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新聞主題 |
柴油發電機組選型設計與通風量計算公式 |
摘要：供電電源是電氣系統中最為關鍵的一部分，電力網絡很難做到萬無一失，人們為了提高供電可靠性，通常需要根據負荷性質，選擇自備電源。自備電源根據使用目的不同，又分為應急電源（如蓄電池組）和備用電源（如柴油發電機組）。應急電源和備用電源都是獨立于主電源的，備用電源在遇到主電源時消失，在電源轉換時間上，要滿足用電負荷允許斷電時間要求，往往需要在較長時間內對電力負荷起供電保障作用。應急電源獨立于主電源和備用電源之外，保證電力負荷正常用電的設施，并且對電源轉換時間有嚴格的要求，持續供電時間往往要根據應急設備的需要確定。
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C90D5康明斯發電機組平面圖 |
C90D5康明斯發電機組側面圖 |
一、應急或備用電源
可作為應急電源或備用電源的電源見表1。
1、術語定義
（1）應急電源（安全設施電源）：用作應急供電系統組成部分的電源。
（2）應急供電系統（安全設施供電系統）：用來維持電氣設備和電氣裝置運行的供電系統，主要是為了人體和家畜的健康和安全，和/或為避免對環境或其他設備造成損失以符合國家規范要求。
（3）根據《供配電系統設計規范》3.0.3：
一級負荷中特別重要的負荷供電，除應由雙重電源供電外，尚應增設應急電源，并嚴禁將其他負荷接入應急供電系統。
規范中明確要求設置應急電源的條紋僅此一條，可認為，一級負荷中特別重要負荷所用的第三電源，即為應急電源。
2、應急電源的形式
根據《供配電系統設計規范》3.0.4；表1中可作為應急電源或備用電源的電源。
表1 可作為應急電源或備用電源的電源
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序號
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電 源
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1
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供電網絡中獨立于正常電源的專用饋電線路
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2
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獨立于正常電源的柴油發電機組
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3
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蓄電池組
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二、自備電源
應設置自備電源的用電單位見表2。符合下列條件之一時，用戶宜設置自備電源：
1、需要設置自備電源作為一級負荷中的特別重要負荷的應急電源或第二電源不能滿足一級負荷的條件時。
2、設置自備電源比從電力系統取得第二電源經濟合理時。
3、有常年穩定余熱、壓差、廢棄物可供發電，技術可靠、經濟合理時。
4、所在地區偏僻，遠離電力系統，設置自備電源經濟合理時。
5、有設置分布式電源的條件，能源利用效率高、經濟合理時。
另《民用建筑電氣設計標準》3.3.3條，當符合下列條件之一時，用電單位應設置自備電源如表2中說明。
表2 應設置自備電源的用電單位
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序號
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用電單位
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1
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一級負荷中含有特別重要負荷
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2
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設置自備電源比從電力系統取得第二電源更經濟合理，或第二電源不能滿足一級負荷要求的
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3
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當雙重電源中的一路為冷備用，且不能滿足消防電源允許中斷供電時間要求的
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4
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建筑高度超過50m的公共建筑外部只有一回電源不能滿足用電要求的
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三、柴發性能等級
柴油發電機的性能等級分類見表3。通常，柴油發電機組可分為4個等級，各個等級適用不同的負載。具體請參照表3中的規定。
表3 柴油發電機的性能等級分類
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類別
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負載要求
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G1
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連接的負載只規定基本的電壓和頻率參數，適用于照明和簡單的電氣負載
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G2
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電壓特性與電網類似，當負載發生變化時允許暫時的然而是允許的電壓和頻率的偏差，適用于照明、水泵、風機等
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G3
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連接的設備對發電機組的電壓、頻率和波形有嚴格要求，適用于電信負載和晶閘管控制的設備
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G4
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連接的設備對發電機組的電壓、頻率和波形有特別嚴格的要求，適用于數據處理設備和計算機系統
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四、柴發功率種類
柴油發電機組功率種類見表4。根據國家有關規范和標準的規定，柴油發電機組的功率主要有四種類型：持續功率、基本功率、限電功率和應急備用功率。連續電源和基本電源每年的運行時間都不受限制，前者常用于負荷穩定、需要連續供電的場所，后者常用于負荷變化、需要連續供電的場所。限時工作功率和應急備用工作功率的年工作時間都有限制，前者不超過500h，后者不超過200h。定時工作電源通常用于負荷穩定但不需要長時間連續供電的場所，應急備用電源一般用于市電供電較為可靠的場合，提供短時供電和緊急供電。
表4 柴油發電機組功率種類
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類別
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解 釋
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持續功率
(COP)
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在商定的運行條件下，按照制造商的規定進行維護保養，發電機組以恒定負荷持續運行且每年運行時數不受限制的最大功率
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基本功率
(PRP)
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在商定的運行條件下，按照制造商的規定進行維護保養，發電機組以可變負荷持續運行且每年運行時數不受限制的最大功率。24h運行周期內運行的平均功率輸出(Ppp)應不超過PRP的70％，除非與RIC發動機制造商另有商定。在要求允許的平均功率輸出Ppp較規定值高的應用場合，應使用持續功率COP
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限時運行功
率（LTP）
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在商定的運行條件下，按照制造商的規定進行維護保養，發電機組每年運行時間可達500h的最大功率。按100％限時運行功率，每年運行的最長時間為500h
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應急備用功
率（ESP）
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在商定的運行條件下，按照制造商的規定進行維護保養，在市電中斷或在實驗條件下，發電機組以可變負荷運行且每年運行時間可達200h的最大功率。24h運行周期內允許的平均功率輸出應該不超過70％ESP，除非與制造商另有商定
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五、設備及機房通風量計算公式
1、柴油機燃燒空氣量
Lr=60×n×i×t×k1×Vn
n——柴油機轉速；
I——柴油機汽缸數
t——柴油機沖程系數（四沖程柴油機的t值取為0.5）
K1——柴油機結構特點的空氣流量系數；四沖程非增壓柴油機k1=ηv；四沖程非增壓柴油機k2=（1.1～1.2）ηv；
ηv——汽缸吸氣效率；四沖程非增壓柴油機，ηv=0.75～0.90（一般0.85）；四沖程增壓柴油機：η≈1.1；
Vn——柴油機每只汽缸的工作容積（m3）。
注：燃燒空氣量亦可從康明斯發電機組樣本資料上查詢。
2、柴油機排煙量計算
Lpy=0.785d2S（2n/Z）i
d——汽缸直徑，可從康明斯柴油機樣本查詢獲得相關數據；
S——活塞行程，可從康明斯柴油機樣本查詢獲得相關數據；
n——轉數，可從康明斯柴油機樣本查詢獲得相關數據；
Z——沖程數，可從康明斯柴油機樣本查詢獲得相關數據；
i——汽缸數，可從康明斯柴油機樣本查詢獲得相關數據。
3、水冷機型進風量計算
排除有害氣體低于允許濃度確定進風量：
Lj=Ne×q=10200 m3/h
Lj——水冷時排除有害氣體的進風量（m3/h）；
Ne——柴油機的額定功率（km）；
q——排除有害氣體的進風標準（m3/kw.h）。
注：對于排煙方式和增壓型柴油機的進風標準：
（1）排煙管架空：13.6～20.4（m3/kw.h）；
（2）排煙管沿地溝敷設：27.2~34（m3/kw.h）；
（3）增壓柴油及按增壓計算：實際設計可取經驗數據q≥20（m3/kw.h）:
表1 柴油發電機房內有害氣體允許濃度
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有害氣體名稱
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最大允許濃度（mg/m3）
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CO
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30
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丙烯醛（敗酯醛）
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0.3
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表2 附屬房間的換氣量
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附屬房間名稱
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換氣次數
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水庫（按貯滿水后空間計算）
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1～2
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貯油庫
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5～6
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4、風冷機型余熱量計算
（1）柴油機散熱量
Q1=0.278×Ne×B×q×η1
Ne——柴油機的發電額定功率，kW；
B——柴油機的耗油率，kg/kWh，0.2～0.24，建議取0.23；
q——柴油機燃料熱值，可取41.87MJ/kg；
η1——柴油機工作時散向周圍空氣的熱量系數，%。
表3 柴油機工作時的散熱量系數η1值
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Ne
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η1（%）
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額定功率（kW）
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額定馬力（HP）
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＜37
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＜50
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6
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37～74
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50～100
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5～5.5
|
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74～220
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100～300
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4～4.5
|
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>220
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>300
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3.5～4
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（2）發電機的散熱量
Q2=P×（1/η2-1）
P——發電機的額定輸出功率；
η2——發電機的效率，通常為80%～94%。
（3）排煙管散熱量
Q3=[π（ty-tn）]/[（1/2λ）Ln（D/d）+（1/Dα）]
D——排煙管保溫外徑，m；
d——排煙管道外徑，m；
λ——保溫材料的導熱系數，W/（m.℃），礦渣棉制品保溫一般為0.053W/（m.℃）；
α——保溫管道外表面材料向四周空氣的放熱系數，W/m2.℃，一般取11.63W/m2.℃；
ty——排煙管外壁面溫度，℃，一般取300～400℃；煙氣溫度一般為540；
tn——發電機房內的空氣溫度，℃，一般取35～40℃；
Ln——保溫排煙管在機房內架空敷設的長度，m。
表4 排煙管保溫層厚度與導熱率
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排煙管直徑
mm
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保溫材料
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保溫層厚度mm
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保溫層熱導率/(W/m.℃）
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||
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ty=500℃
tn=35℃
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ty=400℃
tn=35℃
|
ty=300℃
tn=35℃
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|||
|
50～800
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玻璃纖維制品
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50～90
|
0.065
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0.058
|
0.05
|
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50～800
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蛭石制品
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70～125
|
0.1448
|
0.1097
|
0.1035
|
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50～800
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硅藻土制品
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75～130
|
0.1622
|
0.1477
|
0.1279
|
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50～800
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礦渣棉制品
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55～90
|
0.0698
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0.0576
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0.0523
|
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50～800
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石棉灰
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100～170
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0.1814
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0.1721
|
0.1628
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（4）柴油機廢熱水熱量
Qf=1.5×10-4εNeKBqB
e——柴油機冷卻水含熱量占燃燒發熱量的百分比，柴油機滿負荷時，e=25%～30%，一般取30%；
Kb——考慮散熱損失的安全系數，一般取0.85。
（5）柴油機冷卻排熱量
Q4=0.278ηNeKBqB
η——柴油機汽缸冷卻水帶走的熱量占燃料發熱量的比例，一般取30%。
（6）風冷機型余熱量總和
Q=（Q1+Q2）β+Q3+Q4
β——修正系數。
若將柴油機冷卻排熱量通過專用風管直接排到室外，則余熱量大大減少，其公式如下：
Q=（Q1+Q2）β+Q3
注：對Q1+Q2的修正
當柴油機工作地點的大氣壓不是標準大氣壓或相對濕度大、溫度高時，柴油機的輸出功率會發生變化，需修正原修正系數β。
5、風冷機型進風量計算
Lj=3600[Q/（tn-tw）Cpρ]
Lj——發電機房進風量；
Q——余熱量總和，由以上計算得；
tw——室外夏季通風計算溫度；
tn——室內保持溫度；
Cp——空氣的比定壓熱容；
ρ——空氣密度。
6、排煙管直徑
dpy=√[Lpy/（60×0.785×ν）]×[（273+t）/（273+20）]
dpy——排煙管直徑；
ν——煙氣流速，支管20~25m/s，干管8~15m/s；
t——煙氣溫度，支管400℃，干管200℃。
表5 推薦用排煙管道內徑尺寸（mm）
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排煙出口尺寸
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排煙管道長度（m）
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|||
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＜6
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6～12
|
12～18
|
18～24
|
|
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50
|
50
|
63
|
76
|
76
|
|
76
|
76
|
89
|
100
|
100
|
|
89
|
89
|
100
|
100
|
100
|
|
100
|
100
|
127
|
150
|
150
|
|
127
|
127
|
150
|
150
|
200
|
|
150
|
150
|
150
|
200
|
200
|
|
200
|
200
|
200
|
254
|
254
|
|
254
|
254
|
254
|
305
|
305
|
注：排煙系統的總阻力：非增壓柴油機應小于3kPa，增壓柴油機應小于1kPa。
7、保溫層外表面溫度校核
t2=（qe/π×D×α）+tn
t2——保溫層外表面溫度，此溫度須<60℃；
tn——柴油發電機房空氣溫度；
qe——柴油發電機排煙管單位散熱量；
D——保溫層外徑；
α——保溫管道外表面材料向四周空氣的放熱系數，一般取11.63W/m2.℃。
表6 排煙管保溫層厚度
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排煙管外徑mm
|
排煙管外表面溫度℃
|
||||||
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300
|
350
|
400
|
450
|
500
|
530
|
600
|
|
|
57～159
|
60
|
60
|
60
|
80
|
40/60
|
40/60
|
40/80
|
|
219～273
|
60
|
60
|
80
|
80
|
40/60
|
40/80
|
40/100
|
|
325～529
|
60
|
60
|
80
|
100
|
40/60
|
40/80
|
40/100
|
注：排煙管外表面溫度：≤450℃時，采用一層巖棉氈保溫；外表面溫度：＞450℃時，保溫層采用兩層。接觸管壁的一層為硅酸鋁纖維氈，外面為巖棉氈，硅酸鋁纖維氈厚度如表中分子所示，巖棉氈厚度如分母所示。
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