摘要：針對供熱熱水鍋爐房突然停電導(dǎo)致的熱水鍋爐汽化問題，結(jié)合工程實(shí)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(jìn)行分析，探討保安電源的設(shè)計，對防汽化系統(tǒng)的運(yùn)行效果進(jìn)行介紹。

    關(guān)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(jì)技術(shù)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(dǎo)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(shè)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(shè)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(yīng)小于最高出水溫度加20℃相對應(yīng)的飽和壓力。熱水鍋爐的水容積比較小，在運(yùn)行中突然停電將導(dǎo)致正常流動的鍋水遭到破壞，使?fàn)t內(nèi)壓力降低，鍋水的飽和溫度相應(yīng)下降，實(shí)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(dǎo)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(shè)置一套柴油發(fā)電機(jī)(保安電源)及變頻調(diào)速補(bǔ)水泵，用于防止突然停電時的熱水鍋爐汽化。當(dāng)鍋爐房突然停電時，立即采取壓火措施，以降低爐溫。可進(jìn)行排汽操作，排汽過程須緩慢進(jìn)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(jī)為補(bǔ)水泵、熱源循環(huán)泵供電，由補(bǔ)水泵向鍋爐緊急補(bǔ)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(bǔ)水，以降低鍋水溫度和鍋爐壓力。待鍋爐房電力恢復(fù)后，逐步啟動設(shè)備，恢復(fù)正常的鍋爐水循環(huán)。

3 保安電源的設(shè)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(jī)。由于保安電源供電對象均為需安全運(yùn)行的重要設(shè)備，一般需要全部投入，而柴油發(fā)電機(jī)低負(fù)荷運(yùn)行的穩(wěn)定性較差，因此以柴油發(fā)電機(jī)作為保安電源時，一般采用單母線接線。

3.1 柴油發(fā)電機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)

    柴油發(fā)電機(jī)作為一個獨(dú)立的供電設(shè)備，受電力系統(tǒng)等因素干擾的機(jī)會很小，而且具備快速啟動等優(yōu)點(diǎn)，這是將其作為保安電源的主要原因。在實(shí)際應(yīng)用中，柴油發(fā)電機(jī)也暴露出一些問題。如果缺少正常的維護(hù)保養(yǎng)及巡檢制度，在寒冷的冬季，若柴油發(fā)電機(jī)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(dǎo)致柴油發(fā)電機(jī)不能快速啟動。除了加強(qiáng)柴油發(fā)電機(jī)的檢修和維護(hù)外，還應(yīng)將柴油發(fā)電機(jī)定期啟動試驗(yàn)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(yùn)行。

3.2 柴油發(fā)電機(jī)容量選擇

    對于柴油發(fā)電機(jī)容量的選擇，目前國家尚無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，有的項(xiàng)目簡單地按所有一類負(fù)荷設(shè)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(yàn)，通常柴油發(fā)電機(jī)的容量按一類負(fù)荷設(shè)備總?cè)萘康?span lang="EN-US">15％～20％選取。

3.3 柴油發(fā)電機(jī)房的通風(fēng)設(shè)計

    柴油發(fā)電機(jī)房的通風(fēng)設(shè)計是機(jī)房設(shè)計中的重點(diǎn)。柴油發(fā)電機(jī)散熱器的排風(fēng)應(yīng)由熱風(fēng)管道有組織地進(jìn)行外排，不宜將熱量直接散失在機(jī)房內(nèi)。熱風(fēng)管道與柴油發(fā)電機(jī)散熱器的連接處采用軟接頭，熱風(fēng)管道應(yīng)平直，排風(fēng)口盡量靠近且正對散熱器，將熱量排至室外。機(jī)房內(nèi)要有足夠的新風(fēng)補(bǔ)充，新風(fēng)一般為自然進(jìn)風(fēng)方式，進(jìn)風(fēng)口與排風(fēng)口宜分別設(shè)在機(jī)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(jī)的噪聲控制^[1-2]

    ①噪聲來源

    柴油發(fā)電機(jī)由柴油機(jī)、發(fā)電機(jī)組成，噪聲一般為90～110 dB。柴油機(jī)噪聲來源為各運(yùn)轉(zhuǎn)部件的摩擦、沖擊產(chǎn)生的機(jī)械噪聲、風(fēng)扇噪聲、燃燒噪聲、進(jìn)氣噪聲、排氣噪聲等。發(fā)電機(jī)噪聲來源為電磁噪聲、機(jī)械噪聲、風(fēng)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(jī)組的噪聲一般能降低20～30 dB。

    ③隔聲罩的設(shè)計

    隔聲罩是低噪聲柴油發(fā)電機(jī)的主要部件，它主要用于降低柴油機(jī)的機(jī)械噪聲、風(fēng)扇噪聲、進(jìn)氣噪聲及發(fā)電機(jī)的電磁噪聲、機(jī)械噪聲、風(fēng)扇噪聲。

隔聲罩根據(jù)聲學(xué)原理設(shè)計，為降低成本和縮小外形尺寸，隔聲罩通常設(shè)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(jī)正常運(yùn)行時需要不斷地吸入新鮮空氣及通風(fēng)散熱，因此隔聲罩的設(shè)計不僅要考慮降低噪聲，還要考慮通風(fēng)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(shè)計時要綜合考慮這兩個方面。

    ④排氣消聲器的設(shè)計

    柴油機(jī)排氣消聲器通常設(shè)計成微穿孔板阻抗復(fù)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(dá)20 dB以上。

    排氣消聲器的膨脹比與消聲量關(guān)系較大，在設(shè)計時應(yīng)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(dǎo)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(jī)房接地

    柴油發(fā)電機(jī)房應(yīng)有3種類型接地：工作接地：發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地。保護(hù)接地：電氣設(shè)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(shè)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(jī)應(yīng)具備的功能

    手動和自動啟、停功能。故障報警和自動保護(hù)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(yùn)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(yù)熱、保護(hù)、機(jī)組運(yùn)行或怠速輸出)、多個運(yùn)行參數(shù)和定時器可設(shè)定。傳感器通道可自由設(shè)定，報警方式可靈活選擇。

4 運(yùn)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(shè)，于2011年4月11日完成竣工驗(yàn)收，具備試運(yùn)行條件。4月12日，根據(jù)試運(yùn)方案，進(jìn)行防汽化系統(tǒng)的試運(yùn)行。分別進(jìn)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(jī)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(yùn)行安全。經(jīng)試運(yùn)行檢驗(yàn)，防汽化系統(tǒng)反應(yīng)迅速、及時、運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定，達(dá)到了預(yù)期的目的和效果，為停電事故情況下熱水鍋爐的安全運(yùn)行提供了有力保障。

參考文獻(xiàn)：

[1] 蘇石川．現(xiàn)代柴油發(fā)電機(jī)的應(yīng)用與管理[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005：22-23．

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

本文作者：費(fèi)家俊  楊良仲

作者單位：中國市政工程華北設(shè)計研究總院