本發(fā)明涉及一種用于火核電廠的排水消泡系統(tǒng)和方法，是一種水工設(shè)施和設(shè)計方法，是一種減少排水泡沫污染的環(huán)保系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

火/核電廠排水泡沫環(huán)境影響問題普遍存在。早期工程對排水泡沫污染問題的重視程度不夠，電廠排水基本沒有采取防泡、消泡措施，泡沫問題比較嚴(yán)重。近年來隨著全民環(huán)保意識的不斷增強，電廠排水工程設(shè)計開始考慮防泡、消泡的措施，但從已采用消泡措施的核電廠運行效果來看，仍普遍存在兩方面問題：其一是工程措施難以適應(yīng)潮位變化的需求，在低潮位條件下排水易于摻氣產(chǎn)生泡沫，且攜帶至外海，形成泡沫污染帶；其二是現(xiàn)有工程措施無法完全阻止泡沫產(chǎn)生，基本采用攔泡墻等措施將泡沫圍堵在虹吸井堰后區(qū)域，堰后區(qū)域泡沫逐漸堆積，易于出現(xiàn)泡沫溢出虹吸井、污染廠區(qū)等的現(xiàn)象，需進一步采用工程措施避免泡沫堆積、漫溢現(xiàn)象出現(xiàn)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明提出了一種用于火核電廠的排水消泡系統(tǒng)和方法。所述的系統(tǒng)和方法通過在排水虹吸井外設(shè)置多種消泡設(shè)施，將泡沫消除，避免對排水受納水域污染。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：一種用于火核電廠的排水消泡系統(tǒng)，包括：設(shè)置在進水前池出水側(cè)的溢流堰和擴散形的堰后池渠，所述的堰后池渠中依次設(shè)置至少一道消能孔板和攔泡墻，所述的消泡孔板與攔泡墻之間的水域上方設(shè)有噴淋水設(shè)施。

進一步的，所述的溢流堰的堰頂、背水面、堰后的擴散段池渠地板為光滑過渡的曲面坡面。

進一步的，所述的消能孔板為2-4道，各道消能孔板之間的距離為800-1400毫米，相鄰消能孔板上的孔洞交錯布置。

進一步的，所述的消能孔板上的孔洞為縱橫直線排列，孔洞之間最小距離為350-390毫米。

進一步的，所述的攔泡墻為一道胸墻，所述的胸墻的上端與擴散段池渠上端平齊，下端與擴散段池渠地板保持距離。

進一步的，所述的攔泡墻距離最接近的消能孔板的距離L_f為：

L_f=VH/V_f ，

式：V_f泡沫上升的速度，H為控制工況的水位，V為消能孔板下游斷面平均流速。

進一步的，所述的噴淋水設(shè)施是排列在攔泡墻和最后一道消能孔板之間水域上方的多個噴水口，所述的噴水口與多根噴水母管連接，所述的噴水母管與抽取電廠排水的水泵連接。

進一步的，所述的噴淋水設(shè)施的噴水口的排列方式為：縱橫排列在一個平面內(nèi)的M×（N+n）個噴水口，其中：M為與水流方向垂直的橫排排列的噴水口排數(shù)，N為靠近消能孔板一側(cè)沿水流方向的縱列噴水口的列數(shù)，n為靠近攔泡墻一側(cè)沿水流方向的縱列噴水口的列數(shù)。

進一步的，所述的噴水口的參數(shù)如下：

噴水口的噴水方向與水平面向成20-40度仰角，其中，N排噴水口指向消能孔板，n排噴水口指向攔泡墻；

噴水口的出口平均流速不小于2.0m/s；

噴口的出口直徑為5-10毫米；

噴口之間與水流方向垂直的間距1/M為80-120毫米；

噴口之間沿水流方向的間距1/N和1/n按如下公式計算：

；

式中：n為噴口流速、θ為噴口方向、L_平均潮位為平均潮位，L_百年一遇為百年一遇高潮位。

一種使用上述系統(tǒng)的用于火/核電廠的排水消泡的方法，所述方法的步驟如下：

水流從虹吸井中漫過溢流堰，沿溢流堰的堰頂和背水坡面平穩(wěn)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現(xiàn)為淹沒式水躍；

水流通過第一道孔板勻流后，緊接著通過后面幾道孔板，在后面幾道孔板中，水流在各道孔板間激烈碰撞、消能，減小孔板下游水體水面波動，經(jīng)過幾道孔板，促使堰后水深加大，降低了水流流速，促使水流流速分布均勻；水面原有的一部分泡沫會留在孔板前緣和孔板之間，由于受到水流的沖擊，并不會堆積起來；

經(jīng)過消能孔板后，水體中剩余的泡沫會很快的從水中上浮至水面，形成泡沫，由于攔泡墻是胸墻，底部流通，水面阻隔，使浮在水面的泡沫不能通過攔泡墻底部流出，泡沫被攔泡墻攔截在攔泡墻上游；

對攔泡墻上游的泡沫噴水，噴出的水流向上方射出，利用重力使水束在空中擴散，以自由落體的形式進入下方的水體中，自由下落的擴散水滴擊碎水體表面的泡沫，將攔泡墻攔截的泡沫消除掉，不含泡沫的水體從攔泡墻底部流出。

本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是：本發(fā)明通過在火/核電廠的排水虹吸井外設(shè)置消能孔板、攔泡墻、噴淋水設(shè)置等措施，將電廠產(chǎn)生的泡沫在排入外部水域前完全處理掉，避免了在排水口附近水域出現(xiàn)成片泡沫的污染現(xiàn)象，本發(fā)明能夠在不增加開挖土方量的前提下，直接在原有的排水?dāng)U散池渠中設(shè)置消除泡沫的設(shè)施，實現(xiàn)消泡功能。本發(fā)明適應(yīng)性強、高效、綠色無污染的特點，且結(jié)構(gòu)簡單，運行和維修費用較低。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。

圖1是本發(fā)明的實施例一所述系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)平面示意圖；

圖2是本發(fā)明的實施例一所述系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)立面圖；

圖3是本發(fā)明的實施例四所述的消能孔板的孔洞排列示意圖；

圖4是本發(fā)明的實施例九所述的噴水口示意圖；

圖5是本發(fā)明的實施例九所述的噴口橫向排列示意圖。

具體實施方式

實施例一：

本實施例是一種用于火/核電廠的排水消泡系統(tǒng)，如圖1、2所示。本實施例包括：設(shè)置在進水前池1出水側(cè)的溢流堰2和擴散形的堰后池渠3，所述的堰后池渠中依次設(shè)置至少一道消能孔板4和攔泡墻5，所述的消泡孔板與攔泡墻之間的水域上方設(shè)有噴淋水設(shè)施6。

在未設(shè)置本實施例所述系統(tǒng)之前，電廠排水從溢流堰跌落后，在溢流堰末端附近，形成水躍，水流激烈旋滾，摻入空氣，產(chǎn)生大量的泡沫，泡沫隨著電廠排水被帶入到外海。另外，受水躍的影響，虹吸井下游橫斷面的流速分布很不均勻，水面波動比較大。不同堰后水位，水躍形式亦不同。當(dāng)堰后水位較低時，為遠驅(qū)式水躍，旋滾區(qū)沿水流方向延伸較長，產(chǎn)生的泡沫量很大。當(dāng)堰后水位較高時，堰后水體表現(xiàn)為淹沒式水躍，水流紊動較小。堰后水位越高，水躍影響區(qū)越短，水流紊動相對較弱，摻氣量也相對較小，產(chǎn)生的泡沫量相對較小。

本實施例在堰后設(shè)置孔板，堰后水流受到消能孔板的作用，水位抬高，均表現(xiàn)為淹沒式水躍。水流通過第一道孔板勻流后，緊接著通過第二道孔板，水流在多道孔板間激烈碰撞，消能效果良好，孔板下游水體水面波動很小。幾道孔板后的水流流速分布均勻性很好，水深較大，流速降低。一部分泡沫會留在孔板前緣和孔板之間，由于受到水流的沖擊，并不會堆積起來；另一部分水體中泡沫會很快的從水中上浮至水面，受到攔泡墻的攔截作用，這部分泡沫被攔截在攔泡墻前緣，結(jié)合噴淋水消泡措施，可將攔泡墻攔截的泡沫消除掉。

溢流堰可以是平頂或圓弧頂?shù)囊缌餮?，溢流堰的背水面可以是直上直下的，也可以是傾斜的。較好的選擇是堰頂為圓弧形，背水面為傾斜面，并與堰頂?shù)膱A弧面光滑連接，使溢流水流十分平穩(wěn)的流向下游，避免下游出現(xiàn)旋流。

孔板可以有多道，一般可以設(shè)置兩道，三道或四道，視水流中的能量而定，水流中的能量越大，則增加消能孔板的數(shù)量。

攔泡墻可以是一種胸墻，即底部聯(lián)通上下游水域，而上半部分露出水面，并將上下游水面隔開，這樣可以將水面的泡沫攔截，而使水體排出。

噴淋水設(shè)施的所用是利用水滴的沖擊，擊碎泡沫，起到消泡的作用。噴淋水可以直接取自于電廠排水。通過水泵抽取電廠排水，通過母管連接的噴水口，噴灑在消能孔板與攔泡墻之間的水域中。由于泡沫集中在攔泡墻的上游和消能孔板的下游，可以將噴水口設(shè)置為兩組，一組在攔泡墻上游，一組在消能孔板下游，集中對這兩處的泡沫進行處理。

實施例二：

本實施例是實施例一的改進，是實施例一關(guān)于溢流堰的細化。本實施例所述的溢流堰的堰頂、背水面、堰后的擴散段池渠地板為光滑過渡的曲面坡面。

本實施例挑選堰頂和堰背水面光滑曲面連接的溢流堰，雖然是常規(guī)的溢流堰，但對消除泡沫十分重要，這種溢流堰可以使下游水流十分平穩(wěn)，配合下游消能孔板促成的高水位，可以盡可能的減少水中泡沫的產(chǎn)生，減少消泡的壓力。

實施例三：

本實施例是上述實施例的改進，是上述實施例關(guān)于消能孔板的細化。本實施例所述的消能孔板為2-4道，各道消能孔板之間的距離D為800-1400毫米，見圖2，相鄰消能孔板上的孔洞交錯布置。

消能孔板一般使用兩道即可，但在一些情況下，如溢流堰落差較大，使水中帶有的勢能較大時，應(yīng)當(dāng)考慮設(shè)置較多的消能孔板。

孔板之間的距離與水流中泡沫的大小有關(guān)，泡沫越大則孔板之間的距離相對大一些，有利用消能和平穩(wěn)水流，攔截泡沫。

實施例四：

本實施例是上述實施例的改進，是上述實施例關(guān)于消能孔板的細化。本實施例所述的消能孔板上的孔洞401為縱橫直線排列，孔洞之間最小距離（孔中心到孔中心）d為350-390毫米，如圖3所示。

本實施例中孔板上的孔洞，是縱橫排列的，孔洞之間的縱橫距離可以是相等的，如圖3所示，也可以是橫排孔洞之間的距離相等，縱列孔洞之間的距離小于或大于橫排孔洞之間的距離?？锥吹陌霃皆?00-150毫米之間選擇。

實施例五：

本實施例是上述實施例的改進，是上述實施例關(guān)于攔泡墻的細化。本實施例所述的攔泡墻為一道胸墻，所述的胸墻的上端與擴散段池渠上端平齊，下端與擴散段池渠地板保持距離。

本實施例所述胸墻的意思是，墻的底邊并不與底板連接，可以通過水流，而胸墻的上部露出水面，也就是說水流只能從胸墻的底邊通過，胸墻上下游的水面是隔絕的。由于通過消能孔板的作用，水體中的泡沫部分浮出水面，同時由于擴散池渠的作用，也促使水體中的泡沫浮出水面，也就是說，泡沫集中在胸墻和消能孔板之間水域的水面上。由于胸墻上下游的水面是隔絕的，因此，可以有效的阻止泡沫流出擴散段池渠。

實施例六：

本實施例是上述實施例的改進，是上述實施例關(guān)于攔泡墻與消能孔板的細化。本實施例所述的攔泡墻距離最接近的消能孔板的距離L_f（見圖2）為：

L_f=VH/V_f ，

式：V_f泡沫上升的速度，H為控制工況的水位，V為消能孔板下游斷面平均流速。泡沫（泡沫的直徑為2~5mm ）上升的特征速度為0.2m/s。泡沫越大，上升速度越大。

消能孔板與攔泡墻之間是一片相對開闊的水域，可以使水體中的泡沫浮出水面，因此，兩種之間的距離與泡沫上述的速度、水位和流速有關(guān)。

實施例七：

本實施例是上述實施例的改進，是上述實施例關(guān)于噴淋水設(shè)施的細化。本實施例所述的噴淋水設(shè)施是排列在攔泡墻和最后一道消能孔板之間水域上方的多個噴水口，所述的噴水口與多根噴水母管連接，所述的噴水母管與抽取電廠排水的水泵連接。

本實施例直接抽取電廠排水，對攔泡墻和消能孔板之間水域中的泡沫進行噴淋。母管可以是縱向排列，也可以是橫向排列。

實施例八：

本實施例是上述實施例的改進，是上述實施例關(guān)于噴水口的細化。本實施例所述的噴淋水設(shè)施的噴水口的排列方式為：縱橫排列在一個平面內(nèi)的M×（N+n）個噴水口，其中：M為與水流方向垂直的橫排排列的噴水口排數(shù)，N為靠近消能孔板一側(cè)沿水流方向的縱列噴水口的列數(shù)，n為靠近攔泡墻一側(cè)沿水流方向的縱列噴水口的列數(shù)，如圖1、2所示。

根據(jù)泡沫在攔泡墻前堆積范圍以及電廠排水虹吸井的平面布置，噴水口布置在控制水位以上1.0m處。本實施例將縱向排列的噴水口分為兩部分N和n，其中n為朝向下游，用于消除攔泡墻前堆積的泡沫，N為朝向上游，用于消除過堰水流跌落和水流經(jīng)過消能孔板產(chǎn)生的泡沫，覆蓋整個泡沫產(chǎn)生區(qū)和堆積區(qū)。

橫向排列的噴水口為M個。橫向排列的噴水口可以布置在一根母管上，如圖1、2所示，這樣可以排列得比較密集，兩排相鄰的噴水口可以交錯排列，起到更好的噴淋效果。

實施例九：

本實施例是上述實施例的改進，是上述實施例關(guān)于噴水口的細化。本實施例所述的噴水口的參數(shù)如下：

噴水口的噴水方向與水平面之間的仰角 α為20-40度，如圖4所示，其中，N排噴水口指向消能孔板，n排噴水口指向攔泡墻。圖4中顯示的是橫排噴水口601安裝在一根母管602上，母管中心軸線方向與水流方向垂直，噴水口是一段與母管連接的短管。噴水口的出口平均流速不小于2.0m/s。噴水口的出口直徑（可以是短管的內(nèi)徑）為5-10毫米，噴水口之間與水流方向垂直的間距l（1/M，如圖5所示）為80-120毫米，噴水口之間沿水流方向的間距L（1/N或1/n，如圖2所示）按如下公式計算：

，

式中：L_max為最大間距、n為噴口流速、θ為噴口方向、L_平均潮位為平均潮位，L_百年一遇為百年一遇高潮位。

實施例十：

本實施例是一種使用上述系統(tǒng)的用于火核電廠的排水消泡的方法。所述方法的基本思路是，利用消能孔板加深堰后水深，避免堰后水跌產(chǎn)生更多的泡沫。同時利用消能孔板平穩(wěn)堰后水流，利用擴散形的堰后池渠降低水流的流速，促使堰后水流平穩(wěn)，消能孔板能夠?qū)⒏〉剿娴牟糠峙菽瓟r截，由于是多道消能孔板，各道孔板之間的距離不大，使泡沫在各道孔板之間無法聚集，而進入消能孔板下游的水域。

消能孔板下游水域設(shè)置底部流通，而上部隔絕的胸墻（攔泡墻），在水流平穩(wěn)，且流速降低的情況下，水中的大部分泡沫會浮出水面，在攔泡墻的作用下，水面的泡沫不能流過攔泡墻進入下游，只能聚集在攔泡墻與消能孔板之間的水域中，這是采用噴淋水的方式，利用噴淋出的水滴擊碎泡沫，消除水體表面的泡沫。

噴淋水采用向上方噴水的方式，利用重力，使向上方噴出的水束散開，并在重力的作用下擴散并落入下方的水體中。如果直接將水束噴向水體，由于水束的沖擊力，會造成更多的泡沫。

經(jīng)過上述處理后，排出的水流消除了90%以上的泡沫，基本上沒有成片的泡沫出現(xiàn)，完全符合環(huán)保的要求。

所述方法的步驟如下：

水流從虹吸井中漫過溢流堰，沿溢流堰的堰頂和背水坡面平穩(wěn)的流入堰后池渠。由于強調(diào)堰頂和背水面的曲面的光滑連接，使水流平穩(wěn)的流過溢流堰，盡量減少堰后水流的攪拌，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現(xiàn)為淹沒式水躍。堰后水位較低時，為遠驅(qū)式水躍，旋滾區(qū)沿水流方向延伸較長，產(chǎn)生的泡沫量很大。當(dāng)堰后水位較高時，堰后水體表現(xiàn)為淹沒式水躍，水流紊動較小。堰后水位越高，水躍影響區(qū)越短，水流紊動相對較弱，摻氣量也相對較小，產(chǎn)生的泡沫量相對較小。

水流通過第一道孔板勻流后，緊接著通過后面幾道孔板，在后面幾道孔板中，水流在各道孔板間激烈碰撞、消能，減小孔板下游水體水面波動，經(jīng)過幾道孔板，促使堰后水深加大，降低了水流流速，促使水流流速分布均勻。水中原有的一部分泡沫會留在孔板前緣和孔板之間，由于受到水流的沖擊，并不會堆積起來。

經(jīng)過消能孔板后，水體中剩余的泡沫會很快的從水中上浮至水面，形成泡沫，由于攔泡墻是胸墻，底部流通，水面阻隔，使浮在水面的泡沫不能通過攔泡墻底部流出，泡沫被攔泡墻攔截在攔泡墻上游。

對攔泡墻上游的泡沫噴水，噴出的水流向上方射出，利用重力使水束在空中擴散，以自由落體的形式進入下方的水體中，自由下落的擴散水滴擊碎水體表面的泡沫，將攔泡墻攔截的泡沫消除掉，不含泡沫的水體從攔泡墻底部流出。

最后應(yīng)說明的是，以上僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳布置方案對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案（比如消能孔板的形式、胸墻的形式、整體結(jié)構(gòu)形式、步驟的先后順序等）進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍。