热管、回转式空气预热器设计

热管、回转式空气预热器 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 辽宁工程技术大学毕业设计( 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 ) 前言 锅炉是火力发电厂的三大主要设备之一。现代的燃煤电站锅炉是使燃料在炉内充分燃烧并将热量传递给足够的炉内工质――水，使其成为高参数的过热蒸汽，以便在蒸汽进入汽轮机时拥有足够的作工能力。为了充分利用燃料的热量，降低排烟温度、减少能量的浪费并提高炉内的燃烧温度， 可在尾部设置换热器将排烟的热量传递给将进入锅炉的空气。 空气预热器就是利用锅炉尾部烟气的热量来加热燃烧所需空气的热交换设备。空气预热器可吸收烟气热量，使排烟温度降低并减少排烟热损失，提高锅炉效率;同时提高了燃烧空气的温度，有利于燃料的着火、燃烧和燃尽，增强了燃烧稳定性并可提高锅炉燃烧效率;空气预热还能提高炉膛内烟气温度，强化炉内辐射换热，这相当于以廉价的空气预热器受热面，取代部分价格较高的蒸发受热面，降低锅炉制造成本。因此，空气预热器已成为现代锅炉的一个重要的、不可缺少的部件。 考查空气预热器的质量如何，主要有三个指标，第一是换热性能，第二是锅炉是火力发电厂的三大主要设备之一。现代的燃煤电站锅炉是使燃料在炉内充分燃烧并将热量传递给足够的炉内工质――水，使其成为高参数的过热蒸汽，以便在蒸汽进入汽轮机时拥有足够的作工能力。为了充分利用燃料的热量，降低排烟温度、减少能量的浪费并提高炉内的燃烧温度， 可在尾部设置换热器将排烟的热量传递给将进入锅炉的空气。 漏风率，第三是烟风阻力。相对于管式空气预热器，容克式空气预热器具有结构紧凑，体积小，钢耗少，容易布置等优点，因而被广泛应用于大中型电站锅炉上，尤其是300 MW以上锅炉，因布置不下庞大的管箱式预热器，只能使用回转式空气预热器。回转式空气预热器分为受热面回转(容克式)和风罩回转(诺特谬勒式)两种型式，受热面回转式空气预热器耗电稍大，但漏风不容易控制;风罩回转式预热器耗电少，但密封系统不易控制。自从1985年引进美国ABB公司预热器技术之后，国产机组几乎全部使用受热面回转式空气预热器，只有进口机组中，有使用风罩回转式预热器的。回转式空气预热器的常见问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 有以下几点: ? 空气预热器同时处于烟风系统的最上游和最下游，空气侧压力最高，烟气侧压力最低，空气就会通过动静部件之间的密封间隙泄漏到烟气侧，这就是漏风。 空气预热器漏风率很高，影响锅炉出力和燃烧，增加鼓风机和引风机电耗，降低电厂经济效益。国家对大型空气预热器漏风率设计值一般在8%以下，但在实际中，运行值一般 1 邵茂见:热管、回转式空气预热器设计 在12%以上。随着运行时间的延长，漏风率有可能超过20%;中小型预热器漏风率设计值一般在10%以下，但在工程实际中，运行值一般在15%以上，如果长期运行而没有维修改造，漏风率甚至超过30%。回转式空气预热器的致命缺点是漏风率大，而且随着运行时间延长，漏风率越来越大。为了更好地同其它预热器竞争，就必须改进密封系统，降低漏风率。 ?低温腐蚀和堵灰 回转式空气预热器的受热面是由δ,0.5 mm和δ,1.2 mm的薄板轧制成波纹板之后，叠在一起压紧组装而成，当量直径很小，ddl,8.6或ddl,9.8，流通渠道狭窄，很容易造成积灰和堵塞，大中型电站锅炉 设计的排烟温度一般低于130 ?，实际运行值还要低，因而空气预热器冷端受热面壁温较低，容易结露和腐蚀，结露和腐蚀使受热面玷污和积灰，玷污和积灰又反过来影响受热面传热，进一步降低金属壁温，从而又加剧了低温腐蚀。这种恶性循环，使排烟温度升高，降低锅炉经济性，而且还引起烟风道阻力增加，增加引风机负荷。堵灰严重时，会造成引风机过载和失速，炉膛抽不出负压，影响锅炉出力和燃烧，影响锅炉和引风机的安全运行，有时不得不停炉冲洗或带负荷冲洗。低温腐蚀影响受热面使用寿命和蓄热能力，因此积灰和腐蚀一定要引起重视。 ?受热面磨损 受热面磨损主要发生在燃煤锅炉空气预热器的热段受热面，燃煤锅炉烟气中含有大量飞灰，烟气冲刷受热面时，会造成磨损，长时间运行之后，受热面减薄和穿洞。尤其是受热面顶部，飞灰动能最大，磨损最快，磨损到一定程度，受热面失去刚性，就发生歪倒现象，呈豆芽状。这样不仅降低了受热面蓄热能力，还增加了通风阻力。 ?二分仓空气预热器热风带灰 烟气携带着灰尘，通过预热器时，由于阻力作用，烟气流速越来越低，灰尘就会积落在受热面上，尤其是靠近中心的仓格，灰尘积落更严重。当受热面从烟气侧转到空气侧时，刚刚停滞的灰尘又被空气吹起，并随空气进入热风道，形成热风带灰，热风带灰引起的最大问题是热一次风机磨损，例如吉林长山热电厂 410 t/h 锅炉热一次风机的叶轮被磨出6mm深的凹痕，只有涂抹防磨涂料。 ?三分仓空气预热器一次风泄漏率高 三分仓空气预热器结构紧凑，布置方便，调节灵活，热效率高，它代表了空气预热器的最新发展，广泛应用于正压中速磨冷一次风机系统中，这种制粉系统的优点是设计合理 2 辽宁工程技术大学毕业设计(论文) 经济，一次风机效率高，并免除了送粉风机的费用。缺点是预热器一次风压高，它把输送煤粉所需的热一次风机压头和鼓风机压头合在一起，加在三分仓预热器的一次风侧，因而一次风压很高。一次风不仅向烟气侧泄漏，同时也向二次风侧泄漏。例如，济南锅炉厂为北京巴威公司设计的一台300 MW锅炉空气预热器，用ABB公司的计算程序进行漏风计算，结果如表1。此表仅仅是理论计算，在工程实际中，由于制造安装和运行的原因，泄漏率可能还要大。一次风泄漏率一般在25%,55%之间波动。 3 邵茂见:热管、回转式空气预热器设计 1 绪论 1.1 设计背景 随着社会经济的发展人们的生活水平不断进步，人们对生活环境和品质的要求越来越高，使得人们对能源的需求日渐增多。随着能源危机的爆发，节能一直是人们关注的话题，同时对污染的要求越来越严格(包括热污染)。换热器的使用，提高锅炉热效率的同时降低排烟温度，减少向环境的热量排放，降低污染。 空气预热器是利用锅炉尾部烟气的热量来加热燃烧所需空气的热交换设备。空气预热器可吸收烟气热量，使排烟温度降低并减少排烟热损失，提高锅炉效率;同时提高了燃烧空气的温度，有利于燃料的着火、燃烧和燃尽，增强了燃烧稳定性并可提高锅炉燃烧效率;空气预热器还能提高炉膛内烟气温度，强化炉内辐射换热，这相当于以廉价的空气预热器受热面，取代部分价格较高的蒸发受热面，降低锅炉制造成本。因此，空气预热器已成为现代锅炉的一个重要的、不可缺少的部件。 考查空气预热器的质量如何，主要有三个指标，第一是换热性能，第二是漏风率，第三是烟风阻力。相对于管式空气预热器，容克式空气预热器具有结构紧凑，体积小，钢耗少，容易布置等优点，因而被广泛应用于大中型电站锅炉上，尤其是300 MW以上锅炉，因布置不下庞大的管箱式预热器，只能使用回转式空气预热器。回转式空气预热器分为受热面回转(容克式)和风罩回转(诺特谬勒式)两种型式，受热面回转式空气预热器耗电稍大，但漏风不容易控制;风罩回转式预热器耗电少，但密封系统不易控制。自从1985年引进美国ABB公司预热器技术之后，国产机组几乎全部使用受热面回转式空气预热器，只有进口机组中，有使用风罩回转式预热器的。 目前，空气预热器主要有:板式空气预热器、回转式空气预热器、管式空气预热器及新兴的热管式空气预热器。 ?板式空气预热器 板式空气预热器的主要传热部件是薄钢板，多个薄钢板一起焊接成长方形的盒子，而后数个盒子拼成一组，板式空气预热器就由2到4个钢板焊接盒子组成。板式空气预热器工作时，烟气会流经盒子的外侧，而空气流经盒子的内侧，通过钢板完成热传导。 4 辽宁工程技术大学毕业设计(论文) 板式空气预热器的结构松散而不紧凑，制造需要耗费大量的钢材，因此制造成本较高。板式空气预热器的盒子由焊接方式拼接，焊接工作量大且缝隙较多，容易出现泄漏。板式空气预热器目前已经很少被使用。 ?管式空气预热器 管式空气预热器的主要传热部件是薄壁钢管。管式空气预热器多呈立方形，钢管彼此之间垂直交错排列，两端焊接在上下管板上。管式空气预热器在管箱内装有中间管板，烟气顺着钢管上下通过预热器，空气则横向通过预热器，完成热量传导。 管式空气预热器的优点是密封性好、传热效率高、易于制造和加工，因此多应用在电站锅炉和工业锅炉中。管式空气预热器的缺点是体积大、钢管内容易堵灰、不易于清理和烟气进口处容易磨损。 ?回转式空气预热器 回转式空气预热器是指内部设有旋转部件，通过旋转的作用在烟气和空气之间传导热能的一种空气预热器。回转式空气预热器还能够分为两个类别，也就是受热面旋转的转子回转式空气预热器，和风道旋转的风道回转式空气预热器。 回转式空气预热器的优点是体积小、重量轻、结构紧凑，传热元件承受磨损的余量大，因此回转式空气预热器特别适合应用于大型锅炉。回转式空气预热器的缺点是内部的机构复杂，消耗电力较大且漏风量较高。 ?热管式空气预热器 若干条热管纵向排列组合置于箱体内，即构成热管式空预器。箱体被中间隔板分成上下两个区域，上面流动的是空气，下面流动的是烟气。热管式空预器是一种气,气式换热设备，热管内的工质不断吸收烟气中的热量，传导到上面空气中，完成烟气余热的回收工作。 热管式空气预热器具有传热性能好、阻力损失小、抗低温腐蚀性能较好等优点。热管式空气预热器的缺点是每立方米的换热面积较小，温度的适应范围较小。 1.2 热管发展史 热管的原理首先是由美国俄亥俄州通用发动机公司的R.S.Gaugler于1944年在美国专利中提出的。1967年一根不锈钢-水热管首次被送入地球卫星轨道并运行成功，从此吸引了很多科学技术工作人员从事热管研究 。1970年在美国出现了供应商品热管的部门，热管的应用范围从宇航扩大到了地面。1980年美国Q-Dot公司生产了热管废热锅炉，日本帝 5 邵茂见:热管、回转式空气预热器设计 人工程公司也成功地用热管做成锅炉给水预热器，解决了排烟的露点腐蚀问题。1984年Cotter较完整地提出了微型热管的理论及展望，为微型热管的研究与应用奠定了理论基础。70年代以来，热管技术飞速发展，各国的科研机构、高等院校、公司及厂矿均开展了多方面的开发、应用研究，国际间、地区间及各国自身的热管技术交流活动日益频繁。1973年在德国斯图加特召开了第一届国际热管会议后;1976年在意大利的波伦亚召开了第二届国际热管会议;1978年在美国加尼福利亚州召开了第三届国际热管会议;此后1981年在英国伦敦,1984年在日本筑波,1987在法国格林贝尔，1990年在前苏联明斯克,1992年在中国北京，1995年在美国新墨西哥州，1997在德国斯图加特，1999年在日本东京，2002年在俄罗斯莫斯科，2004年在中国上海分别召开了第四至十三届国际热管会议;除此之外，中日双方从1985年至1994年分别召开了四届双边及多边热管技术研讨会;1996年在澳大利亚墨尔本召开的多边会议正式发展为国际热管技术研讨会。我国于1970年开始的热管研制工作(首先是为航天技术发展的需要而进行的。1976年12月7日，在卫星上首次应用热管取得了成功;我国气象卫星也应用了热管，取得了预期的效果。 由于我国是一个发展中国家，能源的中和利用水平较低，因此自80年代初我国的热管研究及开发的重点转向节能及能源的合理利用，相继开发了热管气-气换热器，热管余热锅炉、高温热管蒸气发生器，高温热管热风炉等各类热管产品。从1987到1991年(我国先后在四川、福建、北京、浙江、河北等地8台130t,h以上电站锅炉上应用了大型热管换热器，回收烟气余热加热锅炉鼓风空气。我国的热管技术工业化应用的开发研究发展迅 【】1速，学术交流活动也十分活跃，从1983年起已经先后召开了八届全国性的热管会议。 1.3 热管的工作原理及特性 1.3.1 热管工作原理 热管是由美国发明的，最初被用于航天技术和核反应堆，以解决向阳面和背阴面受热不均匀。20世纪90年代被用于民用空调，由于其优越的导热性，受到越来越广泛的重视，目前在计算机、雷达等高科技领域被广泛应用。热管是一个内部抽成真空并充以一定量高纯度工质的密封管，形状无特殊限制 。全管分为加热段、放热段、绝热段。 在工作时，工质在加热段吸热汽化 ，到放热段凝结放出热量 ，并回流到加热段重新吸热，从而将热量从一端传递到另一端 ，以达到热交换之目的 。 6 辽宁工程技术大学毕业设计(论文) 图1-1 热管的组件及工作原理图 Fig.1-1 heat pipe's module and work schematic diagram 从图1-1可见，外热源在蒸发段把热量加进去，使该段的工质蒸发，由此造成的压差把蒸汽从蒸发段驱送到冷凝段，在此，蒸汽进行凝结，并把汽化潜热释放出来传给冷源。蒸发消耗了液相工质，结果使蒸发段的液—汽分界面缩进吸液芯表面，从而造成毛细压力。该压力把凝结下来的液相工质传送到蒸发段，重新进行蒸发。为此，热管余热锅炉比普通余热锅炉提高效率50%,压降减小热管连续不断地把汽化潜热从蒸发段传到冷凝段而不烧干吸液芯。只要工质的流动通道不被阻塞，并维持足够大的毛细压力，便可不断地工作。 1.3.2 热管特性 热管是一种高效传热元件，其导热能力比金属高几百倍至数千倍。热管还具有均温特性好、热流密度可调、传热方向可逆等特性。用它组成热管换热器不仅具有热管固有的传热量大、温差小、重量轻体积小、热响应迅速等特点，而且还具有安装方便、维修简单、使用寿命长、阻力损失小、进、排风流道便于分隔、互不渗漏等特点。以汽化潜热方式所传递的热量，一般要比在常用的对流系统中以显热方式所传递的热量大几个数量级，因而热管尺寸虽小，所能传递的热量却很大。热管的温降等于蒸发段、蒸汽流道和冷凝段等各部分温降之和。因为热管的吸液芯结构很薄，蒸汽流的温降很小，所以其热力特性要比已经研制出来的任何已知固体导体强很多。由于热管轴向热阻小于径向热阻，所以热管的总热阻基本上是由蒸发段和冷凝段的径向热阻决定的。在实现同样热能效果的前题下，前者 7 邵茂见:热管、回转式空气预热器设计 的重量和占地空间均为后者的一半。 与固体导体不同，热管的特性不仅跟尺寸、形状和材料有关，而且跟结构、工质及传热率有关。并且，热管还具有若干传热限，有时还会碰到麻烦的启动力学问题。但是，热管这种高效传由于热管轴向热阻小于热元件，通过合理设计，应用到锅炉上，对节省能源 【2】起到了重要作用。 1.4 热管种类 1.4.1 常用分类 由于热管的用途、种类和型式较多，再中上热管在结构、材质和工作液体等方面各有不同之处，故而对热管的分类也很多，常用的分类 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 有以下几种。 1)按照热管管内的工作温度区分，热管可分为低温热管(-273?,0?)、常温热管(0?,250?)、中温热管(250?,450?)、高温热管(450?,1000?)等。 2)按照工作液体回流动力区分，热管可分为有芯热管、两相闭式热虹吸管(双重力热管)、策略辅助热管、旋转热管、电流体动热热管、磁流体动力热管、渗透热管等等。 3)按管壳与工作液体的组合方式划分(这是一种习惯的划分方法)可分为铜-水热管、碳钢-水热管、铜钢复合-水热管、铝-丙酮热管、碳钢-萘热管、不锈钢-钠热管等等。 4)按结构形式区分，可分为普通热管、分离式热管、毛细泵回路热管、微型热管、平板热管、径向热管等等。 5)按热管的功用划分，可分为传输热量的热管、热二极管、热开关管、热控制用热管、仿真热管、制冷热管等等。 1.4.2 按两端流体分类 热管的蒸发段和冷凝段同处于一个整体的上、下两个空间，以流过热管两端流体的种类可分为: 1)气-气式热管换热器，冷、热流体均为气体，如热管式空气预热器。 2)气-液式热管换热器，冷流体为液体，热流体为气体，如热管式省煤器。 3)气-汽式热管换热器，冷流体侧为产生蒸汽，热流体为气体，如热管式蒸汽发生器(余热锅炉)， 其又可分为: ? 分离套管式热管蒸发器，产汽部分与汽包分开布置，通过上升管和下降管连接。 ? 冷凝段直插汽包式(俗称子弹头式)热管蒸汽发生器，产汽部分与汽包同处一空间，不需要上升管和下降管。此外，热源还可是由电加热产生的上述各种热管换热器，如 8 辽宁工程技术大学毕业设计(论文) 开工加热器等。 1.4.3 热管形式 标准热管又称吸液芯热管，它是一种典型热管，依靠毛细抽吸力回流工作液，而借助吸液芯毛细抽吸力回流工作液又是最有效的一种方式。吸液芯热管结构原理见图1-2，它由管壳、端盖、吸液芯、管外肋片、管端排气管及管内工质组成。当热源对其一端供热时(蒸发端)，工作液自热源吸热而汽化，蒸汽在压差作用下，高速流向另一端(冷凝端)，各冷源放出潜热而凝结，凝结液在吸液芯毛细抽吸力作用下，从冷源端返回热源端完成连续循环，通过这种“蒸发一传输一冷凝”过程，如此往复，便把热量不断地从热源端传至冷源。工作液是热管工作时的载热、输热介质，依靠相变完成了热管的工作循环，工作液量的多少是影响热管性能的重要因素之一。 图1-2热管的结构 Fig.1-2The strueture of heat PIPe 1一热管壳体，2一毛细吸液芯，3一工质蒸汽，4一工质液体 1 一heat pipe shell 2一Capillarity imbibition core 3一Working substance steam 4一Working substancliquid 重力热管又称两相热虹吸管，它依靠重力回流工作液。这是工业应用中最常用的一种热管(图1-3)，该种热管内没有毛细吸液芯，液体依靠重力回流，这就决定了重力热管的工作条件必须使放热段位于加热段之上。重力热管的特性突出表现在优异的导热性，理想的等温性，传热方向的不可逆性及两侧热阻可调节性等几方面。由于不需要吸液芯，重力热管制造工艺简单，生产成本低廉，工作可靠，传热效率高，有较高的临界热流密度。基于上述经济和技术上的优点，重力热管作为高效传热元件，已成功应用于电子设备冷却、余热回收、太阳能开发、永久冻土层的稳定以及地热利用等方面，在各种地面应用，特别是在能源的开发及合理利用方面，重力热管具有广阔前景。考虑成本的因素，工业余热回 9 邵茂见:热管、回转式空气预热器设计 收利用中，所使用的热管绝大多数属于碳钢一水重力热管。 图1-3重力热管工作原理 Fig. 1-3 gravity heat pipe principle of work 重力热管的工质选择主要是以热管工作温度为依据的。每一种工质都有自己的工作温度范围，下限为其凝固点，上限为其热力学临界点。工质工作温度低于100?的热管称为低温热管，其工质主要有甲醇、乙醇、氨、丙酮、氟里昂等;工质工作温度在50~250?之间的热管称为常温热热管，其工质主要有水;工质工作温度在250~600?之间的热管称为中温热管，其工质主要有蔡、硫、导热姆、联苯等;工质工作温度高于600?的热管称为高温热管，其工质主要采用银、铿等液态金属，用于一些有特殊要求的场合。重力热管壳体的作用是将工质与外界隔离，壳体材料的选择，取决于热管内充装的工质和工作环境的情况。对壳体材料的具体要求为:与工质的相容性和侵润性好，化学稳定性好，强度足够，耐温、耐压并有良好的导热性能成本低、易于加工(具有较好的可焊性，机械加工及延展性)等。常见的壳体与工质的组合有:碳钢与水、蔡、联苯、导热姆等;不锈钢与钠、蔡、氨等;铝与氨、丙酮、氟里昂等;铜与水、丙酮、甲醇等的组合。由于重力热管传热和流动过程与标准热管存在差异，所以重力热管除了受传热温差、热流密度、流动阻力、蒸汽流动的马赫数、毛细压差等的限制外，还存在的工作极限主要有声速极限、干枯极限(烧干极限)、沸腾极限(烧毁极限)及携带极限(液阻极限)。 重力热管可分为三种型式: ?闭式重力热管，此热管的管壳为单管型且密闭，常用的为两相闭式重力热管。 ?开式重力热管，由于重力场的特殊性，出现了与外界相通、客体不封闭的开式重力热管。 ?回路型热管，蒸发段与凝结段被分开，专门的汽液导管连通两个工作段， 10 辽宁工程技术大学毕业设计(论文) 形成工质的闭合循环回路，凝结液仍借助于重力回流。 此外，还有靠极化电流体动力学回流工作液的电流体动力学热管及靠电渗透压力回流 【3】的电渗透热管等。 1.5 设计目的及原理 目前，国内外的很多学者都致力回转式空气预热器的改善研究。就解决空气预热器的低温腐蚀、日常运行中的漏风问题及建造成本精心研究。本设计经热管式空气预热器和回转式空气预热器的对比分析，提出换热片式受热面回转空气预热器，即热管、回转式空气预热器。 热管、回转式空气预热器利用水的汽化潜热以维持空气预热器的蓄热部分的温度恒定，使得空气预热器的转子上下表面维持在同一平面，并使得低温段的转子恒定的保持在高于烟气露点温度10度左右的某一温度上，在解决低温腐蚀问题的同时可采用廉价的常规金属铝进行建造，并可提高传热系数。在密封问题上，本设计在烟,空之间的隔板采用了平面扇形，并在转子上安装与之相配合的锥形园轴，两者之间以滚动摩擦的形式接触，在增加损耗功率不多的情况下，大大的减小了系统漏风。同时避免了回转式热管换热器的所需求的较高转速，节约了动力损耗。 该系统在我国以火电为基础的能源结构下，对于我国火电的发展、节约能源消耗、保护自然环境都有着重要的实用价值和社会价值。 11 邵茂见:热管、回转式空气预热器设计 2 传热计算 以某300MW某电厂运行为例进行计算。 当前运行工况的煤质的元素分析与工业分析，其特征数据见表1。 表1 现烧煤的元素分析与工业分析 Table 1 are the elements of coal and industrial analysis QCOAMHNSV 项目 ar,netarararararararar 数据 61.8 3.80 7.75 0.97 0.88 18.78 6.0 28.98 23380 kJ/kg /% 2号炉烟气露点计算如表2。根据燃料的元素分析成分计算出烟气中水蒸气的容积、烟气容积(标准状态)、水蒸气分压力、水露点温度以及酸露点随烟气中水蒸汽分压下的水蒸 t,t，,t汽冷凝温度t和工作燃料的中的折算硫分的不同，烟气的露点温度等于;Sldslslar,zs S随燃料的折算灰份和折算硫分和的不同，的数值按下式确定: A,tar.zsar,zs 1,，(S)， (2-1) ar,zs3,t,1.05，(,A)fhar,zs ,式中:口为与过量空气系数有关的常数,当=1.4,1.5时,=129;当=1.2时，a,11,=12l;，为收到基折算(每1000kJ的折算值)硫分及灰分g/MJ;为飞灰占总,SAfhar,zsar,zs 灰分的份额。 12 辽宁工程技术大学毕业设计(论文) 表2 烟气酸露点计算 Table 2 flue gas acid dew point calculation 序号 名称 计算公式或数据来源 数值 空气预热器出口过量空气系数 ,1.27 预计 1 ky 0.0889，(C，0.375，S)，arar3,1m,kg理论空气量/ V6.274 2 kq0.265，H,0.0333，Oarar 3,10.79，V，0.008，N m,kg理论氮气量/ V4.964 3 kqarN2 理论三原子气体量 0.01886，(C，0.375，S) 1.16 4 arar3,1m,kg/ VRO2 0.111，H，0.0124，Marar3,1m,kg理论水蒸气量/ V0.597 5 HO2 ，0.0161，Vkq 空预器实际水蒸气量 V，0.0161，(,,1)，K 0.625 6 HOkyky23,1m,kg/ VHO,ky2 3,1 V，V，V，(,,1)，Vm,kg空预器实际烟气量/ V8.427 7 RONHOkykqy222 V/V，0.98空预器出口水蒸气分压/ bar V0.0726 8 HO,kyyyP,HOP22 t水露点温度/ ? 39.684 查饱和水蒸汽表 9 sl 飞灰系数 ,0.95 文献[4] 10 fh Aar A,，4187折算灰份/ % A3.363 11 ar,zsar,zsQar,net Sar S,，4187折算硫份/ % S0.158 12 ar,zsar,zsQar,net 1 3(),，St烟气露点温度/ ? ar,zs95.6 13 ldt， sl(,A)fhar,zs1.05 13 邵茂见:热管、回转式空气预热器设计 2.1 基本计算 2009年我国火电厂的平均煤耗为: B,342 g/kW,h (2-1) b 则该厂的煤耗为: B29310，bB,23380 (2-2) ,428.7 g则该厂在额定负荷下的每秒煤耗量为: P，0.4287eB,3600 300000，0.4287 (2-3) ,3600 ,35.725所需空气量为: ,，，VBV,kkqky (2-4) ,35.725，6.274，1.27 3,284.7 m/s烟气为: ,，VBVyy (2-5) 35.7258.427,， 3301.1 m/s漏风量为: ,，V,Vkllk (2-6) ,0.1，284.7 ,28.5 取烟,空的速度都为8，因为预热器的低温段的空气压力最大而烟气的压力m/s 相对较小，使得预热器的的下表面的压差达到最大值。假设预热器的漏风全都由下表 面泄露。则预热器的通流面积为: 14 辽宁工程技术大学毕业设计(论文) ，,VVVkykl,sv,t 284.7，301.1,28.5 (2-7) ,8，0.36 2,193.5 m 选取空气预热器的转速为四转每分钟，一个换向周期内预热空气所需热量: Q '''''''''''',(,)，(,)QVctctZVctctZkkkkkklkkkkklk (2-8) ,256.2，(1.34，300,1.32，20)，15，28.5，(1.34，110,1.32，20)，15 ,1495327 kJ ''t出蓄热室烟气温度 y 1Q''''t,(ct,)yy''VZ,cyyy 11495327 (2-9) ,，(1.52，320,)1.43301.1，15，0.97 ,107:C 在空气预热器中，烟气的密度变化不大，为简便计算取烟气的密度为: 3q,1.2 (2-10) kg/my 则烟气的质量流速为: g,vqmyyy ,8，1.2 (2-11) 2,9.6 kg/(m,s) 3q,1.3预热器中的空气密度取: (2-12) kg/mk v,8同时取空气流速为: (2-13) m/sk 则延期的质量流速为: ,gvqmkkk ,8，1.3 (2-14) 2,10.4 kg/(m,s) 15 邵茂见:热管、回转式空气预热器设计 2.2 分段温度计算 由于水在不同的压力下具有不同的蒸发温度和汽化潜热，为充分的利用烟气的热量， 将空气预热器分成四段，分别为:106的低温段、温度为t的中间段、普通的高温段。 :C1 低温段的空气出口温度约为: ''t,t,1,1中 (2-15) ,107,1,1 ,105:C 一个换向周期内空气加热到105时所需的热量为: :C '''',(，105,)QVcctZkkk1kk105 (2-16) ,256.2，(1.325，105,1.32，20)，15 ,433202 kJ 则进入低温段的烟气温度为: Q1''105t,(ct，)yy105''VZc,y105yy 1433202 (2-17) ,，(1.43，107，)1.47301.1，15，0.97 ,171:C 为了减少采用价格昂贵的优质钢材，降低成本，同时增加导热率，使得换热器能够更 Mpa多的使用廉价的铝合金，将蒸汽压力限制在3左右，确定中间段的空气出口温度为 234 :C 一个换向周期内空气从105上升到234时所需的热量为: :C:C '''',(，234,，106)QVccZk234k105kk234 (2-18) ,256.2，(1.335，234,1.325，105)，15 ,665857 kJ 则进入中间段的烟气温度为: Q1''234t,(ct，)yy234234234'VZc,y170yy 1665857 (2-19) ,，(1.47，171，)1.50301.1，15，0.97 ,267:C 16 辽宁工程技术大学毕业设计(论文) 则高温段的空气出口温度为: t,234:C (2-20) 中出 则隔断的进出口烟气温度如表3 表3、各段进出口温度 Table 3, the section of the import and export temperature 名段温度 低温段 中间段 高温段 171 267 320 进口烟气温度/ :C 107 171 267 出口烟气温度/ :C 2.3 对数温差计算 蓄热时，低温段内的工质――水的工作温度选取为106，则低温段的对数平均温差:C ,t为: dd 入口温差: ''',,,tttyssd (2-21) ,171,106 ,65:C 出口平均温差: ''',t,t,tyszd (2-22) ,107,106 ,1:C 对数平均温差: ,t,,tzdsd,t,dd,tzdln,tsd 1,65 (2-23) ,1ln65 ,15.33:C 17 邵茂见:热管、回转式空气预热器设计 为简化计算并最大化的增加传热，假设中间段的蓄热温差为进出空传热温差的 对数平均数，同时令进口的水汽化温度为250，出口气化温度为138。在实际应:C:C 用中，可将空气预热器中的换热板的设计按最大化传热设计，不再按传统的只将回 转式空气预热器分为低温段、中间段和高温段。 中间段入口温差: 1''',,,tttyssz (2-24) ,267,250 ,17:C 中间段出口平均温差: 1''',t,t,tyszz (2-25) ,171,138 ,33:C 中间段对数平均温差: 11,t,,tzzsz,t,dd,tzzln,tsz 33,17 (2-26) ,33ln17 ,24.12:C高温段入口温差: ''',,,tttyssg (2-27) ,320,300 ,20:C高温段出口平均温差: ''',t,t,tyszg (2-28) ,267,234 ,33:C高温段对数平均温差: 18 辽宁工程技术大学毕业设计(论文) ,t,,tzgsg,t,dg,tzgln,tsg 20,33 (2-29) ,20ln33 ,25.96:C 表4 各段温差 Table 4 the segment temperature difference 段名 入口温差/ :C出口温差/ 对数温差/ :C:C 65 1 15.33 低温段 中间段 17 33 24.12 高温段 20 33 25.96 2.4 蓄热部分计算 2.4.1 低温段的传热 铝的传热系数为: ,,205 W/(m,K) (2-30) 空气的运动黏度和导热率为 ,62v,16.5，10 m/s (2-31) c ,,0.0264 W/(m,K) (2-32) c 由于蓄热过程也是工质――水的气话过程，蓄热元件的温度维持恒定，可看成简单的一维平壁的稳态导热过程。并且，由于水的相变过程中，表面传热系数是空气传热的几十倍，因此，传热系数主要由烟气传热系数所限。 传导热流密度为: ,,tddq,s 205，15.33 (2-33),0.005 ,628530 19 邵茂见:热管、回转式空气预热器设计 可知主要由空气的对流传热限制。 间壁的导热热阻为: ,R (2-34) ,WA,流体与带肋片洁面的换热热阻: 1 (2-34) R,,A,0肋片管的另一个重要参数是肋化比(肋化系数)，其值为 , A，Afr=2 (2-35) ,,A0 A 式中 —肋片表面积; f —肋片之间光管表面积; Ar —光管外表面积。 A0 考虑到肋片效率，引入肋化面总效率 A，A,ffr =160% (2-36) ,,0A，Afr 蓄热的热流量: Q,,ZK 433202, (2-37) 15 ,28880.1 kJ/s ,tdd,,因为 R，RW 求得面积A: ,128880.1,(，)，A15.33,,,0 0.005128880.1,(，)， (2-38) 20542，1.615.33 2,28100 m 20 辽宁工程技术大学毕业设计(论文) 2.4.2 中间段的传热 铝的传热系数为: (2-39) ,,205 W/(m,K)空气的运动黏度和导热率为 ,62v,16.5，10 m/s (2-40) c ,,0.0264 W/(m,K) (2-41) c 由于蓄热过程也是工质――水的气话过程，蓄热元件的温度维持恒定，可看成简单的 一维平壁的稳态导热过程。并且，由于水的相变过程中，表面传热系数是空气传热的几十 倍，因此，传热系数主要由烟气传热系数所限。 传导热流密度为: ,,tdzq,s 205，24.12 (2-42),0.005 ,988920可知主要由空气的对流传热限制。 间壁的导热热阻为: ,R, (2-43) WA,流体与带肋片洁面的换热热阻: 1R, (2-44) ,A,0肋片管的另一个重要参数是肋化比(肋化系数)，其值为 , A，Afr=2 (2-45) ,,A0 A 式中 —肋片表面积; f —肋片之间光管表面积; Ar 21 邵茂见:热管、回转式空气预热器设计 —光管外表面积。 A0 蓄热的热流量: Q,,ZK 433202, (2-46) 15 ,28880.1 kJ/s ,tdz,,因为 R，RW 求得面积A: ,128880.1,(，)，A224.12,,,0 0.005128880.1 (2-47) ,(，)，20542，1.624.12 2,17800 m 2.5 受热面尺寸 中低温受热面的通流面积比率为: ,,0.4 (2-48) t受热面的总面积为: S，6S,总,5t 193.5，6 (2-49) ,0.4，6 2,580.5 m根据圆的面积定律可得转子半径为: R,13.6m据此可得转子高度为: h,8m 22 辽宁工程技术大学毕业设计(论文) 23 邵茂见:热管、回转式空气预热器设计 3 换热器的主体系统 3.1 整体结构 图1 回转式空气预热器拆装图 Figure 1, rotary air preheater disassembly plan 24 辽宁工程技术大学毕业设计(论文) 图2 回转式空气预热器侧视图 Figure 2 side view of rotary air preheater 3.2 蓄热元件 本设计采用弧形中空的带肋片换热板，内装足够的热管用水供吸放热时存储热量使用。为降低造价，提高热导率，该蓄热元件采用常规金属铝为制造主要原料。 25 邵茂见:热管、回转式空气预热器设计 该蓄热元件可维持表面的温度在微小的范围，可有效解决回转式换热器的低温腐蚀问 题，同时可预热器的下表面维持在某一水平范围内，为系统的密封装置的有效工作奠定基 ,1础。同时拥有较大的面积与体积的比率()。 s/m,100m 图3 蓄热元件俯视图 Figure 3 Top view of Regenerative component 图4 蓄热元件的侧视图 Figure 4 Regenerative component side view 26 辽宁工程技术大学毕业设计(论文) 3.3 密封系统 传统预热器采用的径向—轴向，径向—旁路双密封系统，所谓双密封系统就是每块扇形板在转子转动的任何时候至少有两块径向和轴向密封片与它和轴向密封装置相配合，形成两道密封。这样就可以使密封处的压差减小一半，从而降低漏风。 径向密封片与扇形板构成径向密封。轴向密封片与轴向密封装置构成轴向密封。所有这些密封结构联合形成了一个连续封闭的密封系统。 此外，在转子外圈上下两端还设有一圈旁路密封装置，防止烟气或空气在转子与壳体之间“短路”。 图5 双密封系统中的装置密封 Figure 5 pairs of sealing device sealing system 27 邵茂见:热管、回转式空气预热器设计 图6 双密封装置中轴上的密封系统 Figure 6 pairs of sealing devices in the shaft sealing system 本设计采用独特设计的滚动式的径向密封系统，即在下扇形板上一系列的圆台型滚轴，通过滚轴与转子下表面的黏合，大大减少了漏风量，同时还可承受部分转子的重量，减轻轴承的负载。 3.3.1 圆台型滚轴的设计 为减少滚轴过于粗大，导致换热器更加笨重，同时减少钢材消耗，降低造价，需对滚轴进行分段设计安装。滚轴的设计关键在于合适的上下台面的直径比。 假设滚轴安装的前台面距转子中心距离为，滚轴长为，则上下台面的直径比应该Rl 为: 28 辽宁工程技术大学毕业设计(论文) dR上 (2-30) ,dR，l下 7 下扇形板上的滚轴式密封示意图 图 Figure 7, the roller under the fan-shaped plate seal diagram 3.4 导向与推力轴承 导向轴承采用双列向心球面滚子轴承，内圈固定在上轴套上，外圈固定在导向轴承座上，随着预热器主轴的热膨胀，导向轴承座可在导向轴承外壳内做轴向移动。导向轴承配有空气密封座，可接入密封空气对导向轴承进行密封和冷却，同时还采用U型密封环进行第二道密封，彻底解决了导向轴承处的密封问题。轴承外壳支承在上梁中心部份,轴承采用油浴润滑，润滑油为 150号极压工业齿轮油，容量约为30升，导向轴承座通过四个吊杆螺栓与中心密封筒相连，使其与轴承座同时随主轴膨胀而移动。导向轴承上留有装吸油及供油管的位置，并设有放油管、热电阻的接口。 推力轴承采用推力向心球面滚子轴承，内圈通过同轴定位板与下轴固定，外圈坐落在推力轴承座上，推力轴承座通过36个合金钢螺栓紧固在下梁底面。轴承采用油浴加循环油润滑，润滑油为 150号极压工业齿轮油，容量约为300升，推力轴承座上设有进油口、出油口、放油口、通气孔、油位计以及热电阻的接口。 29 邵茂见:热管、回转式空气预热器设计 图8 导向轴承上的结构图 Figure 8, guide bearings on the chart 30 辽宁工程技术大学毕业设计(论文) 图9 推力轴承的结构图 Figure 9 thrust bearing chart 31 邵茂见:热管、回转式空气预热器设计 3.5 预热器火灾报警、消防及清洗装置 每台空气预热器在烟气侧的热端和冷端分别设置一根Φ159×12的固定式清洗管。按转子旋转方向，清洗管装在靠近烟气侧的起始边，以便清洗水从烟侧灰斗排出。 清洗管上装有一系列不同直径的喷嘴，使预热器转子内不同部位的受热面能获得均匀 0.6MPa，每根清洗管的容量为的水量，从而保证清洗效果。清洗介质为常温工业水，P= 2590kg/min。采用60,70?温水清洗，本清洗管兼作消防用，工地安装时应采用软管与空预器的清洗管连接。 火灾报警系统为水平移动式，红外线监测，安装在预热器下部的空气侧，具有良好的监测效果。 3.6 吹灰装置 每台预热器在烟气侧冷端装有一台伸缩式吹灰器,吹灰器采用电机驱动,齿轮-齿条行走机构.电动机型号AO2-6324-B5功率0.18KW,转速1400r/min. 吹灰器行程1.168m,移动速度90mm/min.吹灰介质为过热蒸汽P=1.6MPa,t=350?,蒸汽耗量约75kg/min.吹灰器在伸进预热器的行程中吹灰(约需时13分钟),退出时进汽阀关闭, 吹灰器有3个喷嘴,前部一个直径为Φ12,后部二个直径为Φ16, 每一次吹灰周期蒸汽耗量约为1000kg. 32 辽宁工程技术大学毕业设计(论文) 4 影响低温积灰的主要因素 吹灰操作过程可以程序控制或单独操作. 预热器吹灰程序控制包括在锅炉程序吹灰控制系统内. 回转式空气预热器具有结构紧凑、布置方便、调节灵活、热效率高等优点，国际上大容量火电机组均采用该种形式的空气预热器。白八十年代开始，国内在300 Mw以上的机组中越来越多采用回转式空气预热器，但是由于该空气预热器冷段受热面的最低壁温可能会低于酸露点温度，因此，冷段受热面会出现硫酸蒸汽凝结，造成冷段受热面发生不同程度的堵灰，如果冷段受热面设计不当或者吹灰设备运行不当运行不当会造成压差过大，严重时会造成风机发生喘振。本文就影响冷段堵灰的因素进行分析并对进口风温进行计算，对指导大型火电机组锅炉的安全运行具有很好的工程参考价值。 4.1 空气预热器冷段的腐蚀机理 冷段低温腐蚀的产生是由于燃料中含有的硫分在燃烧过程中形成二氧化硫(其中少量的二氧化硫进一步氧化成为三氧化硫，三氧化硫与空气中的水分化合为硫酸。这当壁面温度低于硫酸蒸汽的露点时。硫酸蒸汽就会凝结在壁面上造成传热金属元件的腐蚀。燃烧过程中产生的二氧化硫对传热元件的腐蚀没有明显影响，三氧化硫却不同，尽管其含量低但是它对低温腐蚀的影响却十分显著。三氧化硫的生成一般认为有三种原因: SOSOSO(1)在高温下分解的自由氧原子[0]与，作用生成由于生成的不多，故实332 SO际上的浓度不变，因此s03的生成是决定于氧原子的量。 2 (2)催化剂促使二氧化硫被氧化，当高温烟气流过带灰的对流受热面时由于灰中的VOFeOSOSO和的催化作用，与烟气中的过量氧结合生成。 252332 SOFeSO(3)金属表面被腐蚀后的产物。，由于硫酸盐分解生成的数量不多，所以它34 SO是一个次要因素。冷段受热面堵灰的根本原因是烟气中存在受热面的金属壁温低于烟3 气露点及吹灰器工作不正常。因此从以下方面预防空气预热器堵灰。 (a)加强对空气预热器进、出口压差的监视，发现异常及时采取措施避免堵灰加剧。尤其是冬季温度急剧下降时尤为注意。保证暖风机随时可用，运行人员及时调节暖风机供汽量及压力。保证风温高于设计值，从而降低受热面的温度，减轻低温时空气预热器冷段受热面结露引起的堵灰。 (b)保证冷段受热面最低壁温比露点高10,15?。从空气预热器冷段最低壁温公式(1) 33 邵茂见:热管、回转式空气预热器设计 可以看出，提高最低壁温就要提高排烟温度与进风温度。但是不能以增加排烟损失为代价提高排烟温度。只能通过提高空气预热器进风温度来提高冷段最低壁温。在运行中根据送风机入口温度及时投入暖风机，并且要加强对暖风器系统的维护，保证暖风器正常投入。 (c)锅炉在起停过程中应加强吹灰，确保受热面的清洁。由于空气预热器传热元件布置较紧密，烟气中的飞灰易沉积在受热面上，增大工质的流动阻力，严重时会造成截面完全堵死，影响空气预热器的正常运行。因此空气预热器正常运行时应该确保吹灰器能够正常投入。另外吹灰时尽量保持较高的锅炉负荷，以保证受热面一定的壁温。 SO(d)火焰温度越高，[O]分解得越多，生成的旺亦多，故应该控制火焰温度;当过3 SO量空气系数增大时，的转换率或绝对量都将增加，故低氧燃烧是一个有效的措施。当3 燃烧不良或者过低的氧量时，会出现不完全燃烧的?和碳黑，此时会产生9q的还原反应。此外，碳黑或者灰粒还会吸收Sq;催化作用的主要温度范围在425,625?，在550?时达到最大值，此时温度正好处于过热器的壁温范围。因此采取优化吹灰以及减少炉内和过热器处的漏风是有效的。由于烟气流过该受热面的时间很短，使催化反应未能顺利完成，因此sq的形成主要是燃烧反应。 34 辽宁工程技术大学毕业设计(论文) 5 结论 空气预热器提高了锅炉效率，减少了大气污染，能源利用率也大为提高，但管式空气预热器庞大的体积限制了该型空气预热器的利用。回转式空气预热器的发明和利用解决了空气预热器的庞大体积，但回转式空气预热器的漏风问题增加了新的漏风损失，特别是在早期。 本设计在密封上的独特利用，可大大的减少漏风损失并且减少推力轴承的压力。该预热器利用水的相变潜热为蓄能体，可维持受热面温度在稳定水平，且该预热器在中间段和高温段可同时采用传统的回转式空气预热器。 当然，由于本人的水平所限，该篇文章十分粗糙，特别是计算部分，敬请谅解～谢谢～～～ 35 邵茂见:热管、回转式空气预热器设计 致谢 感谢我的指导教师李国威老师，他们严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样;他们循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。感谢我的老师——李老师、纪老师对我学习的支持、勉励，在此向李老师表示深深的感谢和崇高的敬意。 同时感谢热能与动力工程系的所有老师，感谢你们四年的教导和关爱。 在此，我还要感谢在一起愉快的度过本科四年的各位同学，正是由于你们的帮助和支持，我才能克服一个一个的困难和疑惑，直至本文的顺利完成。 真诚地感谢辽宁工程技术大学对我的培养和教育。 再次感谢所有帮助、支持、关心、爱护我的人们。 36 辽宁工程技术大学毕业设计(论文) 参考文献 [1] 秉铨.工业炉设计手册[M].机械工业出版社，1996 [2] 余建祖.换热器原理及设计[M].北京航空航天大学出版社,2007. 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[15] 岑可法.中国能源与环境可持续发展的若干问题[R].昆明:全国能源与热2004学术年会,2004.11( [16] Dunn PD Heat Pipes 33rd Edition.1982 37 邵茂见:热管、回转式空气预热器设计 附录A 译文 发电厂 总体设计标准 发电厂建筑物上的空间质控系统被设计用来为发电系统和设备提供一个可靠的运行环境，同时为从事人员提供一定的安全和便利。通过几种途径，在处理系统环境设计费用和作业人员操作的安全便利的费用考虑之间建立了一种平衡。美国职业安全与健康理事会(OSHA)规定了噪声和空气质量极限。本书的11章和28章，以及美国政府指定的工业环境参考(1998著)均为安全工作环境提供了一定参考。工人工作环境舒适度的规定带有一定的主观性且更加难以规定。厂主或经营者通常需要在维护费用和工人舒适度间建立一定的平衡。在设计之初，准则应该首先被清楚的制定，因为他们说明了进程设计师和HVAC系统工程师都是基于实现各种工作进程的环境要求。表一指出了煤炭发电厂的一些典型的工作标准。这些准则通过参考当地法规，工厂执行人员的经验和偏好，总的财务目标，做相应的修改。在某些具体领域，一些附加的标准需要被讨论。保证发电厂内工作温度对可靠操作是十分必要的。如果电气设备的工作温度超出其耐受温度将减少电器的使用寿命。例如在主控中心的一些敏感的电子设备，在高温环境下将不能可靠运行。低温也可能影响设备的可用性。例如，低温造成电池或管道的冻结，使仪器不能正常工作。HVAC系统及部件的重要性即在于其可保证仪器的可用性。通常情况下，无人工作区的仪器设备支持自动调档到备用系统是很有必要的。在不支持备用系统的区域，温度监测和预警系统需要被考虑以采取及时纠正措施。HVAC系统包括多个单位，同时提高了发电厂的可靠性。即使一把风扇坏了，也能保证空间足够的通风。 过滤和清洁 在一些通风环境，过滤过程通常是不需要的，因为有些地方可能比室外环境还要脏，而且设备被设计成能够适应这样的环境。然而，一些仪器至于某些地方被用来摄取户外微粒资源，需要设法保证这些设备有干净的运行环境。位于沙尘地区，或者有季节性问题如棉花柳絮的地方的发电厂，可能就需要过滤通风。在工业地带的一起，如炼油厂和造纸厂可能还要考虑气体污染和腐蚀性气体的处理。室内空气清洁是在HVAC系统设计考虑范围的。即使控制中心是远离锅炉房煤运输，空气流通，燃烧，烟灰处理、通风的热量回收、 38 辽宁工程技术大学毕业设计(论文) 通风的烟废气扩散，等等这些都可能造成整个工厂的环境污染。当户外的污染物可能是一个因素，室外空气质量可能需要重新评估。这可能通过典型微粒收集和使用的气体污染腐蚀数量来衡量。美国环保局(EPA)就是这样一个数据来源中心。过滤要求包括30%浮尘测试效率，65%-90%的最终过滤效果。空调设备的地区和电气设备需要满足厂商的要求。遵循美国(ISA)电气设备标准。 温度和湿度 室外温度的设计是基于运作的期望。如果工厂的生产设施是重要和必须在严格操作条件下，那么当地的极端的高低温度需要进行评估。电力的产生通常是在极端的户外的条件下，这要求仪器必须被设计支持在极端条件下工作。表一指出的一些其他的温度范围，可能更适合于较少准则的应用。如果设备是密封的，室内温度必须适应仪器的运行温度。电气设备，如阀门，电机控制中心，马达，通常决定着仪器的设计温度范围。通常是40-50摄氏度。一些用来存放压缩气体的仪器，其仪器温度通常由气体供应商决定。通常最低温度需要高于气体溢出容器的耐受温度。如果是危险气体(如氯气)，其最低温度不适合工作人员居住，这就要适当提高通风率。燃料发电厂的实际通风率需要6-12K以上 的户外通风环境。因此，通风率的设计原则是建立在室外温度上升同时，产生预期的室内温度来适应仪器要求。例如，室外极值温度为44时，如果通风系统能够提高6K则可满足仪器50度的工作要求。然而，工人的工作环境也需要考虑。这种建筑物中有时候需要速冻以支持某种工作要求。低温环境有可能导致冰冻而影响仪器的可靠性。低温工作环境需要有一定的供暖系统设计以达到平衡。如果设计中采用了低温记录，室内温度需要设计达到2-4摄氏度。在供暖系统设计中，室外设计湿度水平影响冷水塔和蒸发冷却过程选择以及空调温度的多少需要相应做些调整。如果极端干燥下的温度作为设计基础，那么极端潮湿时的温度需要严格控制，因为二者极不一致。设计时同时使用湿度球和干燥球比完全使用干燥球更为严谨。在通风的地方室内设计湿度不是一个因素，除非这个工厂是在一个严厉的腐蚀环境中。在这种情况下，低的湿度减少潜在的腐蚀危险。空调的区域的人员或电子设备，需要参考ISA和生产商的建议，说明湿度标准。 通风率 仪器内部的通风能够使得热量及时转移，以及稀释潜在的危险气体。热量转移时的通风率在HVAC系统中得到计算以满足夏天室内的温度需求。表一数据显示的空气转换率能够用来估计约需通风。实际热排放速度可以根据设备制造商或工程师的经验。房间热转移 39 邵茂见:热管、回转式空气预热器设计 的通风率在危险气体处理设计过程中已经考虑。天然气以及其他易燃气体燃料的控制装置是通过检查安全燃烧释放的气体来检测。用于发电机或汽车制冷的氢气等气体，是通过监测其压力的损失或补充检测。这是由于挥发性气体会因为外界气体的渗透而稀释。这些气体没有严格的通风率标准。对于一个较封闭的建筑(例如，很少的自然通风)，需要进行一个论证，以保证这样的渗透率是可行的。烟气限于锅炉或管道系统内，通常很少产生威胁。然而在施压后的锅炉内，烟气处于高压环境下可能产生泄漏。同时，这些气体可能泄露到锅炉建筑内，这时气体检测系统就需要被使用。有害气体(如氯气)的通风需要根据ACGIH这样的特殊气体工业标准来制定。 渗透 热空气回旋导致空气进入锅炉或发电设备。虽然对疏散气体有意，但同时也加大了供暖系统的负担。 噪音 由HVAC系统产生的仪器内部和外部的噪声水平需要被考虑。室内的噪音指导方针应针对空调区通风区和连续住房区分别对待。室外声响需要考虑邻近地区对环境噪声的接受程度。室内空调去需要参照正常的声音水平标准。特殊住房区如控制室应遵循表一要求。通风区的设备应遵循OSHA中对其他工业区的规定标准。在没有参考标准时，表一中提供的声音要求可以用来指导一些特殊的工程要求以满足OSHA标准。HVAC系统组件在总体上提高噪声等级，可能通过产生噪声本身，也可能是通风过程造成。适应城市地区发电厂的HVAC系统设计很可能受到外界对噪声接受水平的影响。设备可能需要包含一些吸收噪音的材料或者配置噪音衰减附件。对外可以使用隔音器。 通风方法 通风可以通过自然交互，或者迫使机械供应和排气或联合自然现象和机械系统一起。HAVC工程师需要选择合适的方法以适应整个项目的性能和价格。自然通风系统配合使用一个隔音器，需要打开门或窗户并使热空气通过屋顶或墙上的通风设备散去。机械系统使用风扇，通风器或者空气处理装置来通风。一个典型的组合系统是使用风扇并敞开屋顶天窗。任何的通风装置，要综合考虑内部和外部的效果。 驱动力 天然通风是基于热力回旋的动力使空气运动。有方程确定天然通风需要的压力差。利用天然通风，空气进入改密封的空间并被仪器设备加热。内外空气压力不同导致空气被压 40 辽宁工程技术大学毕业设计(论文) 入建筑以很少的热能再以很高的热能被传递出来。机械通风能够满足不同转置或温度需求时的通风率变换要求。 空气流通 自然通风中，很小的压力差导致空气运动。因此，空气以较低的速度进入建筑;它深入建筑距离不长就扩散开来。机械通风通过墙或天花板通风口是的空气扩散在建筑内更有效率。 进口和排气口 由于低差压力驱动空气运动，自然通风需要大量空气进口和排气口。这就使得通风需要很大的墙体空间或者屋顶，在车棚，通风口或者重力释放窗。相对而言，机械通风需要较少的通风窗因为有协助力。通风窗的数量能够被减少通过考虑别的因素。 噪音 自然通风的另一个好处是没有噪音。然而，噪音是要被间接考虑的因素，这是因为自然通风时的开窗要求能够让别的仪器产生的噪声很容易的传出去。风扇和PRVs直接产生噪声，但是噪声等级能够通过风扇的选择和PRV内部转置的添加得到控制。 仪器清洁注意事项 按其性质，天然通风会在少通风口的建筑物内产生消极压力。如果大型的通风口位于地处，这股消极压力将把灰尘和烟雾吹进大楼。机械通风通常为建筑加压并使在较高通风口处保证空气的相对高质量。 经济因素 自然通风的主要优势在于不需要考虑风扇等的操作费用。由于天然通风是被动的，他想对机械通风有更可靠和更低的维修费。然而，天然通风不一定总是最经济的选择。通风窗口的费用，为达到一定通风率所要克服的重力因素可能比机械通风的手笔费用还高。另一个考虑因素是建筑物的平均温度。因为内部温度是驱动力，自然通风的建筑内温度比机械通风的通常要高。这样较高的温度可能会缩短工厂设备的工作寿命，例如暴露的粘合剂，马达，电气转换器等。同时也可能影响工作人员的表现。伴随着自然通风的大型通风窗口将产生更大的扩散，因而增加了冬天的取暖负荷。这额外的供暖费用降低了自然通风所节省的费用。 蒸汽发电 41 邵茂见:热管、回转式空气预热器设计 蒸汽发电机是利用热能将水转换成蒸汽。蒸汽发电机两个基本的子系统包括热能系统和蒸汽处理系统。利用燃烧(油，煤气，煤等)的热能系统，其蒸汽机包括燃料的分散和运输管道，准备子系统，以及供应率和装置控制。提供燃烧空气以及常规的燃烧要求在燃烧室进行。燃烧得到的气体是在燃烧区的下游。有灰产生的燃料，产生在蒸汽机底部的灰以及弥漫在燃料气体中的灰需要被处理。建立在蒸汽机内的蒸汽处理部件包括防火栏，热导装置，储水装置，如泵、管道、控件等。对于主要的和再加热的蒸汽生产线主要有蒸气室蒸汽机的再加热系统以及蒸汽处理系统。热能和蒸汽处理系统对HVAC系统在蒸汽发电厂的实施提出了要求。 炉区 燃料(煤气、石油、煤等。)被运送到炉中，混合着燃烧空气，在蒸汽机的炉子内点燃。仪器必须适应燃料燃烧的需要。视窗口通常允许操作员监测的燃烧过程。炉区要求特别注意蒸汽发电机建筑内的通风系统。这个地区常需要工厂的监测和视察人员来控件燃烧过程。热量被散发并传导到临近的区域。从视窗口，穿插到发电机。气体燃烧时漏出烟是可能的，炉区和控制区的操作需要和外界通风。外界空气能够稀释散发出的烟气。外界空气可以通过管道传送到炉区，通过寄存器释放或利用风扇直接被吹进炉区，这取决于建筑物的规划。这个流量是难以确定的;通常，每小时60的空气变化能够供发电机4-6米范围内的通风要求。还需要考虑寒冷工作环境下的空气交换速度。在寒冷的环境里，室外空气可能需要回炼室内空气。 蒸汽鼓检测地区 一个典型的蒸汽发电机在其锅炉顶部有个蒸汽鼓，他提供水和蒸汽的交互。水流在鼓内被监控形成蒸汽流和水流。这是一个蒸汽发电机关键的控制功能，因此其准确性和可靠性极为重要。蒸汽鼓检测装置区应包括为绝缘的锅炉表面，用来传导周围的热能。通风系统需要消除这些热量以保证仪器在极限工作温度内。检测时可能需要屏蔽热表面，因而速冻可能需要在操作计算机时生效。户外的风扇装置可以是热环境下提供通风的一个选择。供暖不是需要考虑的事情，除非考虑在寒冷季节停用蒸汽发电机。 控制区和设备的监测 除了蒸汽鼓和燃烧炉，蒸汽发电厂可以为一些本地控制区如燃料提供，风扇运转及烟尘处理建立控制室。由于蒸汽发电厂周围的环境可能又热又脏，其选址以及控制设备的选择要综合考虑电力系统工程师以及HVAC工程师的意见。有以下几个参考意见(1)将控制 42 辽宁工程技术大学毕业设计(论文) 设备建于离发电站很远的地方。(2)使用耐环境的电子器件(3)提供本地环保型控制围栏。第一种方法可能需要额外考虑信号，信号通道，信号解调等。第二种方法可能会增加电气设备的造价。当电子控制系统的设计决定了这些仪器需要被就近安置于发电厂，一个封闭的提供环境检测的系统是很必要的。他能控制空气处理过滤，过压和温度。温度控制可以利用温度计或者通过远程直接暴露线圈来获得。空气制冷部件可以考虑使用来适应环境。 煤和烟尘处理区 煤一般在现场存放，成堆或存储在固定容器里。机器把煤运输到相应设备进行处理(破碎机)。处理后的煤被运送到蒸汽发电机的存储设备中。煤供应系统提供煤从存储器到炉以及最后的处理设备。蒸汽发电厂内的煤处理去，需要特殊的通风考虑的区域包括煤运输，存储，处理区。 需要重点关注烟尘控制，燃烧产生气体，煤冻结，人员进入方面以及消防措施。灰是环保排放的一个指标，同时也有爆炸的风险。粉末可用水喷或空气传导感应拾取器。某些类型的煤燃烧可以产生大量的甲烷，这些气体积聚在传送机和建筑物内。自然或机械通风需要移去马达及其他设备的热量。同时通风有利于排除有害气体。通常，通风要求不高，每小时2-5的交换率即可。如果空气波收集设备被使用，设备的相应规定应包括在设计中。如果自然通风不足以满足空气交换要求，应提供通风扇等协同粉尘收集设备一起使用。空气需要被加热如果冻结保护是一个设计标准。装置器是一个用来加热的地方，此装置器需要指明其风险分类。由于煤炭粉尘在潮湿时能产生酸。需要考虑使用非腐蚀性材料。煤一般是完全有供应器和存储器存放，所以不需要特殊的通风装置。一些情况下，煤燃烧系统中包括一个惰性气体系统类防火是必要的。为了生命安全，需要通风以稀释有害气体。 煤粉碎过程需要很大的动力。这些马达有他们自己的通风系统，或者马达的热量会直接散发到周围空气中。通风系统的挑战是提供足够的通风散热而不创建高速度，吹积了灰尘。漂浮的尘土能造成健康风险也造成粉尘爆炸的风险。由于粉尘爆炸率是可控制的，这个区域通常不认为有风险。粉尘爆炸能通过仓库管理，密封装置和其他粉尘处理办法来控制。 强制要求提供通风设备是必须的对一些制冷设备。如果粉碎机安置于墙外，那么螺旋式通风机的的效果将不错。煤和重型燃料燃烧产生粉尘。灰尘的微粒可以由烟气从蒸汽发电机最高处溢出的被称为飞烟灰。烟灰堆积在发电机底部的叫底灰。烟尘处理装置一般不 43 邵茂见:热管、回转式空气预热器设计 需要特殊考虑HVAC系统要求。虽然通过一定手段飞灰被截住，但其研磨将仍然存在问题。如果飞灰弥漫在空气中，烟尘处理部分的HVAC设备需要包括一个过滤器来过滤烟尘后才能进入建筑区。 为蒸汽发电厂设计的HVAC系统需要考虑堆栈效果造成的空气回暖。一座90米高的蒸汽发电厂在室外-18度室内38度的温差下将产生125P消极压力。这股消极压力会给门造成异常巨大的影响力，为操作埋下隐患。 大型风扇为蒸汽发电厂提供空气。它产生一股积极地压力流，而之前那股消极压力也将被利用。一个平衡流生成器，适合大型区，可以使用助力和内置风扇。由于空气被加热以支持炉内燃烧，部分燃料能量被用来加热空气。大型机上的助力风扇能提供50m3/s或者更多的燃烧过程。大量的能量被需要，在预热燃烧过程中。目前使用有两种主要的预热方法。一种方法是，从室外将空气拽入，通过蒸汽流或者热水从能量循环中直接获得热量。另一种方法是使用热量由蒸汽台建筑物的表面的燃烧中的暖气。这个方法提供了节约能源热。发电站内的最够温度能达到38甚至更高，热量的回收通过大楼上的一个大型风扇完成。虽然潜在的储蓄是在寒冷气候的影响，建筑物内总体供热和通风效果需要被考虑。从建筑物内过拽空气的一个影响是产生更多的负面压力;这就增加的渗透和增加了这幢房子加热系统，能抵消潜在的循环通电热效率。同时也增加了伴随消极压力的堆栈问题。内置风扇也可用于补充在户外的通风的条件。 涡轮发电机大楼 图二表明，涡轮发电机的建筑物通常包括在高营运的水平上，空气过滤器和一个子操作系统。通常，蒸汽和燃烧涡轮机和发电机被在中心线这座大楼之间的运作等级和水平是热的主要来源。脱气机是一个巨大的热量的参与者，脱气机通常暴露在涡轮操作水平。房间的其他热蒸汽来源是，蒸汽冷凝液和热水管道，热交互，蒸汽的阀门、电动机、变压器、电和其他电器。 煤破碎机和煤的运输系统建设 发电厂的煤处理设备从接受煤，准备煤，传输煤，从最初的传送点到煤炉。在这过程中可能包括长期或短期储备，打扫和挤压。包括驳船，火车，卡车的卸货。煤可以以堆的方式直接存放在地上，或者在容器里。现场，煤被置于移动设备或者传送带上处理。不管是哪种方式，以下是HVAC处理问题注意的细节。 大多数类型的煤倒在地上时，直接破碎成微粒。这些粉尘可以很好的粒度分布和集中 44 辽宁工程技术大学毕业设计(论文) 的灰尘。设计工程师应参照NFPA标准和准则来确定每个装置的通风系统的应用程序。 冷却和散热的电子控制设备 电子控制设备会被置于附近的几堆煤或其他煤处理设施上。空调控制室需要有过滤器与外界通风。通风的电动机控制和充足的地区也应考虑过滤空气压力。由于浓度高的尘埃煤码，筛选媒体有个短暂的生命;一个解决办法是利用惯性过滤器。有空调区域，惯性器可以在更高的效率。由于电子设备临近潜在粉尘爆炸的区域，需要遵循NFPA496规定。他规定了干净空气进入尘区的流程。 甲烷排放 甲烷和其他烃在煤中既是自由的气体又依附于煤。 虽然大多数的甲烷在煤炭处理过程中释放，一些甲烷潜在或其它可燃气体可能不在。一些甲烷和其他气体可能依然残在于煤中。因此，可燃的甲烷可以随着大量的煤的存储而堆积。设计工程师应确定潜在的甲烷累积在煤储藏的建筑物。在煤矿或煤矿口，甲烷气体排放率高达150l/MG。 在煤矿口位置，排放率需要低于30L/mg。粉尘收集或者自然通风足以防止甲烷达到爆炸极限。设计师需要参考NFPA的标准。 45 邵茂见:热管、回转式空气预热器设计 附录B 外文文献 POWER PLANTS GENERAL DESIGN CRITERIA The space-conditioning systems in power plant buildings are designed to maintain an environment for the reliable operation of the power generation systems and equipment and for the convenience and safety of plant personnel. A balance is achieved between the cost of the process systems designed to operate in an environment and the cost of providing that environment Environmental criteria for personnel safety and comfort are governed by several sources. The U.S. Occupational Safety and Health. Administration (OSHA) defines noise and air contaminant exposure limits. Chapter 11 and Chapter 28 of this volume and Industrial Ventilation by the American Conference of Governmental Industrial Hygienists (ACGIH 1998) also provide guidance for safety in work spaces. The degree of comfort for the worker is somewhat subjective and more difficult to quantify. The plant owner or operator ordinarily establishes the balance between cost and worker comfort. Criteria should be clearly defined at the start of the design process because they document an understanding between the process designer and the HVAC system engineer that is fundamental to achieving the environment required for the various process areas. Typical criteria for a coal-fired power plant are outlined in Table 1.They should be reviewed for compliance with local codes, the plant operator’s experience and preferences, and the overall financial objectives of the facility. Additional discussion of criteria may be found in the sections on specific areas. Maintaining design operating temperatures within the power plant is essential for reliable operation. Operating electrical equipment in temperatures above its rated temperature reduces the life of the equipment. Sensitive electronic equipment, such as in the main control center, may not function reliably at high temperatures. Low temperatures also affect plant availability; for example, low temperatures in the batteries or freezing of pipes, instrument lines, or tanks could prevent normal plant operation. HVAC systems or components essential for plant operation should be designed to ensure plant availability. Automatic switchover to the backup system may be required in 46 辽宁工程技术大学毕业设计(论文) normally unoccupied areas. In areas where backup systems are impractical, temperature monitoring and alarming systems should be considered to initiate temporary corrective measures. HVAC systems that include multiple units . also improve the reliability of the power plant. A space ventilated, may retain sufficient ventilation even if one fan is out of service. Filtration and Space Cleanliness Filtration of ventilation air for process areas is usually not needed because some areas are generally dirtier than the outdoor surroundings, and the process equipment is designed to accommodate a dusty environment. However, the plant may be located in an area having sources of outdoor particulate contaminants that need to be managed to protect the process equipment. Power plants in dusty or sandy areas, or where there are seasonal nuisances such as cotton woodseeds, may require filtration of ventilation air. Plants at industrial sites such as refineries and paper mills may need to address gaseous contaminants and corrosive gases as well. Indoor air cleanliness is a concern in control room HVAC system design. Even if the control center is in an independent building remote from the boiler-turbine building, coal transportation, coal crushing, fuel/ air distribution and combustion, ash handling, fume heat recovery, fume/smoke exhaust diffusion, and so forth, may contaminate the entire plant and its surroundings. When potential outdoor contaminants are a factor, the quality of outdoor air may need to be evaluated. This may include collection of typical particulates and the use of corrosion coupons to quantify gaseous contaminants. The U.S. Environmental Protection Agency (EPA) is a source of data. Filtration requirements may include 30% dust-spot test efficiency prefilters, 65% to 90% efficiency final filters, and gas-phase filtration units. Air-conditioned areas for control and electrical equipment are found in America (ISA) Standard S71.04. Temperature and Humidity Selection of outdoor design temperatures is based on the operating expectations of the plant. If the power production facility is critical and must operate during severe conditions, then the effect of local extreme high and low temperatures on the systems should be evaluated. Electrical power consumption is usually highest under extreme outdoor conditions, so the plant should be designed to operate when needed the most. Other temperature ranges, indicated in Table 1, may be more appropriate for less critical applications. If the equipment is enclosed, the indoor temperatures must match the specified operating temperatures of the equipment. The electrical 47 邵茂见:热管、回转式空气预热器设计 equipment, such as switchgear, motor control centers, and motors, typically determines the design temperature limits in the plant. Common ratings are 40 or 50?C. Elevator machine room equipment may include electronics with temperature. In plant areas where compressed gas containers are stored, the design temperature is according to the gas supplier. Typically, the minimum temperature should be high enough that the gas volume can be effectively released from the containers. If the gas is hazardous (e.g., chlorine), the minimum temperature does not apply during personnel occupancy periods, when high dilution ventilation rates are needed. Practical ventilation rates for fuel-fired power plants provide indoor conditions 6 to 12 K above the outdoor ambient. Therefore, ventilation design criteria establish a temperature rise above the design outdoor temperature to produce an expected indoor temperature that matches the electrical equipment ratings. For example, an outdoor extreme design temperature of 44?C with a ventilation system designed for a 6 K rise would meet the requirements of 50?Crated plant equipment . However, the environment for workers should also be considered. Velocity (spot) cooling may be necessary in some areas to support work activities in such a building. Low temperatures affect plant reliability due to the potential for freezing. The selection of the low design temperature should be balanced by the selection of the heating design margin. If the record low temperature is used in the design, indoor design temperatures of 2 to 4?C may be used. In the heating system design, The selection of outdoor design humidity levels affects the selection of cooling towers and evaporative cooling processes and the sizing of air-conditioning coils for outdoor air loads. the mean coincident wet bulb is appropriate. If extreme dry-bulb temperatures are selected for the design basis, the use of extreme wet bulbs is too restrictive because the extremes are not coincident. It is prudent to use the wet bulb associated with the 1% dry bulb when extreme dry-bulb temperatures are used for the design. Indoor design humidity is not a factor in ventilated areas unless the plant is in a harsh, corrosive environment. In this case, lower humidity reduces the potential for orrosion. In air-conditioned areas for personnel or electronic equipment, ASHRAE, ISA. Ventilation Rates Ventilation within plant structures provides heat removal and dilution of potentially hazardous gases. Ventilation rates for heat removal are calculated during HVAC system design to meet summer indoor design temperatures. The numbers shown in Table 1 for air change rates are for 48 辽宁工程技术大学毕业设计(论文) estimating approximate ventilation needs. Actual heat emission rates should be obtained from equipment manufacturers or from the engineer’s experience. The ventilation rate for room heat removal is Hazardous gases are mostly handled by the process system design functions. Natural gas and other combustible fuel gases are controlled by ignition safeties and may contain odorants for detection. Hydrogen and gases used for generator and bus cooling are monitored for leakage by pressure loss or makeup rates. Escaped gases are diluted by outside air infiltration. There are no specific ventilation rate criteria for these gases. For a building with very tight construction (i.e., very little natural infiltration), an analysis should be performed to verify that dilution rates are acceptable. Flue gas is confined to the boiler and flue gas ductwork and generally poses no hazard. In a forced-draft boiler, however, flue gas is at a higher pressure than the surroundings and can leak into occupied areas. Also, special flue gas treatment gases such as ammonia can leak into the boiler building. In these cases, gas detection monitors should be used. Ventilation for areas with hazardous gases (e.g., chlorine) should be designed by specific gas industry standards such as the Chlorine Manual or ACGIH (1998). Infiltration Infiltration of outside air into boiler and power generation structures is driven by the thermal buoyancy of the heated air. While this outside air is beneficial in that it dilutes fugitive fumes, it also adds to the cold weather load on the heating system. Noise Consideration should be given to noise levels produced by HVAC system equipment both inside and outside plant spaces. Indoor noise guidelines should be established for air-conditioned areas and ventilated areas with continuous occupancies. Outdoor noise levels are established by the environmental noise pollution concerns of adjacent areas. Air-conditioned indoor spaces should meet the normal sound level guidelines. Special occupancies such as control rooms should follow the guidelines in Table 1. Ventilated areas of the plant should be treated as other industrial areas following OSHA regulations. The sound levels indicated in Table 1 are suggested guidelines that may be appropriate in the absence of a specific engineered solution to meet the OSHA requirements. HVAC system components contribute to the overall noise level outside the plant buildings either by generating noise or by having ventilation penings. HVAC designs for power plants situated in urban areas can be significantly influenced by outdoor noise 49 邵茂见:热管、回转式空气预热器设计 level requirements. Equipment may have to include sound-absorbing materials or be located indoors in sound attenuation enclosures. Openings may require acoustical louvers. VENTILATION APPROACH Ventilation can be achieved by natural draft, forced mechanical supply and exhaust, or natural and mechanical combined systems. The HVAC engineer should select the approach that best suits the overall project objectives for performance and cost. Natural-draft systems use a combination of inlet louvers and open doors or windows and relieve warmed air through roof or high sidewall openings. Mechanical systems use fans, power roof ventilators (PRVs), or air-handling units to move air. A typical combined system would use mechanical supply fans with natural roof openings for relief. With any ventilation arrangement, consideration should be given to the hysical separation of inlet and outlet openings to minimize recirculation. Driving Forces Natural ventilation uses the thermal buoyancy of the air as the motive force for air movement through a building. The equations for determining differential pressures for natural ventilation. With natural ventilation, air enters the enclosed space and is heated by the plant equipment. The difference in density between the inside air and the outside air causes air to be drawn into the building at low elevations and relieved at high elevations. Mechanical ventilation can provide the required ventilation rateregardless of the building configuration or temperature e. Air Distribution With natural ventilation, small differential pressures drive air movement. Accordingly, air is drawn into the building at low velocities; it penetrates a short distance into the building and then disperses. Mechanical ventilation supplied from the walls or from the roof can distribute air Inlet and Exhaust Areas Due to the low differential pressure driving the air, natural ventilation requires large inlet louver and exhaust relief areas. This necessitates large wall spaces where the ventilation is needed and large roof areas for hoods, ridge vents, or gravity relief openings. Mechanical ventilation requires fewer roof penetrations with the associated curbs.. The amount of wall louver can be reduced by a factor of four or more ompared to natural ventilation. Noise Natural ventilation has the advantage of being noise-free. Noise can be an indirect concern, 50 辽宁工程技术大学毕业设计(论文) however, because the openings required for natural ventilation allow noise generated by other plant equipment to pass more easily to the outside. Fans and PRVs generate noise directly, but the noise level can be managed by fan selection and sound treatment of PRV inlet hoods. Impact on Plant Cleanliness By its nature, natural ventilation creates negative pressure in the lower portions of the building. With the large openings low in the structure, the negative pressure may draw dust and fumes into the building from ground level. Mechanical ventilation usually pressurizes the building and can draw air from relatively clean sources at higher elevations. Economics The primary advantage to natural ventilation is that there are no operating costs for fan power. Because natural ventilation is passive, it is more reliable and has lower maintenance costs than a mechanical system. However, natural ventilation may not always be the most economical selection. The cost of louvers and inlet openings, architectural features, and gravity relief openings to achieve an acceptable ventilation rate may be higher than the first cost for mechanical ventilation. Another consideration is the average building temperature. Because internal heat is the driving force, the naturally ventilated building is normally warmer than the power ventilated building. This warmer average temperature may shorten the life of plant equipment such as expansion joints, seals, motors, electrical switchgear,and instrumentation. Warmer temperatures may also affect operator performance. The large louver areas associated with natural ventilation may create greater infiltration, thereby increasing the winter heating load. This additional heating cost may offset some of the summerenergy savings of natural ventilation. STEAM GENERATOR BUILDINGS: A steam generator is a device that uses heat energy to convert water to steam. The two basic subsystems of a steam generator are the heat energy system and the steam process system. The heat energy system for a fueled (oil, gas, coal, etc.) steam generator includes fuel distribution piping or conveyors, preparation subsystems, and supply rate and ignition controls. Provision to supply and regulate combustion air is required at the combustion chamber; the flue gas is andled downstream of the combustion area. With ash-producing fuels, the bottom ash below the steam generator and the fly ash entrained in the flue gas must be processed. Steam process components typically found in the steam generator building include an enclosure for the 51 邵茂见:热管、回转式空气预热器设计 fire and heat transfer surfaces and feedwater equipment such as pumps, piping, and controls. Steam lines for primary and reheat steam are typically routed from the steam drum and reheat sections of the steam generator to the steam turbine or process systems. The heat energy and steam process systems impose requirements on the HVAC systems for specific areas of the steam generator building. Burner Areas Fuel (gas, oil, coal, etc.) is transferred to the furnace, mixed with combustion air, and ignited in the burner area of the steam generator. Instrumentation must modulate the fuel in response to combustion needs. View ports typically allow operators to monitor the combustion processes. The burner area requires special attention for the steam generator building ventilation system. This area is often occupied by plant operators who monitor and inspect the controls and the combustion process. Heat is radiated and conducted to the adjacent spaces from inspection ports, penetrations, and the steam generator. Leakage of fumes and combustion gases is also Both the burner area operator and the controls require ventilation with outdoor air. Outdoor air also provides dilution for the fugitive fumes. Outdoor air can be ducted to burner areas and discharged by supply registers or blown directly into the area with wall-mounted fans, depending on the building arrangement. The flow rate is difficult to quantify; generally, 60 air changes per hour supplied to an area 4 to 6 m around the steam generator provide adequate ventilation. Consideration should be given to providing velocity cooling of personnel workstations. In cold limates, outdoor air may need to be tempered with indoor air. Steam Drum Instrumentation Area A typical steam generator has a steam drum at the top of the boiler that provides the water-to-steam interface. The water level in the drum is monitored to regulate the flow of steam and feed water. This is a critical steam generator control function, so accurate and reliable process flow measurement is important. The steam drum instrumentation area may include sections of uninsulated furnace surface, which conducts and radiates heat to the surrounding area. The ventilation system should remove this heat to ensure that area temperatures are within instrumentation temperature limits. Instrumentation may need to be shielded from hot surfaces. Velocity cooling may be needed at operator workstations. Wall-mounted panel fans in the outside walls are an option for providing ventilation air during warm weather. Heating is 52 辽宁工程技术大学毕业设计(论文) generally not a concern unless the steam generator is expected to be out of service during cold Weather. Local Control and Instrumentation Areas In addition to the drum and burners, the steam generator building may house local control areas for such functions as fuel supply, draft fans, or ash handling. Because areas around a steam generator may be hot and dirty, the location and selection of the control equipment should be coordinated between the electrical system engineer and the HVAC system engineer. The alternatives are (1) to locate the control equipment remotely from the steam generator, (2) to use electrical components that can withstand the environment, or (3) to provide a local environmentally controlled enclosure. The first alternative requires additional cable and raceway and perhaps additional signal boosters and conditioners. The second alternative requires increased cost for electrical equipment that can tolerate the extremely hot or dirty areas. When the electrical and control system design dictates that the equipment be located near the steam generator, a dedicated enclosure with a supporting environmental control system may be necessary. control an air-handling unit capable of providing adequate filtration, pressurization, and temperature control. The temperature control may be obtained with a chilled-water or direct-expansion coil with a remote condensing unit. An air-cooled condensing unit may be used if it is rated to match the surroundings. Coal- and Ash-Handling Areas Coal is typically stored on-site, either in piles or in storage structures. Material-handling equipment moves the coal to conveyors for transportation to preconditioning equipment (e.g., a crusher). The processed coal is conveyed to the steam generator building storage silos. Coal feed equipment regulates the supply of coal from the silos either to the burner or to final processing equipment such as pulverizing mills. The coal-handling areas in the steam generator building that require special ventilation system consideration are the conveyor, silo, feeder, mill, and ash-handling areas. The primary concerns are dust control, out gassing from the coal, freezing of the coal and personnel access areas, and fire protection. Dust can be a concern due to the potential for environmental emission and also as a personnel and/or explosive hazard. Dust may be controlled by water-based spray systems or by air induction pickups at the point of generation. Some types 53 邵茂见:热管、回转式空气预热器设计 of coal may outgas small quantities of methane, which could accumulate in the conveyor and storage structures. Natural or forced ventilation must remove heat from conveyor motors, other equipment, and envelope loads. Ventilation air can also remove out gassed fumes. Generally, the ventilation requirements are low, on the order of 2 to 5 air changes per hour. If air entrainment dust collection equipment is used, provisions for makeup should be included in the design. If natural openings are not sufficient for makeup air, supply ventilation fans may need to be electrically interlocked to operate with the dust suppression collection equipment. The makeup air may have to be heated if freeze protection is a design criterion. Unit heaters are generally used for spot heating. The unit heater should be specified to the hazard classification for the area it serves. Because coal dust can produce acids when wet, consideration should be give to specifying noncorrosive materials and coatings. Coal is generally fully contained by feeders and silos, so no special ventilation is needed. Occasionally, the coal systems include an inert gas purge system for fire prevention. Ventilation may be needed for life safety dilution ventilation of purge gases. Coal mills require large power motors for the grinding process. These motors may have their own ventilation system, or the motor heat may be rejected directly to the surrounding space. The challenge for the ventilation system is to provide enough ventilation to remove the heat without creating high air velocities that blow the accumulated dust around. Blowing dust can pose health risks to operators and create a dust ignition hazard. While dust ignition air-to-dust ratios are possible, this area is generally not classified as hazardous. The dust ignition risk is managed by housekeeping, maintenance of the seals on the mill equipment, and other dust-control measures. Forced supply ventilation is generally required for equipment cooling. Sidewall propeller fans work well if the mills are arranged near outside walls. Mills located in the interior of the building may require ducted supply air. Supply air velocities at the coal-handling equipment must be lower than the particulate entrainment velocity for the expected dust size. Ash is generated when coal or heavy fuel oil is burned. Fine ash particles carried by the flue gas from the top of the steam generator are called fly ash. Ash that accumulates as slag in the bottom of the steam generator is called bottom ash. Ash-handling equipment generally demands no special HVAC system consideration. Although fly ash is captured in the flue gas stream by a 54 辽宁工程技术大学毕业设计(论文) baghouse or electrostatic precipitator, uncaptured (fugitive) fly ash can create problems in equipment mechanisms due to its abrasiveness. If fugitive fly ash is expected to be in the air, HVAC equipment in the ash-handling areas should include filters to capture the ash before it enters building areas. One of the considerations in the HVAC system design for a steam generator building is the stack effect caused by the buoyancy of the heated air. A 90 m tall steam generator building with -18?C outdoor air temperature and 38?C indoor air temperature may have 125 Pa (gage) negative internal pressure at ground level. This high level of negative pressure would cause abnormally large forces on doors, creating a hazard for operators. Large-draft fans supply the combustion air for the steam generator. A positive pressure steam generator is supplied by forced-draft fans, and a negative pressure steam generator uses induced-draft fans. A balanced-draft steam generator, typical for a larger unit, uses both forced- and induced-draft fans. Because the air is heated to furnace temperatures in the combustion process, part of the fuel energy is used to heat the air. The forced-draft fans on a large steam generator can supply 50 m3/s or more to the combustion process. A significant amount of energy is needed to preheat the combustion air. Two prevailing methods of preheating combustion air are used. One method is to draw the air in from outdoors and heat it via steam or hot water coils using energy directly from the power cycle. Another method is to use the heat rejected from the steam generator surfaces to the building space to heat combustion air; this method provides energy savings over heating outdoor air. Temperatures in the higher levels of the generator building can be 38?C or higher. The heat recovery is accomplished by locating the intake to the draft fan high in the building. Although the potential for savings is large in a cold climate, the total effect on the building heating and ventilation systems should be evaluated. One effect is that drawing the air from the building makes the building pressure more negative; this increases infiltration and adds to the building heating system load, possibly offsetting the potential power cycle thermal efficiency advantage. The increase in negative pressure also contributes to the stack effect problems associated with negative pressure low in the building. The draft fan can also be used to supplement ventilation during warm outdoor conditions. TURBINE GENERATOR BUILDING As indicated in Figure 2, a turbine generator building usually includes a high-bay operating 55 邵茂见:热管、回转式空气预热器设计 level, a deaerator mezzanine, and a suboperating level. Typically, the steam and combustion turbines and electric generators are located along the centerline of the building between operating level and suboperating level and are the major heat sources in the building. Deaerators are another significant heat contributor; the deaerator mezzanine is commonly open to the turbine operating level. Other room heat sources are steam, steam condensate and hot water piping, heat exchangers, steam valve stations and traps, motors, electric transformers, and other electrical equipment. COAL CRUSHER AND COAL TRANSPORTATION SYSTEM BUILDINGS The coal-handling facilities at a power plant receive and prepare coal and then transport it from the initial delivery point to the burners. Intermediate steps in the process may include long- or shortterm storage, cleaning, and crushing. Receipt may include barge, railcar, or truck unloading. Storage may be in piles on the ground, underground, or in barns or silos. On-site, the coal is handled by mobile equipment or conveyor systems. Regardless of the specifics, the following general HVAC issues apply for the structures Involved. Most types of coal readily break down into dust particles when handled or conveyed. The dust can become fine enough and occur in the right particle size distribution and concentration to create a dust explosion. The design engineer should review and apply the referenced NFPA standards and guidelines to determine the dust ignition potential for each ventilation system application. Cooling or Ventilation of Electrical and Control Equipment Electrical and control equipment may be located near coal piles or other coal-handling facilities. Air-conditioned control rooms should be pressurized with filtered outdoor air. Ventilated motor control or switchgear areas should also be pressurized with filtered air. Due to the high dust concentrations in coal yards, ordinary filter media have a short life; a solution is the use of inertial filters. For air-conditioned areas, the inertial filters can be followed by higher efficiency media filters. For electrical equipment rooms adjacent to an area with the potential for a dust ignition explosion, NFPA Standard 496 should be followed. This standard recommends the flow of clean air away from the electrical equipment into the dusty area. Ventilation of Methane Fumes Methane and other hydrocarbons are present in the coal both as free gas in the cracks and 56 辽宁工程技术大学毕业设计(论文) voids and as adsorbents within the coal. Although most of the methane is released from the interstitial coal structure during the mining and handling process, some methane or other potentially flammable gases may remain in the coal. Thus, flammable concentrations of methane can accumulate when large amounts of coal are stored. The design engineer should identify the potential for methane accumulation when designing for structures associated with silos or coal storage buildings. At the mine or mine mouth, methane gas emission rates as high as 150 L/mg are possible. At locations removed from the mine mouth, the rate is usually less than 30 L/mg Dust collection air exhaust or natural ventilation is often sufficient to prevent the methane level from reaching the 1% explosion limit. The design engineer should apply guidelines from NFPA Standards 120, 123, 850, 8503, 8504, and 8505. 57