中信国安西台燃气电站通风系统设计

工程概况

西台燃气电站位于柴达木盆地腹地，为青海中信国安科技开发公司投资建设的化工厂的自备电站。电站采用往复式天然气发电机组，一期装机容量为：4X3000kW，三用一备，并考虑一台预留，总供电负荷约10000kW。发电机组从德国DEUTZ公司进口，机组长9.14米，宽2.75米，高3.82米，机组的配件没有成撬，均为散装进口。主厂房长42米，宽18米，高9.6米，结构形式为轻钢结构。

设计参数

室外设计参数

格尔木当地的相关室外气象参数：

海拔 2800米 冬季采暖室外计算温度 -15℃

夏季通风室外计算温度 22℃ 冬季通风室外计算温度 -11℃

极端最高温度 33.1℃ 极端最低温度 -33.6℃

夏季大气压力 724.0Pa 冬季大气压力 723.5Pa

发电机组生产厂家提供的设计参数(二级)

发动机辐射热量 231kW 发电机辐射热量 305kW

燃烧风量 16176kg/h 通风量 100000m3/h

发电机组厂家要求主厂房室内温度不高于50℃，冬季电站停止运行期间温度不低于0℃。

设计计算

通风系统方案选择

本电站机组发热量大，需要的通风量大，选择怎样的通风系统，如何在有限的空间内合理布置通风设备和通风管道，对于整个电站的平面布置影响很大。在初设阶段，笔者曾经考虑过以下几种方案：

方案一为自然进风、机械排风系统。这种方式形式简单，余热通风效果良好，目前国内许多电厂都采用这种通风方式。但这种通风方式势必造成主厂房内为负压，而机组燃烧空气却是依靠涡轮压缩机(由汽缸产生的废气驱动)处形成的负压被吸入发电机汽缸内的，主厂房内的负压将难以保证机组燃烧所需的空气量，因而此方式不适合应用于本电站。

方案二为机械进风、机械排风系统，室外空气经过过滤、预热后送入厂房。这种方式的优点是不占用厂内空间，通风设备的布置与水、气、油、排烟等管线基本上没有冲突，它的缺点是需要过滤、预热的风量太大，造成设备选型过大以及运行上的浪费，此外，厂房外通风设备的布置也是一个难题。

方案三将电站主厂房内的通风分成机组燃烧空气送风和余热通风两个部分，根据不同的要求，将两部分送风分别进行处理送入厂房内。这种方式大大减少了设备初投资及运行费用，应优先采用，缺点是燃烧空气必须通过管道送到机组空气入口处，给其它管线的布置带来了麻烦。经过与其它专业的反复讨论，送风管道的布置得到了解决，因此在本电站中采用了此通风方案。

通风系统设计

燃烧空气送风系统设计

燃气发电机组对进入汽缸的燃烧空气质量有标准要求：颗粒物过滤效率4μm≥99%(欧洲标准为F7级)，如空气中灰尘含量偏高，会使涡轮压缩机叶片积垢、磨蚀，影响其寿命，而且发电机组的出力和效率也会降低;同时要求进入发动机汽缸的空气温度保持在40℃，以利于燃气的完全燃烧。为此，本设计采用了燃烧空气两级过滤和两次预热系统，见图4。

图4 主厂房通风平面图

1—自洁式空气过滤器;2—燃烧空气送风机;3—多叶调节阀;4—空气加热器;5—余热排风机;6—滤清器;7—预加热器;8—送风机

一级过滤系统

了保证二级过滤滤清器的寿命，需要在室外空气进入主厂房之前对之进行预过滤。

考虑到化工厂工艺对供电稳定性的严格要求，设计中采用了脉冲自洁式空气过滤器，将室外空气处理到10μm以内(滤尘效率≥99.8%)，灰尘含量≤0.03mg/kg。自洁式空气过滤器最大的优点是“零维护”，寿命长，更换元件无须停机。这种过滤器安装有吊挂式圆筒滤芯，滤芯采用木浆纤维滤材，为增加防潮性能,一般在制造过程中浸渍了≤20%的树脂。

当过滤器运行了一段时间后，滤芯逐渐积灰，滤筒内外压差随之升高，当压差达到某一设定值(600Pa)时，控制器即自动启动，控制快速脉冲放气阀打开，用压缩空气从滤芯内部由内向外进行有时序的脉冲式冲洗，清除附于滤芯外部的灰尘。

燃烧空气送风机采用一用一备，风量54750m3/h，风压950Pa，当其中一台出现故障时，另一台能自动开启，以保证燃烧风量，从而保证机组正常发电。随着发电机组的出力和开启台数的变化，所需的燃烧风量变化范围为18250～54750m3/h，因此采用了变频控制风机，以利于节能。

一次预热系统

此系统利用余热锅炉提供的95/70℃热水，在空气加热器处将燃烧空气处理到0～25℃。当温感器检测到室外空气温度低于0℃时，将信号发送到TEM系统，TEM系统控制空气加热器处的二 通阀打开，对燃烧空气进行加热，当温度达到10℃时，停止加热。

二级过滤系统

通过滤清器(发电机组厂家提供)将燃烧空气处理到4μm以内，以满足机组的需要。

二次预热系统

此系统利用机组缸套冷却水，在预加热器(发电机组厂家提供)处将燃烧空气加热到40℃。预热水引自机组缸套冷却水的出口管道，经过三通阀、预热水泵及预加热器后仍然回到缸套冷却水的出口管道。

余热通风系统设计

余热通风采用机械送排风的方式，与发电机组相对应，送风机、排风机均为三用一备，风量均为81750 m3/h。由于发电机的辐射热大于发动机，设计中使冷却气流先经过发电机，再经发动机，然后排出。采用这种“一对一”的冷却方式，虽然会造成主厂房内气流速度较大，但却避免了冷却气流短路情况的发生。

机组对余热通风的空气洁净度要求较低，仅要求处理到50μm(欧洲标准G4)以内(这一要求主要是为了防止在沙尘暴天气里厂房内灰尘太大)，在送风机入口处设置双层防沙百叶窗即可满足要求。

体会

目前在国内的某些自洁式空气过滤器应用实例中，所谓的“自洁”并不能实现，以至于有些业主坚持不采用自洁式过滤器。是什么原因造成“自洁失灵”呢?从设计角度来考虑，可能的原因有两个：一是反吹用的压缩空气压力未达到要求，只要设计正确，这种情况就不会发生;一是有些地区扬尘天气里灰尘颗粒很小，惯性也小，高速的气流很容易将吹落的尘粒带走，又一次吸附在滤筒壁上，要解决这一问题，笔者认为在条件许可的情况下，自洁式过滤器应尽量选择得大一些，以减小滤芯的吸入风速，也就是说，过滤器选型越大越好。

由于自洁式空气过滤器滤芯采用木浆纤维纸，因此它适用于干旱地区，但在某些冬季室外相对湿度较高的地区，则应考虑冬季除霜的问题，即：在空气进入自洁式过滤器之前对之进行加热除霜，以防止霜粒附着在滤筒上使系统阻力增加，导致燃烧风量不足。

反吹压力设定值应根据综合经济技术比较来确定。如果设定值过高，则燃烧空气系统阻力偏高，要想满足燃烧风量，需要风机能提供足够的压头，风机的选型要加大，同时提高了运行费用;如果设定值过低，则滤芯更换频繁，也不经济。一般取压力设定值介于600Pa到800Pa之间。

余热排风风机宜设置在屋顶，这样消除余热及事故排风效果会更好。

问题探讨

可以考虑上一套喷淋水冷却系统，将夏季燃烧空气冷却至较低温度，并用之消除余热，这样通风量会大大减小。这需要与发电机组生产厂家结合，准确算出燃烧空气经过发电机和发动机后的温度，确保该温度低于25℃，因为，若高于25℃，发电机组的出力和效率会下降。

DEUTZ公司建议送风干管内送风速度取10～20米/秒，而国内规范建议为6～14米/秒。笔者认为，在厂房内噪声要求不高的情况下，应将送风速度尽量取大，以减小管道横断面积，从而节省空间。

有条件时，可以利用实验模型或流体流场模拟软件来分析主厂房内气流组织情况，从而检验设计的正确性和合理性。