摘要：針對供熱熱水鍋爐房突然停電導致的熱水鍋爐汽化問題，結(jié)合工程實例，提出熱水鍋爐防汽化系統(tǒng)。對防汽化系統(tǒng)的工作流程進行分析，探討保安電源的設計，對防汽化系統(tǒng)的運行效果進行介紹。

    關鍵字：熱水鍋爐；  鍋水汽化；  防汽化系統(tǒng)；  保安電源

Anti-evaporation System for Hot-water Boiler and Design of Emergency Power Supply

    Abstract: To address the evaporation of water in hot4water boiler caused by sudden power outage in heating hot-water boiler room．the anti-evaporation system for hot-water boiler is presented with an engineering example．The working process of the anti-evaporation system is analyzed, the design of emergency power supply is discussed，and the operation effect of the anti-evaporation system is introduced．

    Key words: hot-water boiler；evaporation of water in hot-water boiler；anti-evaporation system：emergency power supply

1 熱水鍋爐汽化原因

1.1 工程概況

    青島經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)A區(qū)熱源為該開發(fā)區(qū)的主要熱源之一，供熱對象為開發(fā)區(qū)核心區(qū)域，該熱源目前共有3臺116 MW和1臺168 MW循環(huán)流化床熱水鍋爐。目前該熱源面臨的最大問題是由于鍋爐房突然停電導致熱水鍋爐汽化，每個供暖期至少出現(xiàn)兩次全面停電，這對鍋爐房設備及人員安全造成極大危害。為有效防止突然停電造成熱水鍋爐汽化，擬增設防汽化系統(tǒng)。

    熱水鍋爐出口水溫距沸騰溫度要有20℃的裕量，即熱水出口壓力不應小于最高出水溫度加20℃相對應的飽和壓力。熱水鍋爐的水容積比較小，在運行中突然停電將導致正常流動的鍋水遭到破壞，使爐內(nèi)壓力降低，鍋水的飽和溫度相應下降，實際溫度裕量減小，易引起局部鍋水汽化。加之爐膛的高溫爐火繼續(xù)加熱鍋水，導致鍋水急劇升溫，一旦鍋水溫度超過工作壓力下的飽和溫度，便產(chǎn)生汽化。

2 熱水鍋爐防汽化系統(tǒng)

    熱水鍋爐防汽化系統(tǒng)(見圖l)需設置一套柴油發(fā)電機(保安電源)及變頻調(diào)速補水泵，用于防止突然停電時的熱水鍋爐汽化。當鍋爐房突然停電時，立即采取壓火措施，以降低爐溫?？蛇M行排汽操作，排汽過程須緩慢進行，防止鍋爐因快速失壓再次劇烈汽化，只有在鍋爐壓力急劇升高的情況下才采取泄壓措施。立即啟動柴油發(fā)電機為補水泵、熱源循環(huán)泵供電，由補水泵向鍋爐緊急補水，防止再次汽化。啟動熱源循環(huán)泵抽取一級管網(wǎng)回水向爐內(nèi)補水，以降低鍋水溫度和鍋爐壓力。待鍋爐房電力恢復后，逐步啟動設備，恢復正常的鍋爐水循環(huán)。

3 保安電源的設計

    為了保證防汽化系統(tǒng)正常工作，防止突然停電造成的熱水鍋爐汽化，防汽化系統(tǒng)必須配備保安電源。保安電源的選擇決定著防汽化系統(tǒng)的可靠性，保安電源的選擇是多樣的，一般首選可快速啟動的柴油發(fā)電機。由于保安電源供電對象均為需安全運行的重要設備，一般需要全部投入，而柴油發(fā)電機低負荷運行的穩(wěn)定性較差，因此以柴油發(fā)電機作為保安電源時，一般采用單母線接線。

3.1 柴油發(fā)電機的優(yōu)缺點

    柴油發(fā)電機作為一個獨立的供電設備，受電力系統(tǒng)等因素干擾的機會很小，而且具備快速啟動等優(yōu)點，這是將其作為保安電源的主要原因。在實際應用中，柴油發(fā)電機也暴露出一些問題。如果缺少正常的維護保養(yǎng)及巡檢制度，在寒冷的冬季，若柴油發(fā)電機的冷卻液和燃料發(fā)生凍結(jié)或蓄電池出現(xiàn)問題都將導致柴油發(fā)電機不能快速啟動。除了加強柴油發(fā)電機的檢修和維護外，還應將柴油發(fā)電機定期啟動試驗列為日常工作之一。這樣，才能保證防汽化系統(tǒng)的正常、快速啟動運行。

3.2 柴油發(fā)電機容量選擇

    對于柴油發(fā)電機容量的選擇，目前國家尚無統(tǒng)一的標準，有的項目簡單地按所有一類負荷設備的容量總和選取，有的則根據(jù)投資者的意愿選擇。若容量選擇過大，易造成造價過高。若容量選擇過小，則在事故工況下無法滿足電力需求。根據(jù)經(jīng)驗，通常柴油發(fā)電機的容量按一類負荷設備總?cè)萘康?span lang="EN-US">15％～20％選取。

3.3 柴油發(fā)電機房的通風設計

    柴油發(fā)電機房的通風設計是機房設計中的重點。柴油發(fā)電機散熱器的排風應由熱風管道有組織地進行外排，不宜將熱量直接散失在機房內(nèi)。熱風管道與柴油發(fā)電機散熱器的連接處采用軟接頭，熱風管道應平直，排風口盡量靠近且正對散熱器，將熱量排至室外。機房內(nèi)要有足夠的新風補充，新風一般為自然進風方式，進風口與排風口宜分別設在機房兩端，以免形成氣流短路，影響散熱效果。

3.4 柴油發(fā)電機的噪聲控制^[1-2]

    ①噪聲來源

    柴油發(fā)電機由柴油機、發(fā)電機組成，噪聲一般為90～110 dB。柴油機噪聲來源為各運轉(zhuǎn)部件的摩擦、沖擊產(chǎn)生的機械噪聲、風扇噪聲、燃燒噪聲、進氣噪聲、排氣噪聲等。發(fā)電機噪聲來源為電磁噪聲、機械噪聲、風扇噪聲等。

    ②降低噪聲的方法

    降低噪聲的方法很多，目前的主要方法為：采用隔聲罩及高性能的排氣消聲器；采取減振措施，降低振動，以削弱噪聲的傳播與再生噪聲的產(chǎn)生。降低噪聲處理后，柴油發(fā)電機組的噪聲一般能降低20～30 dB。

    ③隔聲罩的設計

    隔聲罩是低噪聲柴油發(fā)電機的主要部件，它主要用于降低柴油機的機械噪聲、風扇噪聲、進氣噪聲及發(fā)電機的電磁噪聲、機械噪聲、風扇噪聲。

隔聲罩根據(jù)聲學原理設計，為降低成本和縮小外形尺寸，隔聲罩通常設計成單層結(jié)構(gòu)。外殼采用鋼板或鋁板，板內(nèi)鋪貼多孔吸聲材料，隔聲與吸聲同時起作用，使降噪效果更好。

    由于柴油機正常運行時需要不斷地吸入新鮮空氣及通風散熱，因此隔聲罩的設計不僅要考慮降低噪聲，還要考慮通風散熱，這兩者是相互矛盾的。若要提高降低噪聲效果，隔聲罩開口就要小一些，但開口過小，易影響空氣流通及散熱效果。開口過大，噪聲又易外泄。因此，在隔聲罩設計時要綜合考慮這兩個方面。

    ④排氣消聲器的設計

    柴油機排氣消聲器通常設計成微穿孔板阻抗復合式，它在低、中、高頻都具有較高的消聲量，能夠承受高溫和氣流的沖擊，阻力低，再生噪聲小，消聲量可達20 dB以上。

    排氣消聲器的膨脹比與消聲量關系較大，在設計時應合理選擇。在一定范圍內(nèi)，膨脹比越大，消聲效果越好，但不宜過大，否則膨脹室截面過大，使中、高頻聲波在消聲器內(nèi)不以平面波形式傳播，而呈束狀波通過，導致消聲量顯著下降。穿孔板的孔徑宜控制在0．5～1．0 mm，穿孔率宜控制在1％～3％，厚度宜控制在0．5～1．0 mm。

3．5 柴油發(fā)電機房接地

    柴油發(fā)電機房應有3種類型接地：工作接地：發(fā)電機中性點接地。保護接地：電氣設備正常不帶電的金屬外殼接地。防靜電接地：燃油系統(tǒng)的設備及管道接地。各類型接地與建筑物的其他接地共用接地裝置。

3.6 柴油發(fā)電機應具備的功能

    手動和自動啟、停功能。故障報警和自動保護功能。電壓、頻率、電流、功率、功率因數(shù)顯示。轉(zhuǎn)速、油壓、水溫、燃油位、運行時間、啟動次數(shù)等顯示。優(yōu)化的快捷鍵盤操作方式，多種報警方式(LED、LCD、聲光報警)。用戶可編程功能，包括輸入、輸出通道可自定義(如可自定義預熱、保護、機組運行或怠速輸出)、多個運行參數(shù)和定時器可設定。傳感器通道可自由設定，報警方式可靈活選擇。

4 運行效果

    該熱源的熱水鍋爐防汽化系統(tǒng)自2010年底開始建設，于2011年4月11日完成竣工驗收，具備試運行條件。4月12日，根據(jù)試運方案，進行防汽化系統(tǒng)的試運行。分別進行了手動控制、自動控制啟動，在兩種啟動方式下，柴油發(fā)電機均能順利啟動，在較短的時間內(nèi)熱水鍋爐形成了正常循環(huán)，保證了熱水鍋爐運行安全。經(jīng)試運行檢驗，防汽化系統(tǒng)反應迅速、及時、運轉(zhuǎn)穩(wěn)定，達到了預期的目的和效果，為停電事故情況下熱水鍋爐的安全運行提供了有力保障。

參考文獻：

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[2] 袁任光，林由娟．柴油發(fā)電機選用與安裝維修[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2009：15-17．

本文作者：費家俊  楊良仲

作者單位：中國市政工程華北設計研究總院