中東地區(qū)某火電廠通風(fēng)方案比較

黃 凱

中國電力工程顧問集團(tuán)華東電力設(shè)計院有限公司

0 工程概述

本工程為巴基斯坦地區(qū)某電廠，裝機(jī)容量為2×660 MW機(jī)組。

主廠房布置采用側(cè)煤倉布置形式，除氧器室內(nèi)布置，鍋爐房露天布置。

1 室外設(shè)計參數(shù)

本項目位于巴基斯坦沙漠地區(qū)，屬于半干旱氣候，旱季易爆發(fā)沙塵暴，降雨年際分布很不均勻，其中季風(fēng)季節(jié)（7月-9月）降水占80%。廠址附近區(qū)域有2個氣象站，廠址以北約100 km的Chhor氣象站及以西約57 km的Mithi氣象站，廠址區(qū)域距離兩氣象站均較近，之間地勢較為平坦。選取氣象參數(shù)見表1。

表1 塔爾地區(qū)氣象參數(shù)

2 汽機(jī)房及除氧間主設(shè)備散熱量

火力發(fā)電廠的汽機(jī)房及除氧間屬高發(fā)熱車間。廠房內(nèi)布置的汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、加熱器、除氧器及其輔助設(shè)備，以及連接汽輪機(jī)、除氧器和鍋爐之間的高溫高壓蒸汽、高溫水等管道在運(yùn)行時會散發(fā)出大量的熱量。

《火力發(fā)電廠及變電所-供暖通風(fēng)空調(diào)設(shè)計手冊》中表1-46“主廠房設(shè)備散熱量及散濕量估算值”內(nèi)有單臺600 MW及800 MW機(jī)組的設(shè)備散熱量和散濕量的數(shù)據(jù)，具體數(shù)據(jù)見表2。

表2 主廠房設(shè)備散熱量及散濕量估算值

本工程為2×660 MW機(jī)組，采用插入法計算單臺660 MW機(jī)組汽機(jī)房、除氧間設(shè)備散熱量及散濕量，見表3。

表3 660MW主廠房設(shè)備散熱量及散濕量估算值

按本工程汽機(jī)房、除氧間的廠房內(nèi)部建筑體積計算得到：汽輪機(jī)房平均熱強(qiáng)度約為37 W/m3，除氧間平均熱強(qiáng)度約為36 W/m3，主廠房平均熱強(qiáng)度約為36 W/m3。因此汽機(jī)房、除氧間屬高發(fā)熱車間。

3 主廠房全面通風(fēng)方案

3.1 主廠房全面通風(fēng)的特點(diǎn)

火力發(fā)電廠汽機(jī)房、除氧間具有以下特點(diǎn)：廠房建筑結(jié)構(gòu)高大；汽輪機(jī)及其輔助設(shè)備在運(yùn)行過程中散熱量大，導(dǎo)致了廠房內(nèi)熱壓大，所需的通風(fēng)換氣量大。

3.2 汽機(jī)房、除氧間通風(fēng)方案

汽機(jī)房、除氧間通風(fēng)方案主要分為四種：①自然進(jìn)風(fēng)、自然排風(fēng)方案；②自然進(jìn)風(fēng)、機(jī)械排風(fēng)方案；③機(jī)械進(jìn)風(fēng)、自然排風(fēng)方案；④機(jī)械進(jìn)風(fēng)、機(jī)械排風(fēng)方案。

3.2.1 自然進(jìn)風(fēng)、自然排風(fēng)方案

自然進(jìn)風(fēng)、自然排風(fēng)是一種全面通風(fēng)方式。自然通風(fēng)是通過室內(nèi)外的空氣溫度差而產(chǎn)生的熱壓來誘導(dǎo)空氣流動，設(shè)計中不考慮室外風(fēng)壓的因素。室外空氣從廠房底層、夾層、運(yùn)轉(zhuǎn)層進(jìn)入室內(nèi)，被室內(nèi)余熱加熱后從上部自然排風(fēng)裝置排到室外。由于自然通風(fēng)是靠熱壓作用，通風(fēng)效果容易受廠房布置的朝向、室外風(fēng)向及風(fēng)壓的影響。

3.2.2 自然進(jìn)風(fēng)、機(jī)械排風(fēng)方案

自然進(jìn)風(fēng)、機(jī)械排風(fēng)是一種負(fù)壓通風(fēng)形式。它利用屋頂通風(fēng)機(jī)排除廠房內(nèi)熱空氣，并自然地導(dǎo)致從廠房底層、夾層及運(yùn)轉(zhuǎn)層進(jìn)風(fēng)。這種通風(fēng)方式，通風(fēng)計算簡單，在設(shè)計中無需考慮熱壓、風(fēng)壓。

3.2.3 機(jī)械進(jìn)風(fēng)、自然排風(fēng)方案

機(jī)械進(jìn)風(fēng)、自然排風(fēng)是一種正壓通風(fēng)方式。室外空氣經(jīng)過進(jìn)風(fēng)裝置過濾、蒸發(fā)冷卻裝置（若需要）處理后直接送入主廠房的工作地帶，消除余熱、余濕后的熱空氣經(jīng)過廠房頂部的自然排風(fēng)裝置排至室外。

3.2.4 機(jī)械進(jìn)風(fēng)、機(jī)械排風(fēng)方案

機(jī)械進(jìn)風(fēng)、機(jī)械排風(fēng)是全面機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)。室外空氣通過進(jìn)風(fēng)過濾裝置、蒸發(fā)冷卻裝置（若需要）處理后送入廠房，消除余熱及余濕，變成熱濕空氣后通過機(jī)械排風(fēng)裝置排出室外。此類通風(fēng)系統(tǒng)適用于夏季炎熱地區(qū)或風(fēng)沙地區(qū)，與其他通風(fēng)系統(tǒng)相比，此通風(fēng)系統(tǒng)能提高進(jìn)、排風(fēng)能力，更有效地排除室內(nèi)的熱濕空氣，改善通風(fēng)氣流組織，并可防止風(fēng)沙侵入室內(nèi)，保持室內(nèi)正壓。從理論上而言，此類通風(fēng)系統(tǒng)是最理想的通風(fēng)方式。

3.3 主廠房全面通風(fēng)的設(shè)計規(guī)范

3.3.1 火電設(shè)計規(guī)范對主廠房夏季通風(fēng)的規(guī)定[1]

1）當(dāng)工藝無特殊要求時，車間內(nèi)經(jīng)常有人的工作地點(diǎn)夏季空氣溫度不應(yīng)超過表4的規(guī)定。

2）工作地點(diǎn)夏季空氣溫度規(guī)定，見表4。

表4 工作地點(diǎn)夏季空氣溫度規(guī)定（℃）

3）當(dāng)采用自然通風(fēng)，車間工作地點(diǎn)的夏季空氣溫度不能滿足表4的規(guī)定時，應(yīng)設(shè)置機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)。當(dāng)機(jī)械通風(fēng)仍然達(dá)不到表4的規(guī)定時，應(yīng)采取局部降溫措施。當(dāng)受條件限制，在采取降溫通風(fēng)措施后仍不能達(dá)到表4規(guī)定時，允許溫升加大1～2℃。

4）位于風(fēng)沙多發(fā)地區(qū)的汽機(jī)房可采用機(jī)械送風(fēng)，自然排風(fēng)或機(jī)械排風(fēng)，進(jìn)風(fēng)應(yīng)過濾。

5）主廠房進(jìn)風(fēng)溫度宜取夏季通風(fēng)室外計算溫度。

3.3.2 《發(fā)電廠蒸發(fā)冷卻通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計規(guī)程》對主廠房全面通風(fēng)的規(guī)定

1）風(fēng)沙多發(fā)、炎熱干燥地區(qū)汽機(jī)房可采用蒸發(fā)冷卻全面通風(fēng)方式。

2）干燥地區(qū)采用蒸發(fā)冷卻全面通風(fēng)的主廠房，夏季送排風(fēng)溫差不宜小于15℃，中等濕度和高濕度地區(qū)排風(fēng)溫度應(yīng)符合現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《發(fā)電廠供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》DL/T 5035的有關(guān)規(guī)定。

3）蒸發(fā)冷卻通風(fēng)機(jī)組宜布置在汽機(jī)房A排外和中間框架內(nèi)，中間框架布置的機(jī)組總送風(fēng)量不宜低于全面通風(fēng)總送風(fēng)量的30%。

3.4 本工程主廠房全面通風(fēng)的方案確定

3.4.1 進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)

進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)主要分為自然進(jìn)風(fēng)和機(jī)械進(jìn)風(fēng)兩個方案。

1）自然進(jìn)風(fēng)

自然進(jìn)風(fēng)可以采用建筑外窗或防沙百葉窗，由于本工程處于沙漠地區(qū)，不宜采用建筑外窗進(jìn)風(fēng)，自然進(jìn)風(fēng)采用防沙百葉窗進(jìn)風(fēng)。

采用防沙百葉窗進(jìn)風(fēng)的優(yōu)點(diǎn)：

（1）通風(fēng)系統(tǒng)較為簡單，廠房進(jìn)風(fēng)主要依靠外墻上設(shè)置的防沙百葉窗進(jìn)風(fēng)。

（2）由于采用自然進(jìn)風(fēng)，廠房內(nèi)不需要布置機(jī)械進(jìn)風(fēng)裝置和通風(fēng)管道，通風(fēng)系統(tǒng)占用廠房空間少，與其它工藝專業(yè)管道無交叉。

采用防沙百葉窗自然進(jìn)風(fēng)的缺點(diǎn)：

（1）由于自然進(jìn)風(fēng)的送風(fēng)溫度即為室外溫度，廠房工作地帶溫度及排風(fēng)溫度較高。

（2）雖然防沙防雨百葉窗具有一定的防沙塵暴功能，但是對于空氣中其他細(xì)小的沙塵微粒無法過濾，室內(nèi)工作環(huán)境條件較差。

（3）由于進(jìn)、排風(fēng)溫差小，因此通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計風(fēng)量較大，屋頂風(fēng)機(jī)及防沙防雨百葉窗投資較大。

2）機(jī)械進(jìn)風(fēng)

機(jī)械進(jìn)風(fēng)可分為過濾送風(fēng)、過濾蒸發(fā)冷卻（加熱）送風(fēng)兩種方法。

（1）機(jī)械過濾送風(fēng)方式是僅對室外空氣進(jìn)行過濾，去除空氣內(nèi)的沙塵及灰塵，并通過風(fēng)管、風(fēng)口、射流風(fēng)機(jī)（局部）將空氣送到設(shè)備及檢修通道附近。

（2）機(jī)械過濾冷卻（加熱）送風(fēng)方式對室外空氣進(jìn)行過濾，冷卻（加熱）去除空氣內(nèi)的沙塵及灰塵后對空氣（水）蒸發(fā)冷卻器冷卻、表面式加熱器（需要供暖的寒冷或嚴(yán)寒地區(qū)設(shè)有）加熱，并通過風(fēng)管、風(fēng)口、射流風(fēng)機(jī)（局部）將空氣送到設(shè)備及檢修通道區(qū)域，在夏季進(jìn)行冷卻，在冬季供暖（本地區(qū)冬季供暖室外計算溫度為8℃，冬季不需要供暖）。

機(jī)械進(jìn)風(fēng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）與自然進(jìn)風(fēng)相比，機(jī)械進(jìn)風(fēng)可對室外空氣進(jìn)行過濾，維持室內(nèi)正壓，保證室內(nèi)空氣的清潔度，減少了沙塵暴對室內(nèi)工作環(huán)境的影響。冷卻處理，在特定范圍內(nèi)，能設(shè)定送風(fēng)溫度，以維持工作地帶溫度。

（2）由于采用了（水）蒸發(fā)式空氣冷卻機(jī)組的機(jī)械進(jìn)風(fēng)，不僅能對室外空氣進(jìn)行過濾，維持室內(nèi)正壓，而且能利用（水）蒸發(fā)冷卻技術(shù)，使室外干熱空氣等焓降溫到室外空氣的濕球溫度附近，降低送風(fēng)溫度與廠房內(nèi)的環(huán)境溫度，并減少通風(fēng)系統(tǒng)的通風(fēng)量［2］。

機(jī)械進(jìn)風(fēng)具有以下缺點(diǎn)：

（1）機(jī)械進(jìn)風(fēng)裝置體積較大，室內(nèi)布置時需要占用較大的空間。

（2）采用機(jī)械進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)后增加了通風(fēng)管道的布置，但通風(fēng)管道布置較困難。

（3）過濾送風(fēng)機(jī)組、蒸發(fā)式空氣冷卻機(jī)組，設(shè)備一次性投資較高。

（4）過濾送風(fēng)機(jī)組、蒸發(fā)式空氣冷卻機(jī)組的維護(hù)工作量較大。

3.4.2 排風(fēng)系統(tǒng)

排風(fēng)系統(tǒng)主要分為自然排風(fēng)、機(jī)械排風(fēng)兩種方案。

1）自然排風(fēng)

自然排風(fēng)通常在汽機(jī)房、除氧間屋頂設(shè)置避風(fēng)型自然通風(fēng)器，通過室內(nèi)空氣的熱壓作用，將熱空氣排至室外。

自然排風(fēng)具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、無振動、基本無需電力，具有維護(hù)工作量較小的優(yōu)點(diǎn)，但壽命較短，通風(fēng)量的大小易受室外氣象條件的影響，排風(fēng)溫度受室內(nèi)溫度梯度的限制，防雨防雪性能較差，特別對風(fēng)沙地區(qū)，沙土容易積聚在通風(fēng)器的排水溝或集水盤內(nèi)，造成因排水管的堵塞導(dǎo)致漏水至廠房內(nèi)，因此，風(fēng)沙地區(qū)不宜采用自然通風(fēng)器進(jìn)行排風(fēng)。

2）機(jī)械排風(fēng)

機(jī)械排風(fēng)一般在汽機(jī)房、除氧間屋頂設(shè)置屋頂風(fēng)機(jī)，使用電能將室內(nèi)熱空氣排至室外。

機(jī)械排風(fēng)系統(tǒng)，由于風(fēng)機(jī)風(fēng)壓的作用，相比自然通風(fēng)可以使相同標(biāo)高進(jìn)風(fēng)口處的壓差增加而使自然進(jìn)風(fēng)防沙百葉窗的進(jìn)風(fēng)速度增加，從而減小進(jìn)風(fēng)面積。

機(jī)械排風(fēng)具有通風(fēng)效率高、使用壽命長、排風(fēng)量不受室外條件的影響等優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)為：較自然排風(fēng)耗電能，噪聲較高、運(yùn)行維護(hù)工作量較大。由于主廠房存在一定的熱壓、通風(fēng)克服的阻力較小，因此可選用低噪音軸流式屋頂風(fēng)機(jī)。

3.4.3 本工程室外空氣參數(shù)的確定

本項目位于沙漠地區(qū)，屬于半干旱氣候，旱季易爆發(fā)沙塵暴。由表1，可知當(dāng)?shù)赝L(fēng)的主要?dú)庀髤?shù)：

經(jīng)計算夏季通風(fēng)室外計算濕球溫度為26.9℃。

3.4.4 本工程主廠房全面通風(fēng)方案

通過上述主廠房全面通風(fēng)方案的分析，結(jié)合規(guī)范的要求以及本工程室外氣象的特點(diǎn)：

1)沙塵暴頻發(fā)地區(qū)，且室外空氣極端最高溫度高達(dá)51℃；

2)夏季室外通風(fēng)溫度達(dá)38.4℃，夏季通風(fēng)濕球溫度為26.9℃。初步確定采用以下兩種通風(fēng)方案：

方案一：自然進(jìn)風(fēng)、機(jī)械排風(fēng)，即汽機(jī)房低層、夾層汽機(jī)房A排外墻設(shè)置防沙百葉窗自然進(jìn)風(fēng)，經(jīng)室內(nèi)熱濕交換后的空氣由通風(fēng)格柵上升，汽機(jī)房、除氧間的屋頂設(shè)置防爆型屋頂風(fēng)機(jī)，同時在汽機(jī)房低層、夾層的B排軸設(shè)置射流風(fēng)機(jī)，對B-C跨進(jìn)行誘導(dǎo)送風(fēng)，消除局部熱點(diǎn)。

方案二：（水）蒸發(fā)冷卻機(jī)組機(jī)械進(jìn)風(fēng)、機(jī)械排風(fēng)，即通過布置在A排外±0.00 m層及B-C軸13.70 m層、26.00 m層的蒸發(fā)式空氣冷卻機(jī)組，經(jīng)高速射流噴口向汽機(jī)房、除氧間±0.00 m、6.40 m層、13.70 m層送風(fēng)（汽機(jī)房送風(fēng)量占比67%，除氧間占比33%），經(jīng)室內(nèi)熱濕交換后的空氣由通風(fēng)格柵上升，由汽機(jī)房、除氧間的防爆屋頂風(fēng)機(jī)排出。同時再設(shè)置部分射流風(fēng)機(jī)，消除局部熱點(diǎn)。

4 主廠房通風(fēng)量及設(shè)備選型計算

4.1 通風(fēng)量計算

主廠房通風(fēng)是利用室外空氣、帶走室內(nèi)設(shè)備或管道散發(fā)的熱量和濕量。根據(jù)工藝的布置特點(diǎn)和車間通風(fēng)設(shè)計原則，對汽機(jī)房、除氧間進(jìn)行全面通風(fēng)。

主廠房通風(fēng)量計算，其實(shí)質(zhì)為主廠房熱、濕平衡計算。確定維持室內(nèi)溫度、帶走室內(nèi)設(shè)備和管道的發(fā)熱量及散濕量所需的通風(fēng)量，并取按發(fā)熱量與散濕量計算風(fēng)量的大值。由于廠房內(nèi)散熱量遠(yuǎn)大于散濕量，所以通風(fēng)量采用散熱量來計算。

汽輪機(jī)房通風(fēng)換氣量按式（1）計算：

式中：G——汽輪機(jī)房通風(fēng)量，kg/h；

Qre——汽輪機(jī)房設(shè)備散熱量，MW；

tj、tp——汽輪機(jī)房進(jìn)、排風(fēng)口空氣溫度，℃；

c——空氣質(zhì)量比熱，1.01 kJ/(kg·C)；除氧間通風(fēng)換氣量按式（1）計算。

由公式（1）可見，在發(fā)電機(jī)組容量確定后，通風(fēng)量計算與進(jìn)風(fēng)溫度、排風(fēng)溫度密切相關(guān)。在確定了通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)后，在設(shè)備和管道散熱量的基礎(chǔ)上，才能較為準(zhǔn)確地計算主廠房通風(fēng)所需的風(fēng)量，根據(jù)各類通風(fēng)設(shè)備的性能，正確選擇通風(fēng)設(shè)備。

4.2 進(jìn)、排風(fēng)口空氣溫度的確定

4.2.1 設(shè)計規(guī)范的規(guī)定

1）DL/T 5035-2016《發(fā)電廠供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》對廠房夏季通風(fēng)進(jìn)、排風(fēng)溫度有下列規(guī)定：

主廠房通風(fēng)計算時，進(jìn)、排風(fēng)溫度宜按下列數(shù)值選取：

（1）進(jìn)風(fēng)溫度宜取夏季通風(fēng)室外計算溫度tw；

（2）工作地點(diǎn)溫度tn宜按照表4的數(shù)值選取；

（3）排風(fēng)溫度tp宜符合以下要求：

2）DL/T 5515-2016《發(fā)電廠蒸發(fā)冷卻通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計規(guī)程》對主廠房夏季全面通風(fēng)的送排風(fēng)溫差有以下規(guī)定：

干燥地區(qū)采用蒸發(fā)冷卻全面通風(fēng)的主廠房，夏季送排風(fēng)溫差不宜小于15℃，中等濕度和高濕度地區(qū)排風(fēng)溫度應(yīng)符合現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《發(fā)電廠供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》DL/T 5035的有關(guān)規(guī)定。

4.2.2 進(jìn)風(fēng)口空氣溫度的確定

方案一（自然進(jìn)風(fēng)、機(jī)械排風(fēng)）：按設(shè)計規(guī)范規(guī)定取當(dāng)?shù)叵募就L(fēng)室外計算溫度38.4℃；

方案二（蒸發(fā)冷卻機(jī)組機(jī)械進(jìn)風(fēng)、機(jī)械排風(fēng)）：按設(shè)計規(guī)范規(guī)定取當(dāng)?shù)叵募就L(fēng)室外計算溫度38.4℃，夏季通風(fēng)室外相對濕度41%，夏季通風(fēng)室外計算濕度為26.9℃，按直接蒸發(fā)效率不低于85%計算，考慮送風(fēng)機(jī)及管道的溫升，送風(fēng)溫度為29℃。

4.2.3 排風(fēng)口空氣溫度的確定

考慮到汽機(jī)房運(yùn)轉(zhuǎn)層上層空間較大，室外夏季通風(fēng)溫度較高，為減少一次通風(fēng)設(shè)備的投資和運(yùn)行費(fèi)用，以及廠房對防沙風(fēng)百葉窗、蒸發(fā)冷卻送風(fēng)機(jī)組的布置空間的限制等因素，汽機(jī)房、除氧間排風(fēng)溫度取45℃。

4.2.4 通風(fēng)量及通風(fēng)設(shè)備選型計算

按式（1），方案一、方案二單臺機(jī)組通風(fēng)量計算結(jié)果見表5。

表5 自然進(jìn)風(fēng)機(jī)械排風(fēng)與蒸發(fā)冷卻機(jī)械進(jìn)排風(fēng)方案比較

5 主廠房通風(fēng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

方案一、方案二技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較見表6。

表6 技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

6 結(jié)論

本工程位于沙漠地區(qū)，屬于半干旱氣候，旱季易爆發(fā)沙塵暴。夏季通風(fēng)室外計算溫度38.4℃，最熱季節(jié)平均溫度36.8℃。從上述方案的比較可見，方案一雖然具有明顯的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，但不能滿足規(guī)范中對廠房工作地帶的溫度≤35℃的要求。方案二具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢，可以滿足對廠房工作地帶的溫度要求，但該方案的能耗、水耗較方案一大，運(yùn)行維護(hù)工作量也較大。

為了滿足勞動保護(hù)及工業(yè)衛(wèi)生要求，綜合廠址條件的實(shí)際情況，本工程推薦方案二，即采用蒸發(fā)冷卻機(jī)組機(jī)械送風(fēng)，屋頂風(fēng)機(jī)機(jī)械排風(fēng)的全面通風(fēng)方式。