某燒結余熱利用項目給水排水設計計算方法

張秋丹（濟鋼集團國際工程技術有限公司，山東濟南 250101）

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某燒結余熱利用項目給水排水設計計算方法

張秋丹
（濟鋼集團國際工程技術有限公司，山東濟南 250101）

【摘要】燒結余熱利用主要采用燒結煙氣余熱進行發電，給排水專業主要設計內容包括循環水泵站、冷卻塔、消火栓等。在實際工程設計過程中，給排水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精準計算，做到節能高效。

【關鍵詞】燒結余熱利用 設計計算 循環冷卻水

1 循環冷卻水總水量計算

循環冷卻水用戶主要為發電設備，具體如下：汽機凝汽器用水量正常為2800 m3/h，最大3100 m3/h；潤滑油冷卻器用水量正常為80 m3/h，最大160 m3/h；發電器空冷器用水量為90 m3/h。上述用水量合計正常為2970 m3/h，最大3350 m3/h，供水溫度≤33℃，回水溫度≤43℃。

2 冷卻塔選型

循環冷卻水最大用水量3350m3/h，選用工業型鋼筋混凝土逆流冷卻塔2座，單塔平面尺寸：11.0m×11.0m，單座處理水量為1800m3/h，淋水密度為14.88m3/（m2·h），電機功率75kW，設置在循環水吸水池頂部。為防止冬季結冰，冷卻塔配套化冰管。

3 發電循環水泵揚程計算

水泵揚程H=Hss+Hsd+∑hs+∑hd式中：

Hss——泵吸水地形高度（mH2O）

Hsd——泵壓水地形高度（mH2O）

∑hs——吸水管路水頭損失之和

∑hd——壓水管路水頭損失之和

根據本工程水泵房布置，Hss=0.8m，Hsd=9.0m，∑hs=0.5m，∑hd=5m（凝汽器水阻）+5m（局部及沿程損失）+8m（冷卻塔進塔水壓）=18.0m，綜上，H=28.3m，所以應保證單臺循環水泵在最大水量1770m3/h時揚程H=29.0m，即0.29MPa，依據水泵性能曲線圖及熱力專業委托資料，當水泵流量為1570m3/h（正常流量）時，H=32m，即0.32MPa。

4 發電循環水泵選型

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。

發電設備最大用水量3350m3/h，正常用水量2970m3/h，本工程設發電供水泵3臺（臥式離心泵，2用1備），單臺循環水泵流量正常Q=1570m3/h，揚程H=32m，最大Q=1770m3/h，揚程H=29m，電機功率200kW/10kV，水泵葉輪材質HT250，密封型式為填料密封。

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——蒸發損失率，%

α=C（T1-T2）%

R——系統中的循環水量，m3/h

B——排污水量，m3/h

E——蒸發水量，m3/h

T1、T2——循環冷卻水進、出冷卻塔的溫度，℃

其中T1=43℃，T2=33℃；

C——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。對于機械通風冷卻塔，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，必須人為排放的水量。

B=E/（N-1）-D

式中：

B——排污水量，m3/h；

D——風吹損失率，m3/h；

N——濃縮倍數，一般控制在3；綜上：

補充水量M=E+B+D

綜上：該循環水系統夏季補水用量77m3/h，排污量22m3/h；冬季補水用量47m3/h，排污量12m3/h；春、秋季補水用量66m3/h，排污量18m3/h；平均補水量64 m3/h，排污量17.5m3/h。濃縮倍數取3。

6 室內消火栓設計計算

6.1 室內消火栓設計流量

根據《建筑設計防火規范》GB50016-2014規定，本工程發電汽輪機主廠房及主控樓設室內消火栓，消防用水量為15L/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。

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

P=k2（∑Pf+∑Pp）+0.01H+P0

式中：

P——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——安全系數，可取1.20～1.40；宜根據管道的復雜程度和不可預見發生的管道變更所帶來的不確定性；

H——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；當消防水泵從市政給水管網直接吸水時，H為火災時市政給水管網在消防水泵入口處的設計壓力值的高程至最不利水滅火設施的幾何高差（m）；

∑Pf——管道沿程水頭損失之和（MPa）；

∑PP——管件及閥門等局部水頭損失之和（MPa）；當資料不全時，局部水頭損失可按根據管道沿程水頭損失的10%～30%估算，消防給水干管和室內消火栓可按10%～20%計，自動噴水等支管較多時可按30%計。

P0——最不利點水滅火設施所需的設計壓力（MPa）。

Pf=iL

其中i=2.9660×10-7［q1.852/（C1.852d14.87）］

式中：

C——海澄-威廉系數，其中鋼管為100；

q——管段消防給水設計流量（L/s）；

d1——管道的內徑（m）；

本工程消防管道長度約為60m，消防給水設計流量為15L/s，管道的內徑為0.121m，代入上式得：Pf=0.0155MPa，即1.55mH2O。PP=20% Pf=1.55×20%=0.31mH2O。

則P=k2（∑Pf+∑Pp）+0.01H+P0

=1.3×（0.0155+0.0031）+0.01×8+0.40

=0.51MPa

故，消防主泵揚程取0.55MPa。