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柴油发电机组的换热与发热量的探讨 0 电站机房通风与降温问题 作为备用电源，柴油站（以下简称电网）用作备用电源，是高层建筑和地下空间不可或缺的一部分。目的是当市电检修或故障时启动内部电源保证工程应急用电设备能连续正常运行。电站内适宜的空气环境是确保机组正常运行的前提。因此电站机房的通风与降温问题是暖通专业设计的重要内容之一。 电站机房的降温方式有3种:通风降温;制冷降温;冷水降温。通风降温方式系统简单、初投资少,目前高层建筑地下电站几乎都采用这种降温方式。有特殊需要时才考虑采用后两种方式。 本文针对通风降温电站的通风设计问题,谈一点体会。 1 水冷机组闭式水冷 柴油机的散热与气缸本身的冷却方式有关,柴油机有两种冷却方式:将机头风扇的出风气流直接吹向气缸外壁,气缸靠流动的空气带走缸体散发的热量,通常把这种机组称为风冷机组;另一种为水冷机组。风冷机组表面温度高,风速大,辐射散热比水冷机组大,全部热量都散发到机房内,因此,机组周围的空气环境差,一般高层建筑和地下空间的电站不用风冷机组。没有特殊需要时,均采用水冷机组。如果在气缸和机油冷却器周围加冷却水套,水套内的冷却水与换热器通过管道和水泵形成一个闭合的循环系统,如图1~4所示,水中的热量依靠机头换热器散热,则称之为闭式水冷。开式水冷机组一般需要设置水箱和软化水装置,否则水套内容易结垢,影响机组的冷却效果。目前工程中多采用闭式水冷机组。 1.1 湿式水冷机组的换热类型 电站机房的通风降温方式与柴油机本身的换热方式有关。闭式水冷机组的换热方式又分为水-水式和风-水换热方式两类。 1.1.1 地下水直流系统 把柴油机冷却水套中冷却水带入换热器中的热量通过外循环水带走的方式称之为水-水换热方式。 图1是利用河水或井水直流换热的系统,这种系统要求水质总硬度在3.5 mg/L以下,悬浮物在20 mg/L以下。图2是利用冷却塔的循环水流经换热器进行水-水换热的系统。这两种方案室外环路的水温受季节变化的影响很大,冬季结冰时无法运行,北方不宜采用这两种冷却方式。 1.1.2 风-水热泵系统 依靠冷风吹过换热器进行换热的方式称之为风-水换热方式。图3是将换热器置于室外的通风装置内,这种系统的优点是:余热直接排向大气,机房余热小,对通风降温设计有利。缺点是:室外装置要占据一定位置和空间;受季节气温变化的影响大,对间歇运行的电站,一般不采用这种方式。目前工程中多采用图4所示的整体式风-水换热方式,其优点是:系统简单,管理方便,受外界因素的影响小;缺点是:换热器热量排除比较困难。这一点也正是笔者要讨论的核心问题。 1.2 机床热表达方式q 现以VOLVO整体式风-水换热机组为例,并通过表1来了解机组散热量的组成和特点。机组的总散热量见表中序号为4,5,6,7的四项,其中Qy为排烟热损失,它的一部分从排烟管表面传至室内,令其为Qi,其余部分为ΔQ=Qy-Qi从排烟管排至大气,所以Qi是机房余热的一部分;Q1为柴油机体热表面向室内的辐射散热量;Q2为发电机向机房散发的热量;QL是风-水换热器的换热量,这部分热量是闭式循环冷却水从柴油机气缸水套和油冷却器水套带来的热量,从表中可以看出QL比(Qi+Q1+Q2)三项之和大2~3倍(其中Qi约为(Q1+Q2)的1/10。)。所以换热器排除的热量QL处理得合理与否,对机房的温度影响很大。 2 柴油站及设备的通风和冷却设计 2.1 设计参数 2.1.1 温度要求 人员直接在机房操作:t≤35 ℃;人员隔室操作:t≤40 ℃;非运行期间:冬季t≥5 ℃。 2.1.2 吸收有害物的浓度 一氧化碳:C1≤30 mg/m3;二氧化硫:C2≤15 mg/m3;丙烯醛:C3≤0.3 mg/m3。 2.2 电站建筑工具的通风量计算 2.2.1 计算机房的输入风量 1 地下主排烟管通风量的确定 由实测得知,电站从柴油机体和排烟管等不严密部位向室内散漏的主要有害物是丙烯醛,将它降到允许浓度所需要的空气量最大,因此将丙烯醛的含量降到允许浓度以下所需的通风量,也就能将其他有害物浓度降到允许浓度以下。目前绝大部分机房的排烟管都是架空敷设,所需排除有害物通风量q1=14~20 m3/(kWh)。当排烟管采用地沟敷设时,所需排除有害物的风量q2=27~34 m3/(kWh)。排除有害物所需风量Lj(m3/h)的计算公式为 Lj=qΡ(1)Lj=qP(1) 式中q——通风量(即排除有害物所需风量,q1或q2),m3/(kWh); P—— 柴油机的输出功率,kW。 这种计算方法,常用于机房制冷机降温和水冷降温方式。 2 空气密度的确定 其计算方法如下: L′j=Qucp(tn-tw)ρ(2)L′j=Qucp(tn?tw)ρ(2) 式中Qu——机房计算余热量,kW; tn—— 机房内设计空气温度,℃;