前言

目前，在海拔高度大于3500m，即超高海拔地區水泥窯余熱發電項目設計中，所能參照的設計參數及設備數據均是在常規海拔或一般高原地區的使用環境下得到的，但不同的使用環境會對設備性能產生一定的影響。因此，研究超高海拔地區水泥窯余熱發電的設計及設備選型的特殊性很有必要。本文詳細分析了超高海拔地區環境條件對電氣設備、水泵及冷卻塔等設備的影響，提出了超高海拔地區水泥窯余熱發電項目設計應注意的問題，并介紹了相關水泥窯余熱發電項目的具體情況。

1.1 電氣設備

超高海拔地區，氣壓較低，空氣密度較小，空氣散熱能力進一步減弱，對電氣設備的絕緣、散熱、安全距離等多方面產生影響，因此需要根據超高海拔地區的特殊環境進行合理設計，具體需要考慮以下幾個方面：

(1)對斷路器額定工作電壓、短時工頻耐受電壓、雷電沖擊耐受電壓、分斷能力進行計算，考察其是否能滿足系統要求；由于需對配電柜的電氣間隙進行調整，從而導致配電柜體積增加，故設計人員應考慮其對工藝布局的影響，宜在常規設計的基礎上留有15％～25％的空間裕度；

(2)變壓器的溫度與海拔的升高、冷卻方法有關，因此其溫升應進行適當修正，如自冷型變壓器，其修正系數后=l+(rl000)，其中疋為海拔高度，m。

(3)超高海拔地區，電機實際帶動能力減弱，發熱量增加明顯，影響電機輸出的額定功率。當相同功率的電機在超高海拔地區運行時，功率會下降，因此在選擇電機時，應及時將實際海拔和溫度通知電機廠家，讓電機廠家根據電機功率的下降量和絕緣溫度的需求，選擇合適的電機。

(4)考慮超高海拔地區降容效應，選擇變頻器等電氣設備時需按廠家提供的降容系數表進行選型；在設計日照時屋外軟導線和管型母線考慮綜合校正系數，較常規海拔或一般高原地區截面增大。

(5)電纜的選擇首要考慮室外惡劣環境對電纜的影響，應采用耐寒電力電纜，并采用沿管溝敷設的方式。同時注意10kV電纜頭應采用冷縮電纜頭。

1.2 水泵及冷卻塔

(1)水泵。水泥窯余熱發電項目中的水泵主要包括鍋爐給水泵、凝結水泵以及循環冷卻水泵等，上述水泵均為白灌式離心泵，大氣壓的變化對水泵的氣蝕余量和安裝高度有較大的影響。

離心泵的吸水性能通常使用允許吸上真空高度Hs來衡量的。Hs值越大，說明水泵的吸水性能越好，但是水樣本中的Ha是水泵在標況下(氣壓為10.33mH₂O，水溫為20℃時)的允許吸上高度。因此，在工程上應用時，需要考慮到大氣壓強和水溫的影響，對水泵廠所給定的皿值，作如下的修正：

Hs’=Hs-(10.33-Ha)-(Hva-0.24)

式中：Hs’——修正后采用的允許吸上真空高度(m)；Hs——水泵廠給定的允許吸上真空高度，m；Ha——安裝地點的大氣壓，mH₂O；Hva——實際水溫下的飽和蒸汽壓力。

另外，超高海拔地區空氣質量相對較少，流經電機散熱片的空氣質量少，導致電機散熱性能大為降低，對電機性能產生很大影響。因此，在配置水泵電機時通常按普通功率適當提檔或選用高原電機。

(2)冷卻塔。機械通風冷卻塔是利用空氣和水直接接觸來冷卻循環水的設備，空氣與水在冷卻塔內的熱交換主要有兩種：接觸傳熱；蒸發傳熱，其中蒸發散熱占主導作用，根據大氣溫度和濕度的不同，一般占總換熱量的60％～90％。

根據研究發現，隨著海拔的升高，蒸發散熱量增大，即冷卻塔的綜合換熱量會隨海拔的升高而增加，所以超高海拔地區冷卻塔的設計并不需要進行修正，只需考慮當地的濕球及干球溫度對冷卻塔的影響即可；另外，超高海拔地區的冷卻塔風機須選配高原電機，有條件時宜采用高原變頻電機。

(3)循環水池。因超高海拔地區凍土層比較厚，循環水池會有部分高度設置在凍土層內。故循環水池外壁需設維護結構保溫，即在循環水池壁外一定距離處砌墻，墻壁與水池壁之間的空間填充細沙或者灰渣土等，該方式施工簡單，并且不增加日常維護費用。盡管循環水池部分高度可以設置在凍土層內，但需注意的是循環水管需埋置于凍土層以下，以免凍壞。

1.3 保溫、防凍

超高海拔地區溫度低，需要對室外布置的余熱鍋爐本體及室外汽水管線和輔助設備進行保溫處理。對于汽水管道，可采用兩層防潮反射膜保溫措施：在兩層保溫層之間包裹一層耐高溫鋁箔玻纖布(見圖1)，并在鍍鋅鐵皮與第二層保溫層之間包裹一層納米氣囊絕熱防潮層(見圖2)。

同時還需對相關設備及管道采用防凍措施，具體防凍原則：1)確保熱源；2)無熱源時從設計源頭確保爐管、蒸汽及水管的疏水排盡，遇到無法排盡的地方，考慮電伴熱或者烘干鎢燈、取暖器等設備；3)運行維護責任到位，設立外管，鍋爐本體，廠房疏水點專人負責，在氣溫較低的情況下，全天監視；4)室外架空布置的管道除配置低處疏水點外，另配置便于拆卸的管道(一般可設計1m法蘭段)及壓縮空氣吹掃點。

2.1 基本情況

本項目為西藏藏中建材股份有限公司4000t/d熟料水泥生產線配套低溫余熱發電工程，建設地點位于西藏自治區拉薩市，建設場地海拔3740m。主要建設規模為：一臺AQC鍋爐(雙壓)、一臺SP鍋爐(雙壓)以及一套12MW補汽凝汽式汽輪發電機組。

2.2 設計特點

(1)智能化控制系統：本項目為“智能工廠”項目，智能化水平較高，控制系統總共包含21個PID自動控制回路，82個基本聯鎖關系，18個程控子系統，Dcs中自主開發了106個功能塊，達到了“一鍵啟機”的控制水平，每班運行人員僅需2人。

(2)預留太陽能集熱系統接入口：考慮到西藏地區豐富的光照資源，本項目預留了光熱與余熱發電耦合接口，設置一臺DN800的分汽缸，考慮光熱耦合接口，同時在汽機房內預留出光熱給水泵的安裝場地。

2.3 實際運行狀況

項目已于2017年10月通過72h試運行及24h性能考核，因窯生產線工況波動較大，考核期間機組發電功率基本維持在7500kw左右，主要原因是因為窯尾鍋爐進口煙溫偏離設計值較大，設計320℃，實際只有280℃左右，對機組發電功率的產生了較大的影響，但是后期通過對c1旋風筒進行保溫后，明顯提升了窯尾鍋爐進口煙溫，使系統發電指標達到了設計要求。

超高海拔地區水泥窯余熱發電項目設計，應充分考慮當地氣候條件對設備的影響并進行合理設計，應考慮隨著海拔的升高，環境變化對電氣設備的絕緣、散熱、安全距離以及對水泵性能的影響；因此在設計時，應考慮一定的修正或者留有適當余量，同時對室外布置的余熱鍋爐本體及室外汽水管線和輔助設備進行保溫防凍處理。

作者：管曉東

來源：《南京凱盛開能環保能源有限公司》

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