泡墙底部流出，泡沫被拦泡墙拦截在拦泡墙上游。

对拦泡墙上游的泡沫喷水，喷出的水流向上方射出，利用重力使水束在空中扩散，以自由落体的形式进入下方的水体中，自由下落的扩散水滴击碎水体表面的泡沫，将拦泡墙拦截的泡沫消除掉，不含泡沫的水体从拦泡墙底部流出。

最后应说明的是，以上仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳布置方案对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案（比如消能孔板的形式、胸墙的形式、整体结构形式、步骤的先后顺序等）进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。