发电机组的工作原理类似于汽车发动机,车间内共l4台发电机组成一字形排列,常年同时全负荷运行。每台机组的发热量由工艺设备厂家提供,其发热量为200KW/台,总体发热2800KW。车间内余热量很大,需要常年采用通风换气的方式进行降温处理,以保证机组环境温度不得大于43℃(高于43℃时,将会影响发电机组的运行效率,甚至会将机组烧毁)。
通风方案为:在发电机房的屋面,设置屋顶通风机进行排风,在发电机房的下部,正对机组尾部的位置,采用通风百叶窗自然进风,采用这种下进上排的方式,将发电机房内机组产生的余热排至户外。因发电机房内噪声较大,在进风口与排风口处都进行了消声处理。其发电机房通风平面如图1。
当发电机房内采用全面通风换气方式进行降温处理时,根据已知的通风室外温度、设备发热量(室内余热)、机组允许的最高环境温度,由公式:Q=CG(T1-T2)即可计算出发电机房的通风换气量G。
式中,Q为室内余热;C为空气比热1.01kJ/kg;G为需排除的空气量,kg/s;T1为机组允许最高环境温度,℃;T2为室外温度,℃。
既然是通风换气降温,按一贯的设计理念,公式中的T2是否可以采用夏季通风室外计算温度,作为室外温度的计算基数,来进行室内通风换气量的计算呢?
在《采暖通风与空气调节设计规范》(GB50019-2003)中,对通风、空气调节室外计算温度做了如下规定:
夏季通风室外计算温度,应采用历年最热月l4时的月平均温度的平均值。
夏季空气调节室外计算干球温度,应采用历年平均不保证50h的干球温度。
极端最高温度是有温度记载以来某年中最热时刻的温度,用从各年极端最高温度中挑取最高值的方法予以确定。
比如:大同地区夏季通风室外计算温度为26℃;夏季空气调节室外计算干球温度为30.3℃;极端最高温度为34.5℃。
另外,在《采暖通风与空气调节设计规范》中,对有关通风换气条款作了如下规定:5.1.1条:为了防止大量热、蒸汽或有害物质向人员活动区散发,防止有害物质对环境的污染,必须从总体规划、工艺、建筑和通风等方面采取有效的综合防治和治理措施;5.3.2条:选择机械通风系统的空气加热器时,室外计算参数应采用采暖室外计算温度;当其用于补偿消除余热、余湿用全面排风计算热量时,应采用冬季通风室外计算温度;5.5.8条:当局部送风系统的空气需要冷却或加热处理时,其室外计算参数,夏季应采用通风室外计算温度及相对湿度;冬季应采用采暖室外计算温度。
由以上条文可以看出,在《采暖通风与空气调节设计规范》中,对何时采用室外通风计算温度,做了明确的规定,但规范条文并不全面,涉及到具体的通风问题还要根据工艺设备具体需要灵活把握。
发电机房共设置了l4台发电机组,总体发热总量为2800KW。需要对室内进行全面通风
换气,排除其余热,以维持房间内的温度不大于43℃。对于这种方式的排风量的计算,也许大家会毫不犹豫地选择夏季室外通风计算温度来进行排风量的计算。而夏季室外计算温度的选取准则是以“夏季通风室外计算温度,应采用历年最热月14时的月平均温度的平均值”,如果采用最热月l4时的月平均温度的平均值作为温度基数,来计算其机房内的排风量,其室内温度将会有一个月的时间,不连续的出现超标,其结果会造成因室内温度过高,严重影响发电设备运行效率、严重恶化发电设备运行的环境不良后果,甚至因发电设备得不到有效的散热而烧毁。
由公式:p=CG(T1-T2)可知:
如按常规采用夏季通风室外计算温度26℃为基数,排除机房内发电设备散发的2800KW的余热,所需要的排风量为:
质量流量G质=Q/C(T1-T2)=2800/1.01(43-26)=163.08kg/s
体积流量G体=163.08/1.12×3600=524186m3/h
如果室外气温超过26℃,达到其极限温度34.5℃,而此时通风设备不可能再有变化,其排风能力仍然维持其体积流量524186m3/h不变。但因排风温度升高,空气的密度将减少,导致质量流量将有所降低,首先假设空气密度降为1.10kg/m3(45℃-55℃时的密度),而此时室内达到的温度为:T1=T2+Q/CG=34.5+2800/(1.01×524186/3600×1.10)=51.8℃(51.8℃时得空气密度1.10kg/m3)
如此高温环境,将严重影响发电设备的正常运行,与当初设定的室内温度不超过43℃严重背离,因此对于常年运行的发电设备,当室内温度严格规定不允许超过某一极限值时,应采用极限最高温度,作为室外通风温度的计算值,这样才能保证设备全年运行的可靠性。
如果采用夏季空调室外计算干球温度30.3℃为基数,排除发电设备散发的2800KW的余热,所需要的排风量为:质量流量G质=Q/C(T1-T2)=2800/1.01(43-30.3)=218.30kg/s
体积流量G体-218.30/1.12×3600=701679m3/h
如室外气温超过30.3℃,达到其极限温度34.5℃,而此时通风设备同样不再有变化,其排风能力仍然是其体积流量701679m3/h不变。但因温度升高,空气的密度减少,导致质量流量将有所降低,首先假设空气密度降为1.10kg/m3,而此时室内达到的温度为:T1=T2+Q/CG
=34.5+2800/(1.01×701679/3600×1.10)=48.6℃
由以上计算结果可以看出,虽采用了室外空调干球温度作为计算基数,提高了设备运行的可靠性,但当室外温度处在极端不利的情况下,室内温度仍然高出室内允许温很多,也就是每年仍然有50h室内温度超标,导致发电设备的运行得不到有效保证,这对于常年全负荷运行,需要充分保障其运行效率和运行安全的发电设备来说是不允许的。
如果采用夏季室外极端最高温度34.5℃为基数,排除发电设备散发的2800KW的余热,所需要的排风量为:
质量流量G质=Q/C(T1一T2)=2800/1.01(43—34.5)=326.15kg/s
体积流量G体=/1.12×3600=1048340m3/h
通过以上计算可知,当采用夏季通风室外计算温度计算其室内排风量,与采用极端最高温度计算其室内排风量,两者相差一倍左右。如果通风室外温度选择不当,将对通风设备的选型及通风排热效果产生非常大的影响。根据两者不同的计算结果,所选择的通风设备容量相差非常悬殊,如果采用室外通风计算温度,将造成室温过高,且因通风设备选型相差太大,给日后补救带来困难。
对于室内采用全面通风换气的方式进行余湿余热的排除时,不能盲目的采用夏季室外通风计算温度,要根据工艺设备的运行状态和设备对室内环境的具体要求,进行切合实际的计算。对于全年需要不间断的全负荷运行的发电设备,当必须保证每天的环境温度都不能超过发电设备允许的环境温度时,应采用夏季极端最高温度来计算其排风量,并以此为依据来进行通风设备的选型。避免因排风量过小而造成室温过高,从而影响发电设备的正常运转和发电效率。
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