機組餘熱供暖系統機電一體化設備研製與應用

分類  >  風口 >
tags:    時間:2014-03-11 14:14:55
機組餘熱供暖系統機電一體化設備研製與應用簡介
    機組餘熱供暖系統機電一體化設備研製與應用 楊志剛1,秦楊1,周治1,肖斌1,張鵬1,趙雲浩1,尚宏1,徐學麗21.國電公司西北勘測設計研究院,西安……
機組餘熱供暖系統機電一體化設備研製與應用正文
    機組餘熱供暖系統機電一體化設備研製與應用 楊志剛1,秦楊1,周治1,肖斌1,張鵬1,趙雲浩1,尚宏1,徐學麗2
1.國電公司西北勘測設計研究院,西安 710065 2.深圳航天微電機有限公司,深圳 518029

1 概 況

黃河李家峽水電站位於青海省尖扎縣與化隆縣交界的黃河幹流上,共設計有5台水輪發電機組,單機容量400MW,總裝機容量2 000MW,工程分兩期建成,一期機組安裝4台,1、2、3、4發電機組分別於1997年2月、1997年12月、1998年5月、1999年12月併網發電,目前運行狀況良好;5機組二期安裝。

李家峽水電站主廠房為雙排機布置壩后封閉式廠房,主廠房尺寸為125.2m×51m×21.5m(長×寬×高),其中2、4水輪發電機組位於廠房內上游側,1、3、5機組位於廠房內下游側,是典型的高海拔寒冷地區高大建築廠房,冬季採暖室外計算溫度為-12℃,廠房設計供暖負荷為1 237kW,由發電機放熱風、電熱輻射板、設備散熱聯合負擔。在發電運行初期及停機檢修期間由電熱輻射板供暖,可維持廠房室內最低值班溫度≥5℃;在機組3台以上同時運行時,全部由機組放熱風供暖,可滿足發電機組正常運行時期廠房室內工作區冬季室內溫度保持12℃以上的要求。
    李家峽水電站1、2、3發電機組放熱風采暖方式為傳統的自然補冷風與自然放熱風形式,經過兩個冬季的運行效果測試,平均每台發電機自然補風供熱量為286.3 kW;而4發電機組採用RBZ-5型機械強制補風的機組餘熱智能供暖系統,經2000年冬季現場運行實測,4發電機供熱量為453.8~469.8 kW,該機組使廠房工作區冬季室內溫度保持在10.9℃~14.3℃,供熱量比1~3發電機採用的傳統自然補風方式提高了58.5%~64.1%,節能效果非常顯著。
2 餘熱智能供暖系統的研製機理
2.1 滿足工程勞動安全與工業衛生的防護要求

根據國家計委計科技(1996)2625號文《國家計委關於李家峽400MW蒸發冷卻水輪發電機項目可行性研究報告的批複》,李家峽4水輪發電機由全空冷改用定子繞組蒸發冷卻(定子鐵芯和轉子仍保留空氣冷卻),冷卻介質為氟利昂R-113。

4發電機冷卻介質R-113注入量為1 500kg,每年泄漏量約20~30kg,介質工作壓力約0.006~0.007MPa,其毒性等級為4級,發生危險危害的條件是製冷劑蒸汽的容積含量為4.8%~5.2%以上,另外R-113遇明火時會分解成有毒氣體(光氣)。電站的勞動安全與工業衛生採取的防護措施之一就是利用發電機補風機組的強制通風作用,增加發電機中間層風罩內的通風換氣,以降低風罩內R-113氣體的濃度,送少對運行、檢修人員健康的影響。
2.2 增加發電機組放熱風供熱量並滿足發電機通風防火的要求

最新版的《水力發電廠廠房採暖通風與空氣調節設計規範》(報批稿)第6.1.6條指出:「主廠房採暖應盡量利用發電機組放熱風采暖」。第9.1.3條規定:「主廠房採用發電機組放熱風采暖時,發電機組熱風口和補風口應設防火閥,發電機組或廠內火災時防火閥迅速關閉」。為了配合新規範的推廣應用,從防火和供熱對發電機放熱風采暖新設備的工藝要求出發,很有必要研製開發出機電一體化的餘熱智能供暖系統。

傳統設計發電機組放熱風采暖是指用發電機組空氣冷卻器中的循環風(即熱風,溫度約35℃~45℃)作為帶熱體,藉助空氣冷卻器出口和發電機混凝土風罩或下部機組補風口之間的空氣自然壓差,機組熱風直接送入主廠房工作區,並與室內空氣混合,以提高室內空氣溫度,達到供暖的目的。其供熱量按下式計算:

qv=1.01Vfρny△t
(kW)
式中:Vf為發電機組循環風量(m3/s);ρ為熱風密度(kg/m3);n為發電機組運行台數;y為發電機組放熱風量與發電機組循環風量的比值(%);△t為發電機放熱風溫度與補風口進風溫度之差(℃);1.01為熱風定壓比熱(kj/kg℃)。

由上式可知,在發電機台數及性能確定后,影響放熱量的主要因素是y值。根據對目前運行的龍羊峽、劉家峽、青銅峽、八盤峽、大峽、鹽鍋峽及李家峽等水電站的調研分析,由於自然補風、自然放熱風空氣壓差有限,隨著補風口過濾器積塵量的增加,補風量減少較多,相應的放熱風量也減少較多,一般實際放出的熱風量不到發電機組循環風量的3%~5%,供熱效率大大下降。因此,為了提高供熱效率,從滿足工業衛生、防火防噪、增加供熱量綜合考慮,務必採用強制機械補風或機械放熱風裝置,才能保證供暖的可靠性。
3 餘熱智能供暖系統的基本形式
3.1 機械強制補風、自然放熱風的餘熱智能供暖系統

根據供暖負荷確定所需的發電機放熱風量及補風機數量,在補風口設軸流或混流式通風機,並與濾塵、消聲、防火、自控裝置結合,對發電機風罩內進行增壓補風,熱風由發電機空氣冷卻器前排至風罩外,在熱風口處設消聲、防火、自控裝置排至主廠房供暖。該系統型式適用於主廠房內就地循環的補風和放熱風近距離供暖。補風口與放熱風口均布置在主廠房內。
3.2 自然補風、機械強制放熱風的餘熱智能供暖系統

在補風口設防火、濾塵、消聲、自控裝置自然向發電機風罩內補風,依靠設在風罩外熱風口處的通風機(與防火消聲閥組合)的抽風作用,將熱風輸送到需要供暖的部位。該系統可遠距離供暖,使發電機組的餘熱可輸送到主廠房以外的部位進行供暖。
3.3 機械強制補風、機械強制放熱風的餘熱智能供暖系統

在補風口設防火、濾塵、消聲、增壓風機及變風量等自控裝置,在熱風口也設防火、消聲、增壓風機及變風量等自控裝置,從主廠房以外取風源補風和遠距離送熱風供暖,補風機、熱風機均按供暖部位室內溫度進行變風量供暖運行。
4 RBZ系列餘熱智能供暖系統機電

一體化設備開發及工程應用
4.1 系統構成

RBZ系列發電機組餘熱智能供暖系統是由西安聯能自動化工程有限責任公司為適應水電暖通設備的市場需求,結合李家峽4機科研,開發研製的水輪發電機組專用新型餘熱利用設備,由一台主機、一台附機及一台變風量控制器組成,若干台補風(或熱風)機組可由一台異地集中控制櫃在中央控制室進行控制。為了檢修及控制運行方便,每台補風機組(或熱風機組)還設置了現地操作站,以發電機組段為單位,設現地控制櫃,並與中央控制室相連。系統構成見圖1。


4.2 機械部分

(1)RBZ-5型補風機組是專門為水輪發電機組設計的冷暖補風系統。補風機組集防火、防塵、防噪、增壓等功能為一體。整機具有強度高、性能安全
可靠、防火、抗電磁干擾強、耐候性能好,安裝調試方便、外型美觀等特點。

(2)變風量強制機械通風與智能化控制系統,可按廠房供暖要求抽取熱風量,使發電機組的餘熱得到充分利用,節能效果顯著。同時可根據供暖部位室內工作區溫度及發電機運行負荷自動調節補風量、放熱風量。

(3)符合電站勞動安全與工業衛生設計要求,補風(熱風)機組由高效低雜訊節能風機、多層金屬過濾網、活性炭吸附濾網、全自動防煙防火閥、複合消聲風口、現場控制器及各種感測器構成。可除去各種肉眼可見的粉塵微粒及空氣中的異味,確保補風及熱風口的衛生指標及防火、降噪功能。

(4)提高了發電機的整體防火可靠性,補風(熱風)機組在發電機火災時起到阻火封閉及事故後排煙作用。當判明某台發電機內部起火時或外部火警時,首先自動關閉補風機及有關防煙防火閥,待滅火后需要排煙時,再啟動補風(熱風)機組並打開防火閥,將發電機風罩內的煙霧及時排除,以便儘快搶修,及時恢復生產。

(5)設計方法簡單,施工安裝及運行管理方便。
RBZ-5型補風(熱風)機組及自控系統全部按機電一體化設計製造,暖通專業設計僅需提供電氣一次電源要求及土建預留洞條件圖,其餘設計及設備布置由設備製造商完成,包括現場明裝的控制電纜。機組性能及外型尺寸如表1:

4.3 電氣部分
4.3.1 控制功能

(1)根據發電機組混凝土風罩內空氣溫度自動連鎖啟、閉主機及附機。

(2)當發電機組停止運行時,補風機組可獨立手動控制運行,增強風罩內的通風,確保檢修人員的安全。

(3)採用變風量的補風機組時,送風量的大小可根據混凝土風罩內空氣溫度自動調節。
    (4)接受火警聯動控制並輸出關閉信號至消防中心。

4.3.2 顯示報警功能
    (1)自動檢測並顯示濾網堵塞情況;
    (2)自動檢測並顯示發電機組風罩內空氣溫度;
    (3)自動檢測並顯示發電機組風罩外環境溫度;
    (4)自動檢測並顯示排風熱風溫度;
    (5)自動檢測並顯示發電機組風罩外空氣溫度;
    (6)自動檢測並顯示補風防煙防火閥閥  位;
    (7)自動檢測並顯示熱風防煙防火閥閥位;

(8)自動檢測並顯示主機風扇運行情況。
4.4 工程應用

李家峽水電站4水輪發電機組餘熱智能供暖系統,設計選用了6台RBZ-5型補風機組主機和6台附機。土建預留孔分別為:補風口(主機)1 000mm×1 000 mm;熱風口(附機)500mm×850mm。總配電容量為6kW,總熱風量為48 000m3/h。1999年和2000年冬季運行實測平均溫度為:4水輪機組蝸殼層5.8℃~6.3℃;4水輪機組水輪機層7.4℃~8.0℃;4水輪機組中間層12.6℃~16.5℃;4水輪機組發電機層10.9℃~14.3℃,比1~3機組按傳統自然補風自然放熱風機組段各層平均溫度高出1.5℃~2.3℃。供熱量由285kW/台提高到469.8kW/台。實際運行工況良好,達到了設計要求。
5 結 論

(1) RBZ-5系列水輪發電機組餘熱智能供暖系統,不僅適用於定子繞組採用蒸發冷卻的水輪發電機組,同時還適用於所有封閉式空氣冷卻的水輪發電機組。

(2) RBZ-5系列水輪發電機組餘熱智能供暖系統,採用帶風機動力的放熱風裝置,擴大了水電站廠房供暖的範圍,提高了水輪發電機組送熱風的可靠性,節能效果顯著,很值得推廣。

Bookmark the permalink ,來源:
One thought on “機組餘熱供暖系統機電一體化設備研製與應用