泵房及机械通风冷却塔的设计优化

王萍萍 郭 燕

（通用技术集团工程设计有限公司，山东 济南 250031）

电厂扩建工程项目既可以促进资源的合理开发和有效利用，给企业带来更多收益的同时也能够带动附近区域的发展。但扩建工程约束条件多，建设空间有限，如何在现有的条件下满足生产扩建的需求，是需要从设计阶段就要仔细斟酌、反复论证、不断优化的[1-4]。该工程将常规三个独立设置的水池、泵房、机械通风冷却塔整合成一个建构筑物，为建设用地有限的扩建工程提供了参考样本。

1 工程简介

龙口矿业集团热电厂位于山东省龙口市，与北皂矿井东北角毗邻，东南距梁家矿主风井约400 m，北距渤海1.2 km。夏季频率为10%的平均气象条件如下：气压752 mmHg，干球温度28 ℃，湿球温度24.6 ℃。热电厂二期扩建工程建设规模为2×130 t/h 高温高压循环流化床锅炉和2×24 MW 抽汽式汽轮发电机组，建设在指定范围内。

该工程为二期扩建工程中的配套工业循环水泵房及冷却塔。工业循环水泵房内需放置两种水泵：工业循环水泵和工业水泵。工业循环水泵用于提供汽机房内空冷器和冷油器的循环冷却用水，工业水泵用于提供主厂房内的风机、水泵的轴承冷却用水。

汽机房内的空冷器和冷油器的循环冷却用水约为800 t/h，为取得良好的冷却效果，此部分水量单独冷却。因水量较小，拟采用机械通风冷却塔。用于主厂房轴承冷却水的工业水量约200 t/h。结合电厂的其他水工系统，工业水回水可回流到自然通风冷却塔，也可回流到机械通风冷却塔冷却。因此工业循环水泵房的设计规模考虑为1000 t/h，预留扩建位置。

2 设计原则及设备定型

2.1 设计原则

二期扩建工程建设用地面积十分有限，因此要求该工程布置紧凑，合理美观，为主要生产区服务便捷，工艺管路顺畅。

如何在有限的面积内实现工艺上的目的，有效布置两个不同水源的系统，是该工程的一大难题。根据机械通风冷却塔的特点及两个系统各自的工作特点，最终确定了冷却塔在上、泵房居中、水池在下的布置方式。

2.2 工艺流程

该工程包括两个系统：工业循环冷却系统和工业水提升系统。

工业循环冷却系统的工艺流程为：厂区循环回水进入泵房屋面上设置的机械通风冷却塔，经冷却后进入冷却塔自带的水盘，水盘的下降管直接与工业循环水泵的吸水管相连，同时也可流入到泵房下方的水池内。工业循环水泵可直接从冷却塔的水盘内吸水，也可由泵房内设置的引水筒自下方水池内吸水。

工业水提升系统工艺流程：厂区生产水进入泵房下方水池内，工业水泵通过泵房内的引水筒吸入水池内的水，经加压后进入生产水系统。

由于工业循环水含盐量较高，采用了阻垢剂加药方式来改善水质。泵房内设置一台组合式阻垢剂加药装置，由装置内的计量泵将药液投加到循环工业水泵的出水管路上。

2.3 主要设备

机械通风冷却塔根据水和空气在填料中的相对流向主要分为逆流式和横流式，两者比较见表1。

表1 逆流式冷却塔和横流式冷却塔比较表

根据比较，结合占地面积、效率、投资等要求，综合考虑后选用逆流式机械通风冷却塔。主要设备选型如下：

① 机械通风冷却塔：逆流式，Q=500 m3/h，2 台；② 工业循环水泵：ISZ200-150-315，Q=400 m3/h，H=32 mH2O，3 台，1 台备用，预留1 台扩建位置；③ 工业水泵：ISZ100-65-200，Q=100 m3/h，H=50 mH2O，3 台，1 台备用，预留1 台扩建位置；④ 引水筒：Φ1000 mm，3 台；⑤ 引水筒：Φ700 mm，3 台；⑥ 阻垢剂加药装置：组合式，一箱两泵，1 套。

2.4 设备布置

泵房内设备分两列布置，一列布置工业循环水泵和加药装置，另一列布置工业水泵，中间为约3.5 m 宽的通道。泵房屋面布置两台圆形冷却塔，单台直径6600 mm，净距3000 mm，对称布置于泵房屋顶中央。泵房下面布置水池，泵房内设有水池入孔。泵房尺寸为12 m×10 m。在泵房一侧设配电控制室6 m×6 m 和值班室6 m×4 m。

建筑物整体设计长18 m、宽10 m、高10 m，其中地下4.5 m，地上5.5 m，泵房室内标高0.000。设备布置示意如图1。

图1 设备布置剖面示意图（mm）

3 工程设计特点

（1）节约用地。本建筑物虽为单层建筑，但起到了三层的功效，上中下分别布置冷却塔、泵房和水池，大大缩减了占地面积。若采用常规布置，冷却塔独立设置，下方需布置水池，此部分占地约为120 m2；泵房独立设置，采用半地下式，占地约为180 m2；冷却塔和泵房间亦需要有一定的间距。以上综合考虑，常规布置总占地大约为360 m2，而该工程只用了180 m2，节约用地约50%。

（2）工艺灵活可靠。工业循环水的流程为：回水→冷却塔→工业循环水泵→厂区循环水管网，工业水的流程为：生产水→水池→工业水泵→厂区生产水管网。

在正常运行条件下，两个系统相互独立。在特殊情况下，冷却塔的出水可流入泵房下方的水池内，由引水筒引水至工业循环水泵，同时不影响工业水泵的使用。这相当于在一个泵房内设置了两套系统，相互独立，在特殊情况下又互为备用，工艺灵活，安全可靠。

（3）节省投资及运行费用。将常规三个独立设置的水池、泵房、机械通风冷却塔整合成一个建构筑物，节约了大量的土建投资。由于流程顺畅，工艺管道、电力电缆、控制电缆等也都节约了大量投资。由于布置紧凑，水泵的吸水管路大大缩短，无论从冷却塔的水盘内吸水，还是通过引水筒从水池内吸水，都节约了能耗，从而减少了运行费用。

（4）布置合理，流程顺畅。该工程整体按照流程布局，整洁有序，工艺、配电、值班分区设置，设备呈列布置，管道沿墙敷设，流程顺畅交叉少，整体简洁流畅。

4 结论

常规三个独立设置的水池、泵房、机械通风冷却塔整合成一个建构筑物的设计过程中，不断创新和优化设计方案，比如管道走向、设备布置等进行了多方案的论证，最终确定了最佳方案。这种布置方式极大地减少了占地面积，在有限的范围内布置了两个不同的系统，既满足了工艺上的要求，同时又保证了两个系统运行独立性和互为备用的安全可靠性，为建设面积有限的扩建工程提供了参考样本。