УЛУЧШЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ МАЛОЙ ГЭС С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГИДРОЦИКЛОННОГО УЗЛА ВОДООЧИСТКИ

Необходимость улучшение технологической схемы малой ГЭС путем усовершенствования узла водообеспечения связана с тем, что наличие отстойников в существущих конструкциях приводят к увеличению затрат на строительство указанного узла до 25-30% [1].

Поэтому, в Казахском национальном исследовательском техническом университете имени К.И.Сатпаева был предложен заменить отстойники малых ГЭС, работающие в горных условиях, на более компактные гидроциклоны для очистки воды (инновационный патент РК №25130 «Малая деривационная гидроэлектростанция», 2011). Это обеспечивает снижение вышеприведенных затрат до 7%.

Общий вид разработанной схемы малой ГЭС,снабженная гидроциклоном показан на рисунке 1 [2]. Как видно из рисунка 1, в головной части водоподающей линии для гидротурбины от водозабора или напорного бассейна в отличие от существующих ГЭС расположен гидроциклонный пескоулавливатель, заменяющий ранее используемые отстойники больших размеров и сложной конструкции.

Установка гидроциклона в приведенном варианте производится на донной части деривационного канала четырехугольной формы (рисунок 2).

Рисунок 1. Общая технологическая схема усовершенствованного варианта малой ГЭС, снабженная гидроциклона

Рисунок 2. Узел водоочистки ГЭС, установленный в головной части водозабора

При этом, вода с механическими примесями, перемещающиеся за счет скоростного напора в канале, попадает тангенциально в гидроциклон и очищается от твердых составляющих. Очищенная часть, через верхний сливной патрубок, расположенный по направлению течения жидкости, попадает в канал и подается к рабочим насадкам гидротурбины. А улавливаемые механические примеси (пески) выносятся к наружу через нижнее песковое отверстие. Площадь пескового отверстия может изменяться с помощью сменных разгрузочных насадок.

Смоторовой колодец с размерами 2,7х1,1х1,8 м предназначен для обслуживания техниками работу гидроциклона по сгущению массы и регулированию выноса ее из пескового отверстия, а также удаленнию (перемещению) ее по пескоотводящей трубе.

Для того, чтобы обеспечить полноту поступления воды с мехпримесями в приемную камеру за гидроциклонами предусмотрен порог,высотой, равной высоте цилиндрической части гидроциклонного аппарата.Расположение направляющей трубы на уровне порога обеспечивает стаблизацию водообеспечения и позволяет улавливать некоторое содержание сплывающих примесей,если они прошли мимо гидроциклона и порога для их удерживания.

Применяемый гидроциклонный способ улавливания механических примесей имеет ряд существенных преимуществ перед другими способами очистки воды, в частности от отстойника:

• простота конструкции, монтажа, регулировки и эксплуатации;
  • повышенный ресурс работы узла водообеспечения;
• высокая степень очистки от абразивных механических частиц;
• незначительные потери жидкости через песковую насадку - до 2-3%;
• отсутствие автономного насоса и привода, т.к. работает за счет
• перепада деривационного канала или трубы.

Они при необходимости могут быть заменены на новые или восстановлены в ходе эксплуатации малой ГЭС.

При выполнении проекта, в целях выбора оптимальной конструкции используемого устройства для водоочистки, было произведено моделирование процесса разделения механических примесей из воды в гидроциклоне с учетом особенностей изучаемых условии.

В случае необходимости пропуска воды значительного обьема, превышающего расход единичного гидроциклона, можно параллельно установить несколько гидроциклонов (рисунок 3).

Рисунок 3. Параллельное расположение гидроциклонов внутри деривационного канала малой ГЭС

В общих условиях выбор типа гидроциклона производится на основе технико-экономического сравнения строительных и эксплуатационных показателей узла водоочистки с учетом наличия достаточного гидравлического уклона тракта водоподачи и свободных расходов воды, необходимых для разделения двухфазной жидкости. В виду того, что проектируемая песколовка по нашему решению будет установлена на донной части деривационного канала, ее основные параметры должны обеспечивать оптимальный режим работы канала и гидротурбины ГЭС. Скорость воды в деривационном канале, необходимая для нормального функционирования гидроциклонов принимается на основе расчета, по условию незаиляемости и неразмываемости их русла, с учетом переменного расхода воды.

Основным узлом обеспечения очищенной водой является гидротурбина малой ГЭС. Поэтому напорно-расходная характеристика гидроциклона должна соответствовать ее рабочим параметрам.

Как известно, основными расчетными параметрами гидротурбин при заданных максимальном, расчетном по мощности и средневзвешенном по выработке напорах и мощности, подлежащими определению в проекте ГЭС, являются [3]:

• номинальный диаметр рабочего колеса;
• номинальная частота вращения;
• коэффициент полезного действия в расчетной точке;
• требуемая высота отсасывания.

Требования к гидротурбине, объем и характеристики систем и вспомогательного оборудования, поставляемого комплектно с гидротурбиной, определяется нормами и требованиями стандарта.

Для расчета и проектирования установок гидроциклонных песколовок должны быть заданы те же параметры по воде и по загрязнениям, что и для отстойников. Гидравлическая крупность частиц, которые необходимо выделить для обеспечения требуемого эффекта очистки, определяется при требуемой высоте слоя воды. Основной расчетной величиной гидроциклонов является производительность по очищенной воде и степень очистки. Исходя из общего обьема подаваемых вод Qw определяется количество рабочих единиц гидроциклонов: Nг = Q_W/Qг.

После назначения диаметра аппарата и определения их количества устанавливались основные параметры гидроциклонов (диаметр Dг = 700 мм, общая высота Нг = 1565мм, производительность Qг = 1500-2000 м3/ч).

Угол наклона образующей конической части гидроциклонов в каждом конкретном случае задается в зависимости от свойств выделяемого осадка. Ввиду того,что гидроциклоны значительного диаметра (700—1000 мм) аналогично нашему, устанавливаются в тех узлах технологической схемы, в которых необходимо обрабатывать объемы загрязненной воды при размере граничного зерна разделения 0,4—0,5 мм, для головного сооружения были приняты размеры в этих пределах. При малой производительности и необходимости разделения песка незначительной крупности (0,2—0,4 мм), как в случае охлаждения воды в узле технического водоснабжения ГЭС, рекомендовано гидроциклоны с диаметрами в пределах 350— 500 мм.

На основании приведенных предпосылок и с использованием расчетных данных был изготовлен опытный образец гидроциклонного пескоулавливателя,который в настоящее время проходить апробацию технологического процесса в реальных условиях.

Список литературы:

1. Гидротурбины. Организация эксплуатации и технического обслуживания. Нормы и требования // Стандарт ОАО «СО ЕЭС». – М.,2008. – 86с.
2. Использование водной энергии: Учебник для вузов. / Под. ред. Ю.С. Васильева – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1995. - 608 с.
3. Касымбеков Ж.К., Касымбеков Г.Ж. Эффективный способ обеспечения малой ГЭС очищенной водой без отстойника // Журнал «Водное хозяйство Казахстана», №10. - Астана,2013. С.35–39.