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| 机组余热供暖系统机电一体化设备 | |
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摘 要：主厂房采暖应尽量利用发电机组放热风采暖，传统的自然补冷风自然放热风方式，发电机放热风量仅占发电机循环风量的比例不足10％，使发电机余热利用受到很大的限制。本研究在传统的发电机放热风采暖的基础上，采用机械补风、自然放热风的发电机组余热智能供暖系统，将供热、发电机通风防火、智能化控制与管理进行有机的结合，通过机电一体化的设计，研制、开发出了RBZ－5系列水轮发电机组余热智能供暖系统，并在李家峡4＃水轮发电机组上得到了成功的应用，运行实测厂房冬季温度可达14℃以上，供热量增加了58．5％～64．8％，节能效果显著。该系统在我国华北、西北、东北地区具有良好的市场前景和推广应用价值。
关键词：水轮发电机组；余热智能供暖系统；机电一体化设备；机械补风
1 概 况
黄河李家峡水电站位于青海省尖扎县与化隆县交界的黄河干流上，共设计有5台水轮发电机组，单机容量400MW，总装机容量2 000MW，工程分两期建成，一期机组安装4台，1、2、3、4＃发电机组分别于1997年2月、1997年12月、1998年5月、1999年12月并网发电，目前运行状况良好；5＃机组二期安装。
李家峡水电站主厂房为双排机布置坝后封闭式厂房，主厂房尺寸为125．2m×51m×21．5m（长×宽×高），其中2、4＃水轮发电机组位于厂房内上游侧，1、3、5＃机组位于厂房内下游侧，是典型的高海拔寒冷地区高大建筑厂房，冬季采暖室外计算温度为－12℃，厂房设计供暖负荷为1 237kW，由发电机放热风、电热辐射板、设备散热联合负担。在发电运行初期及停机检修期间由电热辐射板供暖，可维持厂房室内最低值班温度≥5℃；在机组3台以上同时运行时，全部由机组放热风供暖，可满足发电机组正常运行时期厂房室内工作区冬季室内温度保持12℃以上的要求。
李家峡水电站1、2、3＃发电机组放热风采暖方式为传统的自然补冷风与自然放热风形式，经过两个冬季的运行效果测试，平均每台发电机自然补风供热量为286．3 kW；而4＃发电机组采用RBZ－5型机械强制补风的机组余热智能供暖系统，经2000年冬季现场运行实测，4＃发电机供热量为453．8～469．8 kW，该机组使厂房工作区冬季室内温度保持在10．9℃～14．3℃，供热量比1～3＃发电机采用的传统自然补风方式提高了58．5％～64．1％，节能效果非常显著。
2 余热智能供暖系统的研制机理
2．1 满足工程劳动安全与工业卫生的防护要求
根据国家计委计科技（1996）2625号文《国家计委关于李家峡400MW蒸发冷却水轮发电机项目可行性研究报告的批复》，李家峡4＃水轮发电机由全空冷改用定子绕组蒸发冷却（定子铁芯和转子仍保留空气冷却），冷却介质为氟利昂R－113。
4＃发电机冷却介质R－113注入量为1 500kg，每年泄漏量约20～30kg，介质工作压力约0．006～0．007MPa，其毒性等级为4级，发生危险危害的条件是制冷剂蒸汽的容积含量为4．8％～5．2％以上，另外R－113遇明火时会分解成有毒气体（光气）。电站的劳动安全与工业卫生采取的防护措施之一就是利用发电机补风机组的强制通风作用，增加发电机中间层风罩内的通风换气，以降低风罩内R-113气体的浓度，送少对运行、检修人员健康的影响。
2．2 增加发电机组放热风供热量并满足发电机通风防火的要求
最新版的《水力发电厂厂房采暖通风与空气调节设计规范》（报批稿）第6．1．6条指出：“主厂房采暖应尽量利用发电机组放热风采暖”。第9．1．3条规定：“主厂房采用发电机组放热风采暖时，发电机组热风口和补风口应设防火阀，发电机组或厂内火灾时防火阀迅速关闭”。为了配合新规范的推广应用，从防火和供热对发电机放热风采暖新设备的工艺要求出发，很有必要研制开发出机电一体化的余热智能供暖系统。
传统设计发电机组放热风采暖是指用发电机组空气冷却器中的循环风（即热风，温度约35℃～45℃）作为带热体，借助空气冷却器出口和发电机混凝土风罩或下部机组补风口之间的空气自然压差，机组热风直接送入主厂房工作区，并与室内空气混合，以提高室内空气温度，达到供暖的目的。其供热量按下式计算：
qv＝1．01Vfρny△t（kW）
式中：Vf为发电机组循环风量（m3／s）；ρ为热风密度（kg／m3）；n为发电机组运行台数；y为发电机组放热风量与发电机组循环风量的比值（％）；△t为发电机放热风温度与补风口进风温度之差（℃）；1．01为热风定压比热（kj／kg℃）。
由上式可知，在发电机台数及性能确定后，影响放热量的主要因素是y值。根据对目前运行的龙羊峡、刘家峡、青铜峡、八盘峡、大峡、盐锅峡及李家峡等水电站的调研分析，由于自然补风、自然放热风空气压差有限，随着补风口过滤器积尘量的增加，补风量减少较多，相应的放热风量也减少较多，一般实际放出的热风量不到发电机组循环风量的3％～5％，供热效率大大下降。因此，为了提高供热效率，从满足工业卫生、防火防噪、增加供热量综合考虑，务必采用强制机械补风或机械放热风装置，才能保证供暖的可靠性。
3 余热智能供暖系统的基本形式
3．1 机械强制补风、自然放热风的余热智能供暖系统
根据供暖负荷确定所需的发电机放热风量及补风机数量，在补风口设轴流或混流式通风机，并与滤尘、消声、防火、自控装置结合，对发电机风罩内进行增压补风，热风由发电机空气冷却器前排至风罩外，在热风口处设消声、防火、自控装置排至主厂房供暖。该系统型式适用于主厂房内就地循环的补风和放热风近距离供暖。补风口与放热风口均布置在主厂房内。
3．2 自然补风、机械强制放热风的余热智能供暖系统
在补风口设防火、滤尘、消声、自控装置自然向发电机风罩内补风，依靠设在风罩外热风口处的通风机（与防火消声阀组合）的抽风作用，将热风输送到需要供暖的部位。该系统可远距离供暖，使发电机组的余热可输送到主厂房以外的部位进行供暖。
3．3 机械强制补风、机械强制放热风的余热智能供暖系统
在补风口设防火、滤尘、消声、增压风机及变风量等自控装置，在热风口也设防火、消声、增压风机及变风量等自控装置，从主厂房以外取风源补风和远距离送热风供暖，补风机、热风机均按供暖部位室内温度进行变风量供暖运行。
4 RBZ系列余热智能供暖系统机电一体化设备开发及工程应用
4．1 系统构成
RBZ系列发电机组余热智能供暖系统是由西安联能自动化工程有限责任公司为适应水电暖通设备的市场需求，结合李家峡4＃机科研，开发研制的水轮发电机组专用新型余热利用设备，由一台主机、一台附机及一台变风量控制器组成，若干台补风（或热风）机组可由一台异地集中控制柜在中央控制室进行控制。为了检修及控制运行方便，每台补风机组（或热风机组）还设置了现地操作站，以发电机组段为单位，设现地控制柜，并与中央控制室相连。系统构成见图1。 （图片） （图片） （图片） | |
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