張秋丹
(濟鋼集團國際工程技術有限公司,山東濟南 250101)
某干熄焦發(fā)電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)
某鋼廠新建一套干法熄焦系統(tǒng),利用熄焦余熱進行發(fā)電,配套并建設相應的給水排水系統(tǒng)。本文介紹了干熄焦項目給排水專業(yè)的設計計算方法,主要包括循環(huán)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(xiàn)行標準及規(guī)范為依托,結合專業(yè)知識和項目個性化需求,做到了節(jié)能高效,其他項目也可參照此方法進行設計計算。
干熄焦 發(fā)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(huán)風機、副省煤器等組成的閉路循環(huán)冷卻系統(tǒng)[1]。給水排水系統(tǒng)主要為發(fā)電廠及干熄焦設備提供循環(huán)冷卻水,其設計計算應以國家現(xiàn)行標準及規(guī)范為依托,結合專業(yè)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(fā)電項目為例,介紹相關的給水排水計算方法,主要包括循環(huán)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。
該系統(tǒng)包括發(fā)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(fā)電設備冷卻水包括:凝汽器冷卻、潤滑油冷卻器冷卻、發(fā)電機空冷器冷卻。其中凝汽器循環(huán)水量最大約3700m3/h/臺,油冷卻器用水量:約190m3/h/臺??绽淦饔盟考s:110m3/h/臺。
循環(huán)冷卻水總用水量為4135m3/h,選用工業(yè)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。
3.1發(fā)電循環(huán)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(fā)電循環(huán)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(huán)供水泵揚程取50m,即0.50MPa。
水泵選型時,除滿足水量、揚程需要外,還應滿足業(yè)主個性化需求及水泵運行曲線,保證水泵能夠長期穩(wěn)定運行。
4.1發(fā)電循環(huán)供水泵選型
發(fā)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(huán)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(huán)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。
5.1蒸發(fā)水量E
冷卻過程中,從冷卻水中蒸發(fā)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(fā)損失率,計算公式為α=C(T1-T2) %;R表示系統(tǒng)中的循環(huán)水量;B表示排污水量;E表示蒸發(fā)水量;T1、T2表示循環(huán)冷卻水進、出冷卻塔的溫度;C表示損失系數,與季節(jié)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(huán)水量的0.1%左右,計算時按總循環(huán)水量的0.1%考慮。
5.3排污水量B
為了控制冷卻水循環(huán)過程中因蒸發(fā)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(tǒng)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。
6.1室內消火栓設計流量
本工程發(fā)電汽輪機主廠房、主控樓內需設室內消火栓,其中發(fā)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(tǒng)的栓口動壓及充實水柱
《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術規(guī)范》GB50974-2014規(guī)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(tǒng)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。
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(guī)范等,只有使用正確的計算方法才能設計合理、投資節(jié)約、運行穩(wěn)定。
[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(yè)出版社,2009.
[2]GB50974-2014,消防給水及消火栓系統(tǒng)技術規(guī)范[S].北京:中國計劃出版社,2014.