某干熄焦發電項目給水排水設計計算方法

張秋丹

【摘 要】 某鋼廠新建一套干法熄焦系統，利用熄焦余熱進行發電，配套并建設相應的給水排水系統。本文介紹了干熄焦項目給排水專業的設計計算方法，主要包括循環水量的確定、水泵選型、冷卻塔選型及消防相關設計計算。本設計計算方法以國家現行標準及規范為依托，結合專業知識和項目個性化需求，做到了節能高效，其他項目也可參照此方法進行設計計算。

【關鍵詞】 干熄焦 發電 設計計算 室內消火栓

干熄焦裝置是由干熄爐、一次除塵器、高溫高壓干熄焦鍋爐、二次除塵器、循環風機、副省煤器等組成的閉路循環冷卻系統[1]。給水排水系統主要為發電廠及干熄焦設備提供循環冷卻水，其設計計算應以國家現行標準及規范為依托，結合專業知識和項目個性化需求，做到計算精確，工藝合理。

本文以某干熄焦發電項目為例，介紹相關的給水排水計算方法，主要包括循環冷卻水水量計算、水泵及冷卻塔選型、冷卻水補水量計算及消防計算等。

1 循環冷卻水總水量計算

該系統包括發電設備冷卻水和干熄焦及附屬設備冷卻水兩部分，最大總用水量為4135m3/h，供水溫度≤33℃，回水溫度≤43℃。

其中發電設備冷卻水包括：凝汽器冷卻、潤滑油冷卻器冷卻、發電機空冷器冷卻。其中凝汽器循環水量最大約3700m3/h/臺，油冷卻器用水量：約190m3/h/臺。空冷器用水量約：110m3/h/臺。

2 冷卻塔選型

循環冷卻水總用水量為4135m3/h，選用工業型鋼筋混凝土逆流冷卻塔2座，單座處理水量為2100m3/h，淋水密度14.6m3/m2·h，單座平面尺寸為12m×12m，電機功率為110kW，設置在吸水池頂部。風機電機的減速機采用進口品牌。為防止冬季結冰，冷卻塔配套化冰管。

3 水泵揚程計算

3.1 發電循環供水泵揚程計算

根據本工程水泵房布置，Hss=1.03m，Hsd=10.4m，∑hs=0.5m，∑hd=8m（凝汽器水阻）+4m（局部及沿程損失）+2m（冷卻塔水阻）=14.0m，綜上，H=25.93m，發電循環水泵揚程取30.0m，即0.3MPa。

3.2 干熄焦供水泵揚程計算

根據本工程水泵房及總圖布置，Hss=0.8m，Hsd=12m，∑hs= 0.5m，∑hd=24m（干熄焦及附屬設備水阻）+5m（冷卻塔水阻）+7m（管道局部及沿程損失）=49.3m，綜上，H=49.3m，干熄焦循環供水泵揚程取50m，即0.50MPa。

4 水泵選型

水泵選型時，除滿足水量、揚程需要外，還應滿足業主個性化需求及水泵運行曲線，保證水泵能夠長期穩定運行。

4.1 發電循環供水泵選型

發電設備用水量4000m3/h，由I泵組供水，共設置臥式離心泵3臺，2用1備，單臺循環水泵流量為Q=2020m3/h，揚程H=0.3MPa，電機功率250kW/6kV，水泵葉輪采用不銹鋼材質，密封型式為機械密封。

4.2 干熄焦循環供水泵選型

干熄焦及附屬設施冷卻水包括：鍋爐給水泵冷卻、取樣冷卻器冷卻、干熄焦主體設備冷卻、APS液壓站冷卻等用水，用水量135m3/h，由II泵組供水，設臥式離心泵2臺，1用1備，流量為Q=135m3/h，壓力H=0.50MPa，電機功率55kW/380V，水泵葉輪采用不銹鋼材質，密封型式為機械密封。

5 循環冷卻水補充水量M計算

5.1 蒸發水量E

冷卻過程中，從冷卻水中蒸發逸入大氣的水蒸氣量按下式計算：

E=α（R-B）m3/h，式中：α表示蒸發損失率，計算公式為α=C（T1-T2） %；R表示系統中的循環水量；B表示排污水量；E表示蒸發水量；T1、T2表示循環冷卻水進、出冷卻塔的溫度；C表示損失系數，與季節有關，夏季（25～30℃），0.15～0.16、春秋季（0～10℃），0.1～0.12、冬季（-15～-10℃），0.06～0.08。

5.2 風吹損失水量D

由于空氣流，被空氣帶走部分水滴。對于強制通風冷卻塔，風吹損失D為總循環水量的0.1%左右，計算時按總循環水量的0.1%考慮。

5.3 排污水量B

為了控制冷卻水循環過程中因蒸發損失而引起的濃縮過程，必須人為地排放的水量。計算公式為B=E/（N-1）-D。式中：B表示排污水量；D表示風吹損失率；N表示濃縮倍數，一般控制在3；補充水量M=E+B+D，綜上：該系統補充生產新水用量平均為77m3/h，排污量平均為22m3/h，濃縮倍數為3。

6 室內消火栓設計計算

6.1 室內消火栓設計流量

本工程發電汽輪機主廠房、主控樓內需設室內消火栓，其中發電主廠房消防用水量為10L/s，主控樓消防用水量為10L/s。

6.2 消火栓給水系統的栓口動壓及充實水柱

《消防給水及消火栓系統技術規范》GB50974-2014規定：高層建筑、廠房、庫房和室內凈空高度超過8m的民用建筑等場所，消火栓栓口動壓不應小于0.35MPa，且消防水槍充實水柱應按13m計算；其他場所，消火栓栓口動壓不應小于0.25MPa，且消防水槍充實水柱應按10m計算[2]。

本工程消火栓栓口動壓不應小于0.35MPa，消防水槍充實水柱Hm應按13m計算。

6.3 消防水泵設計揚程計算

計算公式為P=k2（∑Pf+∑Pp）+0.01H+P0，式中： P表示消防水泵或消防給水系統所需要的設計揚程或設計壓力（MPa）；k2表示安全系數，可取1.20～1.40；H表示當消防水泵從消防水池吸水時，H為最低有效水位至最不利水滅火設施的幾何高差；∑Pf表示管道沿程水頭損失之和（MPa）；∑PP表示管件及閥門等局部水頭損失之和（MPa）。

本工程消防管道長度約為600m，消防給水設計流量為15L/s，管道的內徑為0.150m，代入上式得：Pf=0.0603MPa，即6.03mH2O。PP=1.2Pf=6.03×0.2=1.21mH2O。

則P=k2（∑Pf+∑Pp）+0.01H+P0=1.2×（0.0012+0.0724）+0.01×42+0.35=0.86MPa故，消防主泵揚程取0.90MPa。

7 結語

給水排水設計計算主要為設備選型、管道選型提供依據。其計算原理主要依據為水力學、熱力學及國家標準規范等，只有使用正確的計算方法才能設計合理、投資節約、運行穩定。

參考文獻：

[1]羅時政，喬繼軍，張丙林.干熄焦生產操作與設備維護[M].北京：冶金工業出版社，2009.

[2]GB50974-2014，消防給水及消火栓系統技術規范[S].北京：中國計劃出版社，2014.