某干熄焦发电项目给水排水设计计算方法

张秋丹

【摘 要】 某钢厂新建一套干法熄焦系统，利用熄焦余热进行发电，配套并建设相应的给水排水系统。本文介绍了干熄焦项目给排水专业的设计计算方法，主要包括循环水量的确定、水泵选型、冷却塔选型及消防相关设计计算。本设计计算方法以国家现行标准及规范为依托，结合专业知识和项目个性化需求，做到了节能高效，其他项目也可参照此方法进行设计计算。

【关键词】 干熄焦 发电 设计计算 室内消火栓

干熄焦装置是由干熄炉、一次除尘器、高温高压干熄焦锅炉、二次除尘器、循环风机、副省煤器等组成的闭路循环冷却系统[1]。给水排水系统主要为发电厂及干熄焦设备提供循环冷却水，其设计计算应以国家现行标准及规范为依托，结合专业知识和项目个性化需求，做到计算精确，工艺合理。

本文以某干熄焦发电项目为例，介绍相关的给水排水计算方法，主要包括循环冷却水水量计算、水泵及冷却塔选型、冷却水补水量计算及消防计算等。

1 循环冷却水总水量计算

该系统包括发电设备冷却水和干熄焦及附属设备冷却水两部分，最大总用水量为4135m3/h，供水温度≤33℃，回水温度≤43℃。

其中发电设备冷却水包括：凝汽器冷却、润滑油冷却器冷却、发电机空冷器冷却。其中凝汽器循环水量最大约3700m3/h/台，油冷却器用水量：约190m3/h/台。空冷器用水量约：110m3/h/台。

2 冷却塔选型

循环冷却水总用水量为4135m3/h，选用工业型钢筋混凝土逆流冷却塔2座，单座处理水量为2100m3/h，淋水密度14.6m3/m2·h，单座平面尺寸为12m×12m，电机功率为110kW，设置在吸水池顶部。风机电机的减速机采用进口品牌。为防止冬季结冰，冷却塔配套化冰管。

3 水泵扬程计算

3.1 发电循环供水泵扬程计算

根据本工程水泵房布置，Hss=1.03m，Hsd=10.4m，∑hs=0.5m，∑hd=8m（凝汽器水阻）+4m（局部及沿程损失）+2m（冷却塔水阻）=14.0m，综上，H=25.93m，发电循环水泵扬程取30.0m，即0.3MPa。

3.2 干熄焦供水泵扬程计算

根据本工程水泵房及总图布置，Hss=0.8m，Hsd=12m，∑hs= 0.5m，∑hd=24m（干熄焦及附属设备水阻）+5m（冷却塔水阻）+7m（管道局部及沿程损失）=49.3m，综上，H=49.3m，干熄焦循环供水泵扬程取50m，即0.50MPa。

4 水泵选型

水泵选型时，除满足水量、扬程需要外，还应满足业主个性化需求及水泵运行曲线，保证水泵能够长期稳定运行。

4.1 发电循环供水泵选型

发电设备用水量4000m3/h，由I泵组供水，共设置卧式离心泵3台，2用1备，单台循环水泵流量为Q=2020m3/h，扬程H=0.3MPa，电机功率250kW/6kV，水泵叶轮采用不锈钢材质，密封型式为机械密封。

4.2 干熄焦循环供水泵选型

干熄焦及附属设施冷却水包括：锅炉给水泵冷却、取样冷却器冷却、干熄焦主体设备冷却、APS液压站冷却等用水，用水量135m3/h，由II泵组供水，设卧式离心泵2台，1用1备，流量为Q=135m3/h，压力H=0.50MPa，电机功率55kW/380V，水泵叶轮采用不锈钢材质，密封型式为机械密封。

5 循环冷却水补充水量M计算

5.1 蒸发水量E

冷却过程中，从冷却水中蒸发逸入大气的水蒸气量按下式计算：

E=α（R-B）m3/h，式中：α表示蒸发损失率，计算公式为α=C（T1-T2） %；R表示系统中的循环水量；B表示排污水量；E表示蒸发水量；T1、T2表示循环冷却水进、出冷却塔的温度；C表示损失系数，与季节有关，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 风吹损失水量D

由于空气流，被空气带走部分水滴。对于强制通风冷却塔，风吹损失D为总循环水量的0.1%左右，计算时按总循环水量的0.1%考虑。

5.3 排污水量B

为了控制冷却水循环过程中因蒸发损失而引起的浓缩过程，必须人为地排放的水量。计算公式为B=E/（N-1）-D。式中：B表示排污水量；D表示风吹损失率；N表示浓缩倍数，一般控制在3；补充水量M=E+B+D，综上：该系统补充生产新水用量平均为77m3/h，排污量平均为22m3/h，浓缩倍数为3。

6 室内消火栓设计计算

6.1 室内消火栓设计流量

本工程发电汽轮机主厂房、主控楼内需设室内消火栓，其中发电主厂房消防用水量为10L/s，主控楼消防用水量为10L/s。

6.2 消火栓给水系统的栓口动压及充实水柱

《消防给水及消火栓系统技术规范》GB50974-2014规定：高层建筑、厂房、库房和室内净空高度超过8m的民用建筑等场所，消火栓栓口动压不应小于0.35MPa，且消防水枪充实水柱应按13m计算；其他场所，消火栓栓口动压不应小于0.25MPa，且消防水枪充实水柱应按10m计算[2]。

本工程消火栓栓口动压不应小于0.35MPa，消防水枪充实水柱Hm应按13m计算。

6.3 消防水泵设计扬程计算

计算公式为P=k2（∑Pf+∑Pp）+0.01H+P0，式中： P表示消防水泵或消防给水系统所需要的设计扬程或设计压力（MPa）；k2表示安全系数，可取1.20～1.40；H表示当消防水泵从消防水池吸水时，H为最低有效水位至最不利水灭火设施的几何高差；∑Pf表示管道沿程水头损失之和（MPa）；∑PP表示管件及阀门等局部水头损失之和（MPa）。

本工程消防管道长度约为600m，消防给水设计流量为15L/s，管道的内径为0.150m，代入上式得：Pf=0.0603MPa，即6.03mH2O。PP=1.2Pf=6.03×0.2=1.21mH2O。

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

7 结语

给水排水设计计算主要为设备选型、管道选型提供依据。其计算原理主要依据为水力学、热力学及国家标准规范等，只有使用正确的计算方法才能设计合理、投资节约、运行稳定。

参考文献：

[1]罗时政，乔继军，张丙林.干熄焦生产操作与设备维护[M].北京：冶金工业出版社，2009.

[2]GB50974-2014，消防给水及消火栓系统技术规范[S].北京：中国计划出版社，2014.