Комплексный подход к оценке состояния поверхности намывных золошлакоотвалов в различные периоды года

• Автор: Фролов, Андрей Николаевич
• Шифр специальности: 05.23.07, 05.23.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 177 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Глава 1. Состояние вопроса и постановка задачи
1.1. Общие сведения о золошлакоотвалах и системах гидравлического удаления отходов сжигания твердого топлива на тепловых электростанциях
1.2. Гидротермический режим прудов-отстойников, других водоемов, использующихся в различных отраслях
1.3. Исследования и методы расчета осаждения пульпы на надводном откосе и осветления воды в отстойных прудах хранилищ отходов
1.3.1. Исследования и методы расчета осаждения пульпы на надводном откосе
1.3.2. Исследования и методы расчета осветления воды в прудах-отстойниках
1.4. Определение составляющих (элементов) водного баланса хранилищ жидких отходов17
1.4.1. Уравнения водного баланса хранилищ отходов
1.4.2. Основные составляющие (элементы) водного баланса
1.5. Исследования на золошлакоотвалах ТЭС
1.6. Постановка задачи и цели исследований
Глава 2. Натурные исследования на поверхности золовшакоотвалов, исследования ВОДНО-ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЗОЛОШЛАКОВЫХ отходов
2.1. Основные результаты обследований верховой поверхности ЗШО
2.1.1. Верховая поверхность ЗШО в бесснежный период
2.1.2. Верховая поверхность ЗШО в зимний период
2.2. Исследования температурного режима русловых потоков и отстойных прудов золошлакоотвалов ТЭС
2.2.1. Исследования температурного режима пульпы, поступающей на золошлакоотвал в зимний период, и отводимой с сооружения осветленной воды
2.2.2. Исследования температурного режима в русловых потоках и в отстойном пруду
2.3. Исследования процессов осаждения золы на надводном откосе и в отстойном пруду в зимний период эксплуатации
2.3.1. Общие положения
2.3.2. Профили, другие параметры, влияющие на осаждение золы
2.3.2.1. Параметры руслового потока
2.3.2.2. Профили отстойных прудов, толщина и шероховатость льда
2.3.3. Результаты исследований осаждения золы на надводном откосе и осветления в отстойном пруду
2.3.3.1. Исследования на ЗШО ТЭС, сжигавших кузнецкий уголь
2.3.3.2. Исследования транзитного потока в отстойном пруду
2.4. Исследования испарения с поверхности золошлаковых отходов
2.4.1. Методики исследования испарения с поверхности золошлаковых отходов
2.4.1.1. Лабораторные исследования с моделированием зоны капиллярного поднятия
2.4.1.2. Натурные эксперименты по исследованию испарения
2.4.1.3. Лабораторные исследования самоцементирующейся золы
2.4.2. Результаты лабораторных и натурных исследований испарения с поверхности золошлаковых отходов
2.4.2.1. Результаты лабораторных исследований
2.4.2.2. Результаты натурных исследований испарения
2.4.2.3. Интерпретация полученных в лаборатории результатов применительно к натурным условиям
2.4.2.4. Высота капиллярного поднятия
2.5. Исследования влагоемкости золошлаковых отходов
2.5.1. Методики исследования влагоемкости золошлаковых отходов
2.5.2. Результаты исследований влагоемкости золошлаковых отходов
2.6. Выводы
Глава 3. Совершенствование методик расчета гидротермического режима и ОСАЖДЕНИЯ ЗОЛЫ НА ЗОЛОШЛАКООТВАЛЕ

3.1. Гидротермический режим верховой поверхности ЗШО ТЭС в зимний период эксплуатации
3.1.1. Гидротермический режим ЗШО, обоснование классификации
3.1.2. Алгоритм определения типа ЗШО по гидротермическому режиму
3.1.2.1. Определение типа (состояния) эксплуатируемого ЗШО (секции ЗШО)
3.1.2.2. Определение гидротермического режима ЗШО на стадии проектирования
3.1.2.3. Назначение исходных данных по экстремальным (неблагоприятным) метеоусловиям
3.1.2.4. Обобщение гидротермического режима ЗШО на режим оборотной системы ГЗУ
3.2. Гидротермический режим ЗШО при различных конструктивно-технологических решениях складирования золо шлаковых отходов
3.2.1. Гидротермический режим ЗШО при его замыве с разных выпусков, золой способной самоцементироваться
3.2.1.1 Выпуски пульпы на ЗШО с различными температурами и расходами
3.2.1.2. На ЗШО складируются самоцементирующиеся золы
3.2.2. Гидротермический режим ЗШО при различных конструктивно- технологических решениях складирования золошлаковых отходов
3.3. Влияние гидротермического режима ЗШО теплонагруженного типа на состояние поверхности надводного откоса
3.3.1. Тепловое влияние руслового потока
3.3.2. Тепловое влияние отстойного пруда на состояние поверхности надводного откоса
3.4. Совершенствование методики расчета осаждения золошлаков на надводном откосе
3.4.1. Рекомендации по назначению параметров руслового потока на ЗШО в зимний период

3.4.1.1. Общие положения по назначению соотношения длина надводного откоса - длина отстойного пруда
3.4.1.2. Назначение параметров русловых потоков
3.4.2. Расчет скорости потока и концентрации зольных частиц на урезе отстойного пруда
3.5. Совершенствование методики расчета осветления воды в отстойном пруду
3.5.1. Рекомендации по назначению исходных данных для расчетов
3.5.1.1. Допустимые значения концентрации взвесей (золы) в осветленной воде, поступающей с ЗШО в оборотную систему ГЗУ
3.5.1.2. Назначение других параметров необходимых для расчетов
3.5.2. Методика расчета осветления воды на верховой поверхности ЗШО в зимний период
3.5.2.1. Условие не смешивания втекающих в отстойный пруд потоков
3.5.2.2. Движение транзитного потока в отстойном пруду в зимний период ЗШО нетеплонагруженного типа
3.5.3. Расчеты осветления воды на верховой поверхности ЗШО при различных соотношениях размеров надводный откос/отстойный пруд
3.5.3.1. Сопоставление расчетов осветления воды на ЗШО
3.5.3.2. Алгоритм определения минимальной длины отстойного пруда и поверхности ЗШО
3.6. Выводы
Глава 4. Совершенствование методики расчета баланса воды на золошлакоотвале85
4.1. Уравнения водного баланса ЗШО и оборотной системы ГЗУ, назначение исходных данных с учетом особенностей эксплуатации хранилища и работы ТЭС
4.1.1. Общий вид уравнений водного баланса ЗШО и оборотной системы ГЗУ
4.1.2. Условие оптимальности расчетов небаланса воды на ЗШО и в системе ГЗУ
4.1.3. Назначение объемов поступления на ЗШО золошлаковых отходов
4.1.4. Обоснование назначения площадей отстойного пруда и надводного откоса
4.1.5. Назначение расчетной обеспеченности (вероятности) вариаций атмосферных осадков и испарения с верховой поверхности
4.1.6. Общий алгоритм расчетов баланса воды на ЗШО и в оборотной системе ГЗУ
4.2. Совершенствование методики расчета испарения с верховой поверхности ЗШО
4.2.1. Испарение с поверхности надводных откосов ЗШО
4.2.1.1. Зонирование надводного откоса для расчета испарения по зонам

4.2.1.2. Испарение с золошлаковой поверхности надводного откоса в зоне влияния русловых потоков
4.2.1.3. Испарение с золошлаковой поверхности надводного откоса в зоне влияния капиллярного поднятия воды над кривой фильтрационной депрессии
4.2.1.4. Испарение с сухой золошлаковой поверхности надводного откоса
4.2.1.5. Оценка вклада испарения с надводного откоса в общее испарение с 31110
4.2.2. Испарение с поверхности отстойных прудов ЗШО
4.2.2.1. Выбор расчетных зависимостей
4.2.2.2. Оценка влияния различных факторов на испарение с отстойного пруда ЗШО
4.2.3. Усовершенствованная методика расчета испарения с поверхности ЗШО
4.3. Совершенствование методики расчета аккумуляции воды в порах намытых золошлаковых отходов
4.3.1. Общие положения
4.3.2. Усовершенствованная методика расчета аккумуляции воды в намытых золошлаковых отходах
4.4 Расчеты водного баланса и изменений уровня воды отстойного пруда модельных ЗШО по среднемноголетним метеорологическим данным
4.4.1. Обоснование выбора модельных ЗШО и других параметров для расчета
4.4.2. Результаты расчетов для золошлакоотвалов равнинного типа
4.4.2.1. Результаты расчетов
4.4.2.2. Сопоставление результатов расчетов для эксплуатируемых и модельных ЗШО
4.4.3. Результаты расчетов для золошлакоотвалов овражного типов
4.5. Анализ водного баланса и изменений уровня воды в модельных ЗШО вследствие экстремальных осадков и испарения, вариаций поступающих отходов и размеров пруда
4.5.1. Расчеты изменений уровня воды в модельных ЗШО вследствие экстремальных сочетаний осадков и испарения на верховой поверхности
4.5.2. Расчеты изменения уровня воды в модельных ЗШО вследствие предельных вариаций объемов, поступающих отходов
4.5.3. Расчеты изменения уровня воды в модельных ЗШО вследствие предельных вариаций размеров отстойного пруда
4.6. Выводы
Глава 5. Конструктивно-технологические решения по повышению
ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ЗОЛОШЛАКООТВАЛОВ ТЭС
5.1. Учет гидротермического режима верховой поверхности ЗШО
5.1.1. Влияние гидротермического режима на состояние элементов ЗШО и его воздействия на окружающую среду
5.1.1.1. Влияние на состояние элементов золошлакоотвала
5.1.1.2. Влияние на эффективность заполнения, повышение вместимости ЗШО
5.1.1.3. Влияние на гидротранспорт пульпы и возврат осветленной воды
5.1.1.4. Воздействие на окружающую среду
5.1.2. Повышение безопасности эксплуатации и надежности ЗШО с учетом особенностей их гидротермического режима
5.1.2.1. Учет особенностей гидротермического режима при эксплуатации и проектировании ЗШО
5.1.2.2. Мероприятия по изменению гидротермического режима ЗШО
5.2. Эффективное использование верховой поверхности для повышения эксплуатационной безопасности ЗШО
5.2.1. Конструктивно-технологические решения по минимизации площади и объема отстойного пруда ЗШО
5.2.1.1. Оценка эффективности объема отстойного пруда
5.2.1.2. Экономическая эффективность мероприятий по минимизации площади отстойного пруда
5.2.1.3. Конструктивно-технологические решения по минимизации площади и объема отстойного пруда на верховой поверхности ЗШО
5.2.1.4. Минимизация площади и объема отстойного пруда конструктивно-технологическими решениями за пределами верховой поверхности ЗШО и в системе ГЗУ

дов было почти плоским, уклон к отстойному пруду был не более 0,001, полученные результаты хорошо согласуются с данными намыва в лаборатории [52]. На секциях ЗШО (Красногорская ТЭЦ, ГРЭС-8 и др.), где намыв был прекращен, уклоны были большими - от 0,005 до 0,01, что связано с использованием схемы замыва при постоянном уровне.
Поперечный профиль дна пруда в условиях одностороннего намыва на ЗШО ТЭЦ-2 Ленэнерго и ТЭЦ Ижорского завода был практически плоским.
Измерения толщины льда показали, что она практически монотонно увеличивается от уреза к колодцам. Для ЗШО ГРЭС-8, ТЭЦ-2 Ленэнерго и ТЭЦ Ижорского завода степень нарастания толщины льда была J.-AIt/L = (ГКЦТО', где Дйл - приращение толщины по длине пруда L. Подобное уменьшение толщины льда к урезу пруда является следствием дополнительного теплопритока от русловых (руслового) потока. Изменение на вышеперечисленных ЗШО показали, что створах по ширине пруда толщина льда практически одинакова (отклонения от среднего 2-3 см). Зафиксировано уменьшение толщины льда вблизи откосов ограждающих дамб (< 10 м), что является следствием наличия вблизи откосов вдольбереговых течений (см. п.2.3.3.).
Данные исследований свидетельствуют о том, что для практических расчетов толщину льда в отстойных прудах ЗШО (обычных, «холодного» типа) можно считать постоянной.
Толщина льда на ЗШО, размещенных в городе и ближайшем пригороде (Колпино) сопоставлялась с толщиной льда на 3 городских водоемах (за «базовый» было принято 3-е Суз-дольское озеро). Выявлено незначительное (на 5-6%) уменьшение толщины льда в отстойных прудах ЗШО относительно толщины льда в озерах, что было объяснено следствием поступления дополнительного теплопритока к нижней поверхности льда.
На поверхностях отстойных прудов ЗШО имели место трещины и приподнятости льда, особенно вблизи низовых откосов. В отличие от естественных водоемов на золошлакоотвалах систематически производится специальное изменение уровня пруда (установкой шандор на колодцах). Результаты наших наблюдений за уровнем воды в просверленных лунках показали, что данный уровень был ниже верхней поверхности льда. Указанные обстоятельства позволяют принять допущение, что лед в пруду плавает (модель плавающего льда [37]).
Коэффициент шероховатости нижней поверхности ледового покрова определен на основе результатов измерений абсолютной (геометрической) шероховатости по высоте бугорков отобранных на ЗШО пробах (56 шт.). Нижняя поверхность была гладкая, аналогично городским и загородным водоемам, где образование ледяного покрова происходило за счет смыкания заберегов. Кроме того, дополнительное сглаживание может происходить и вследствие теплового влияния транзитного потока. Не выявлено изменений геометрической шероховатости в зависимости от времени с момента установления ледостава, что объяснимо малыми скоростями пото-