中东地区某火电厂通风方案比较

黄 凯

中国电力工程顾问集团华东电力设计院有限公司

0 工程概述

本工程为巴基斯坦地区某电厂，装机容量为2×660 MW机组。

主厂房布置采用侧煤仓布置形式，除氧器室内布置，锅炉房露天布置。

1 室外设计参数

本项目位于巴基斯坦沙漠地区，属于半干旱气候，旱季易爆发沙尘暴，降雨年际分布很不均匀，其中季风季节（7月-9月）降水占80%。厂址附近区域有2个气象站，厂址以北约100 km的Chhor气象站及以西约57 km的Mithi气象站，厂址区域距离两气象站均较近，之间地势较为平坦。选取气象参数见表1。

表1 塔尔地区气象参数

2 汽机房及除氧间主设备散热量

火力发电厂的汽机房及除氧间属高发热车间。厂房内布置的汽轮机、发电机、加热器、除氧器及其辅助设备，以及连接汽轮机、除氧器和锅炉之间的高温高压蒸汽、高温水等管道在运行时会散发出大量的热量。

《火力发电厂及变电所-供暖通风空调设计手册》中表1-46“主厂房设备散热量及散湿量估算值”内有单台600 MW及800 MW机组的设备散热量和散湿量的数据，具体数据见表2。

表2 主厂房设备散热量及散湿量估算值

本工程为2×660 MW机组，采用插入法计算单台660 MW机组汽机房、除氧间设备散热量及散湿量，见表3。

表3 660MW主厂房设备散热量及散湿量估算值

按本工程汽机房、除氧间的厂房内部建筑体积计算得到：汽轮机房平均热强度约为37 W/m3，除氧间平均热强度约为36 W/m3，主厂房平均热强度约为36 W/m3。因此汽机房、除氧间属高发热车间。

3 主厂房全面通风方案

3.1 主厂房全面通风的特点

火力发电厂汽机房、除氧间具有以下特点：厂房建筑结构高大；汽轮机及其辅助设备在运行过程中散热量大，导致了厂房内热压大，所需的通风换气量大。

3.2 汽机房、除氧间通风方案

汽机房、除氧间通风方案主要分为四种：①自然进风、自然排风方案；②自然进风、机械排风方案；③机械进风、自然排风方案；④机械进风、机械排风方案。

3.2.1 自然进风、自然排风方案

自然进风、自然排风是一种全面通风方式。自然通风是通过室内外的空气温度差而产生的热压来诱导空气流动，设计中不考虑室外风压的因素。室外空气从厂房底层、夹层、运转层进入室内，被室内余热加热后从上部自然排风装置排到室外。由于自然通风是靠热压作用，通风效果容易受厂房布置的朝向、室外风向及风压的影响。

3.2.2 自然进风、机械排风方案

自然进风、机械排风是一种负压通风形式。它利用屋顶通风机排除厂房内热空气，并自然地导致从厂房底层、夹层及运转层进风。这种通风方式，通风计算简单，在设计中无需考虑热压、风压。

3.2.3 机械进风、自然排风方案

机械进风、自然排风是一种正压通风方式。室外空气经过进风装置过滤、蒸发冷却装置（若需要）处理后直接送入主厂房的工作地带，消除余热、余湿后的热空气经过厂房顶部的自然排风装置排至室外。

3.2.4 机械进风、机械排风方案

机械进风、机械排风是全面机械通风系统。室外空气通过进风过滤装置、蒸发冷却装置（若需要）处理后送入厂房，消除余热及余湿，变成热湿空气后通过机械排风装置排出室外。此类通风系统适用于夏季炎热地区或风沙地区，与其他通风系统相比，此通风系统能提高进、排风能力，更有效地排除室内的热湿空气，改善通风气流组织，并可防止风沙侵入室内，保持室内正压。从理论上而言，此类通风系统是最理想的通风方式。

3.3 主厂房全面通风的设计规范

3.3.1 火电设计规范对主厂房夏季通风的规定[1]

1）当工艺无特殊要求时，车间内经常有人的工作地点夏季空气温度不应超过表4的规定。

2）工作地点夏季空气温度规定，见表4。

表4 工作地点夏季空气温度规定（℃）

3）当采用自然通风，车间工作地点的夏季空气温度不能满足表4的规定时，应设置机械通风系统。当机械通风仍然达不到表4的规定时，应采取局部降温措施。当受条件限制，在采取降温通风措施后仍不能达到表4规定时，允许温升加大1～2℃。

4）位于风沙多发地区的汽机房可采用机械送风，自然排风或机械排风，进风应过滤。

5）主厂房进风温度宜取夏季通风室外计算温度。

3.3.2 《发电厂蒸发冷却通风空调系统设计规程》对主厂房全面通风的规定

1）风沙多发、炎热干燥地区汽机房可采用蒸发冷却全面通风方式。

2）干燥地区采用蒸发冷却全面通风的主厂房，夏季送排风温差不宜小于15℃，中等湿度和高湿度地区排风温度应符合现行行业标准《发电厂供暖通风与空气调节设计规范》DL/T 5035的有关规定。

3）蒸发冷却通风机组宜布置在汽机房A排外和中间框架内，中间框架布置的机组总送风量不宜低于全面通风总送风量的30%。

3.4 本工程主厂房全面通风的方案确定

3.4.1 进风系统

进风系统主要分为自然进风和机械进风两个方案。

1）自然进风

自然进风可以采用建筑外窗或防沙百叶窗，由于本工程处于沙漠地区，不宜采用建筑外窗进风，自然进风采用防沙百叶窗进风。

采用防沙百叶窗进风的优点：

（1）通风系统较为简单，厂房进风主要依靠外墙上设置的防沙百叶窗进风。

（2）由于采用自然进风，厂房内不需要布置机械进风装置和通风管道，通风系统占用厂房空间少，与其它工艺专业管道无交叉。

采用防沙百叶窗自然进风的缺点：

（1）由于自然进风的送风温度即为室外温度，厂房工作地带温度及排风温度较高。

（2）虽然防沙防雨百叶窗具有一定的防沙尘暴功能，但是对于空气中其他细小的沙尘微粒无法过滤，室内工作环境条件较差。

（3）由于进、排风温差小，因此通风系统设计风量较大，屋顶风机及防沙防雨百叶窗投资较大。

2）机械进风

机械进风可分为过滤送风、过滤蒸发冷却（加热）送风两种方法。

（1）机械过滤送风方式是仅对室外空气进行过滤，去除空气内的沙尘及灰尘，并通过风管、风口、射流风机（局部）将空气送到设备及检修通道附近。

（2）机械过滤冷却（加热）送风方式对室外空气进行过滤，冷却（加热）去除空气内的沙尘及灰尘后对空气（水）蒸发冷却器冷却、表面式加热器（需要供暖的寒冷或严寒地区设有）加热，并通过风管、风口、射流风机（局部）将空气送到设备及检修通道区域，在夏季进行冷却，在冬季供暖（本地区冬季供暖室外计算温度为8℃，冬季不需要供暖）。

机械进风具有以下优点：

（1）与自然进风相比，机械进风可对室外空气进行过滤，维持室内正压，保证室内空气的清洁度，减少了沙尘暴对室内工作环境的影响。冷却处理，在特定范围内，能设定送风温度，以维持工作地带温度。

（2）由于采用了（水）蒸发式空气冷却机组的机械进风，不仅能对室外空气进行过滤，维持室内正压，而且能利用（水）蒸发冷却技术，使室外干热空气等焓降温到室外空气的湿球温度附近，降低送风温度与厂房内的环境温度，并减少通风系统的通风量［2］。

机械进风具有以下缺点：

（1）机械进风装置体积较大，室内布置时需要占用较大的空间。

（2）采用机械进风系统后增加了通风管道的布置，但通风管道布置较困难。

（3）过滤送风机组、蒸发式空气冷却机组，设备一次性投资较高。

（4）过滤送风机组、蒸发式空气冷却机组的维护工作量较大。

3.4.2 排风系统

排风系统主要分为自然排风、机械排风两种方案。

1）自然排风

自然排风通常在汽机房、除氧间屋顶设置避风型自然通风器，通过室内空气的热压作用，将热空气排至室外。

自然排风具有结构简单、重量轻、无振动、基本无需电力，具有维护工作量较小的优点，但寿命较短，通风量的大小易受室外气象条件的影响，排风温度受室内温度梯度的限制，防雨防雪性能较差，特别对风沙地区，沙土容易积聚在通风器的排水沟或集水盘内，造成因排水管的堵塞导致漏水至厂房内，因此，风沙地区不宜采用自然通风器进行排风。

2）机械排风

机械排风一般在汽机房、除氧间屋顶设置屋顶风机，使用电能将室内热空气排至室外。

机械排风系统，由于风机风压的作用，相比自然通风可以使相同标高进风口处的压差增加而使自然进风防沙百叶窗的进风速度增加，从而减小进风面积。

机械排风具有通风效率高、使用寿命长、排风量不受室外条件的影响等优点。其缺点为：较自然排风耗电能，噪声较高、运行维护工作量较大。由于主厂房存在一定的热压、通风克服的阻力较小，因此可选用低噪音轴流式屋顶风机。

3.4.3 本工程室外空气参数的确定

本项目位于沙漠地区，属于半干旱气候，旱季易爆发沙尘暴。由表1，可知当地通风的主要气象参数：

经计算夏季通风室外计算湿球温度为26.9℃。

3.4.4 本工程主厂房全面通风方案

通过上述主厂房全面通风方案的分析，结合规范的要求以及本工程室外气象的特点：

1)沙尘暴频发地区，且室外空气极端最高温度高达51℃；

2)夏季室外通风温度达38.4℃，夏季通风湿球温度为26.9℃。初步确定采用以下两种通风方案：

方案一：自然进风、机械排风，即汽机房低层、夹层汽机房A排外墙设置防沙百叶窗自然进风，经室内热湿交换后的空气由通风格栅上升，汽机房、除氧间的屋顶设置防爆型屋顶风机，同时在汽机房低层、夹层的B排轴设置射流风机，对B-C跨进行诱导送风，消除局部热点。

方案二：（水）蒸发冷却机组机械进风、机械排风，即通过布置在A排外±0.00 m层及B-C轴13.70 m层、26.00 m层的蒸发式空气冷却机组，经高速射流喷口向汽机房、除氧间±0.00 m、6.40 m层、13.70 m层送风（汽机房送风量占比67%，除氧间占比33%），经室内热湿交换后的空气由通风格栅上升，由汽机房、除氧间的防爆屋顶风机排出。同时再设置部分射流风机，消除局部热点。

4 主厂房通风量及设备选型计算

4.1 通风量计算

主厂房通风是利用室外空气、带走室内设备或管道散发的热量和湿量。根据工艺的布置特点和车间通风设计原则，对汽机房、除氧间进行全面通风。

主厂房通风量计算，其实质为主厂房热、湿平衡计算。确定维持室内温度、带走室内设备和管道的发热量及散湿量所需的通风量，并取按发热量与散湿量计算风量的大值。由于厂房内散热量远大于散湿量，所以通风量采用散热量来计算。

汽轮机房通风换气量按式（1）计算：

式中：G——汽轮机房通风量，kg/h；

Qre——汽轮机房设备散热量，MW；

tj、tp——汽轮机房进、排风口空气温度，℃；

c——空气质量比热，1.01 kJ/(kg·C)；除氧间通风换气量按式（1）计算。

由公式（1）可见，在发电机组容量确定后，通风量计算与进风温度、排风温度密切相关。在确定了通风系统设计参数后，在设备和管道散热量的基础上，才能较为准确地计算主厂房通风所需的风量，根据各类通风设备的性能，正确选择通风设备。

4.2 进、排风口空气温度的确定

4.2.1 设计规范的规定

1）DL/T 5035-2016《发电厂供暖通风与空气调节设计规范》对厂房夏季通风进、排风温度有下列规定：

主厂房通风计算时，进、排风温度宜按下列数值选取：

（1）进风温度宜取夏季通风室外计算温度tw；

（2）工作地点温度tn宜按照表4的数值选取；

（3）排风温度tp宜符合以下要求：

2）DL/T 5515-2016《发电厂蒸发冷却通风空调系统设计规程》对主厂房夏季全面通风的送排风温差有以下规定：

干燥地区采用蒸发冷却全面通风的主厂房，夏季送排风温差不宜小于15℃，中等湿度和高湿度地区排风温度应符合现行行业标准《发电厂供暖通风与空气调节设计规范》DL/T 5035的有关规定。

4.2.2 进风口空气温度的确定

方案一（自然进风、机械排风）：按设计规范规定取当地夏季通风室外计算温度38.4℃；

方案二（蒸发冷却机组机械进风、机械排风）：按设计规范规定取当地夏季通风室外计算温度38.4℃，夏季通风室外相对湿度41%，夏季通风室外计算湿度为26.9℃，按直接蒸发效率不低于85%计算，考虑送风机及管道的温升，送风温度为29℃。

4.2.3 排风口空气温度的确定

考虑到汽机房运转层上层空间较大，室外夏季通风温度较高，为减少一次通风设备的投资和运行费用，以及厂房对防沙风百叶窗、蒸发冷却送风机组的布置空间的限制等因素，汽机房、除氧间排风温度取45℃。

4.2.4 通风量及通风设备选型计算

按式（1），方案一、方案二单台机组通风量计算结果见表5。

表5 自然进风机械排风与蒸发冷却机械进排风方案比较

5 主厂房通风技术经济比较

方案一、方案二技术经济比较见表6。

表6 技术经济比较

6 结论

本工程位于沙漠地区，属于半干旱气候，旱季易爆发沙尘暴。夏季通风室外计算温度38.4℃，最热季节平均温度36.8℃。从上述方案的比较可见，方案一虽然具有明显的经济优势，但不能满足规范中对厂房工作地带的温度≤35℃的要求。方案二具有明显的技术优势，可以满足对厂房工作地带的温度要求，但该方案的能耗、水耗较方案一大，运行维护工作量也较大。

为了满足劳动保护及工业卫生要求，综合厂址条件的实际情况，本工程推荐方案二，即采用蒸发冷却机组机械送风，屋顶风机机械排风的全面通风方式。