春場壩抽水蓄能電站通風(fēng)空調(diào)及排煙設(shè)計(jì)

王 靜 泓, 喬 琪

(中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)研究院,四川 成都 610072)

0 引 言

春廠壩抽水蓄能電站位于小金川河支流沃日河干流下游,距吉斯溝匯口下游約1.58 km,廠房位于小金川河干流小金縣上游約1.93 km,當(dāng)裝機(jī)容量為5 MW時(shí),汛期電量約為735萬kW·h,平枯期發(fā)電量為530萬kW·h。廠房包括位于2 294.90 m高程地面的安裝層以及位于2 253.63 m高程的豎井井底的主機(jī)層,井深達(dá)41.00 m。

1 設(shè)計(jì)參數(shù)

1.1 室外氣象參數(shù)

小金川流域位于青藏高原以東的高山峽谷區(qū)域,具有典型的高原型季風(fēng)氣候特征。冬季時(shí)間較長、氣溫較低、降水量少、氣候寒冷且干燥,夏季則時(shí)間短,雨天多,氣候相對(duì)涼爽。此外,該流域的日照時(shí)間長,晝夜溫差較大,有風(fēng)速大、黃沙大等特點(diǎn)。

據(jù)該流域內(nèi)小金縣氣象站1961—1990年氣象統(tǒng)計(jì):多年平均氣溫11.9 ℃,極端最高氣溫35.9 ℃,極端最低溫度-11.7 ℃,多年平均相對(duì)濕度51%。

根據(jù)《水力發(fā)電廠供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》NB/T 35040-2014[1]中的有關(guān)室外空氣計(jì)算參數(shù)統(tǒng)計(jì)方法的規(guī)定,以蓋玉氣象站的氣象統(tǒng)計(jì)資料進(jìn)行修正[2],確定該電站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算的室外空氣參數(shù),室外空氣設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

表1 室外空氣設(shè)計(jì)參數(shù)

1.2 室內(nèi)空氣設(shè)計(jì)參數(shù)

室內(nèi)空氣設(shè)計(jì)參數(shù)按《水力發(fā)電廠供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》NB/T 35040-2014的取值范圍選用,同時(shí)參考并且對(duì)照國、內(nèi)外已建造完成的水電站中、大型地面廠房與地下廠房的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)際運(yùn)行情況,并結(jié)合該電站的運(yùn)行環(huán)境條件及實(shí)際運(yùn)行的要求,最終確定該電站的廠房各層對(duì)應(yīng)采用的空氣設(shè)計(jì)參數(shù)列,廠房各部位室內(nèi)溫、濕度設(shè)計(jì)參數(shù)見表2。

表2 廠房各部位室內(nèi)溫、濕度設(shè)計(jì)參數(shù)[2]

2 通風(fēng)空調(diào)設(shè)計(jì)方案

2.1 主機(jī)層主要設(shè)備發(fā)熱量計(jì)算

(1)蓋板的發(fā)熱量

Q1=n×F×K(tr-tn) kcal/h

(1)

式中n為發(fā)電機(jī)機(jī)組臺(tái)數(shù)(臺(tái)),n=1;F為發(fā)電機(jī)蓋板的傳熱面,m2,F=22.4;K為發(fā)電機(jī)蓋板的傳熱系數(shù),一般取:k=5.5(kcal/m2·h·℃);tr為發(fā)電機(jī)蓋板內(nèi)的平均溫度,℃,一般取:tr=40～42 ℃;tn為主機(jī)層的設(shè)計(jì)溫度,℃,tn=30 ℃。

Q1=1×22.4×5.5×(41-30)=0.135 4×104kcal/h

(2)發(fā)電機(jī)漏風(fēng)發(fā)熱量

Q2=βL×VL×C×R×(tL-tN)×nkcal/h

(2)

式中βL為漏風(fēng)系數(shù),鋼蓋扳:βL=0.3%;VL為發(fā)電機(jī)冷卻循環(huán)風(fēng)量(m3/h)。

VL=860×[N×(1-η)]/(0.24×Δt×r×η)]m3/h;C為空氣比熱(kcal/kg·℃),取C=0.24 kcal/kg·℃;

式中r為空氣容重(kg/m3),r=1.2 kg/m3;N為發(fā)電機(jī)額定功率,kW,N=500 kW;tN為主機(jī)層的設(shè)計(jì)溫度,℃,tN=30 ℃;tL為發(fā)電機(jī)漏風(fēng)溫度,℃,取tL=35～40 ℃;n為發(fā)電機(jī)機(jī)組臺(tái)數(shù)(臺(tái)),n=1;η為發(fā)電機(jī)效率,%,η=98.4%;Δt為發(fā)電機(jī)冷卻器前后的空氣溫差,一般取:Δt=20～25 ℃;tL為發(fā)電機(jī)漏風(fēng)溫度℃,一般取:tL=37 ℃。

VL=860×[500×(10.984)]/[(0.24×23×1.2×0.98)]=0.106×104m3/h

Q2=0.3%×0.106×104×0.24×1.2×(40-34)×3=0.001 64×104kcal/h

(3)機(jī)旁保護(hù)控制屏發(fā)熱量

Q3=860×EZ×YZ×PZ×nkcal/h

(3)

式中EZ為利用系數(shù),EZ=0.4;YZ為實(shí)用系數(shù),YZ=0.5;PZ為室內(nèi)低壓配電盤功率損耗,PZ=2.2;n為控制屏臺(tái)數(shù),n=4臺(tái)。

Q3=860×0.4×0.5×1.1×4=0.151 4×104kcal/h

(4)高低壓電纜發(fā)熱量

Q4=0.86×nd×YL×PL×Ldkcal/h

(4)

式中nd為電纜束中的電纜根數(shù)(單根),nd=6;YL為電纜束的散熱系數(shù),YL=0.8～0.9;PL為氣溫為32 ℃時(shí)電纜功率損耗(W/m),PL=33.2 W/m;Ld為電纜束的長度(m),Ld=75 m;

Q4=0.86×6×0.8×33.2×75=1.028×104kcal/h

(5)球閥油壓裝置的發(fā)熱量

Q5=860×n×X×e×(1-η)/η×Pkcal/h

(5)

式中n為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行臺(tái)數(shù),n=2臺(tái);X為實(shí)耗系數(shù),一般X=0.7～0.9;e為利用系數(shù),e=0.4;η為電動(dòng)機(jī)效率,η=87%;P為電動(dòng)機(jī)額定功率,P=6.2 kW;

Q5=860×2×0.8×0.4×(1-0.87) /0.87×6.2=0.051×104kcal/h

(6)檢修排水泵的發(fā)熱量

Q6=860×n×X×e×(1-η)/η×Pkcal/h

(6)

式中n為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行臺(tái)數(shù),n=2臺(tái);X為實(shí)耗系數(shù),一般X=1;e為利用系數(shù),e=0.9;η為電動(dòng)機(jī)效率,η=92%;P為電動(dòng)機(jī)額定功率,P=15 kW。

Q6=860×2×1×0.9×(1-0.92)/0.92×15=0.201 8×104kcal/h

(7)高低壓電纜發(fā)熱量

Q7=0.86×nd×YL×PL×Ldkcal/h

(7)

式中nd為電纜束中的電纜根數(shù)(單根),nd=1;YL為電纜束的散熱系數(shù),YL=0.8～0.9;PL為氣溫為32 ℃時(shí)電纜功率損耗(W/m),PL=22.6 W/m;Ld為電纜束的長度,m,Ld=75 m;

Q7=0.86×1×0.9×22.6×75=0.131 2×104kcal/h

(8)主機(jī)層的總發(fā)熱量:

Q=1.700×104kcal/h

2.2 排除主機(jī)層余熱所需通風(fēng)量計(jì)算

G=q/[c×r(tp-tj)] m3/h

(8)

式中q為廠內(nèi)發(fā)熱量(kcal/h);c為空氣比熱(kcal/kg·℃),一般取:c=0.24 kcal/kg·℃;tp為排風(fēng)溫度(℃),tp=26 ℃;r=0.870 kg/m3;tj為送風(fēng)溫度(℃),tj=20.7 ℃。

G=1.700×104/[0.24×0.870×(26-20.7)]=1.881×104m3/h

2.3 通風(fēng)系統(tǒng)選型

主機(jī)層位于2 253.63 m高程,采用2臺(tái)斜流風(fēng)機(jī)經(jīng)預(yù)埋風(fēng)管送至豎井井底的工作面,采用機(jī)械送風(fēng)方式通過風(fēng)機(jī)和風(fēng)管送風(fēng)至井底主機(jī)層工作面,排風(fēng)通過井內(nèi)、外的壓力差排出井外。斜流風(fēng)機(jī)布置于2 294.90 m高程地面安裝層,主機(jī)層總送風(fēng)風(fēng)量為20 000 m3/h。

廠房總通風(fēng)量為27 200 m3/h(S-1送風(fēng)系統(tǒng)+S-2送風(fēng)系統(tǒng)+室外自然進(jìn)風(fēng)7 200 m3/h)。

地面安裝層外墻設(shè)置4臺(tái)軸流風(fēng)機(jī)排風(fēng)(P-1排風(fēng)系統(tǒng)),總排風(fēng)量27 200 m3/h,安裝層進(jìn)風(fēng)由室外空氣經(jīng)地面門窗自然進(jìn)入[3]。通風(fēng)排煙系統(tǒng)圖見圖1。

圖1 通風(fēng)排煙系統(tǒng)圖

2.4 采暖系統(tǒng)

機(jī)電設(shè)備運(yùn)行時(shí)的散熱量是水電站地面式廠房在冬季時(shí)冷負(fù)荷的主要來源,廠房冬季采暖方案為:采用減少廠房通風(fēng)量并利用機(jī)組發(fā)電時(shí)機(jī)電設(shè)備發(fā)熱進(jìn)行自采暖,不額外設(shè)置采暖設(shè)備對(duì)地面廠房及地下豎井進(jìn)行供暖,從而達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

2.5 空調(diào)系統(tǒng)

位于地面以下豎井內(nèi)壁圍護(hù)結(jié)構(gòu)的表面散濕量以及機(jī)電設(shè)備表面形成的凝結(jié)水是廠房內(nèi)主要的散濕量,影響設(shè)備表面產(chǎn)生凝結(jié)水的因素有很多,主要有電站廠房所處的地質(zhì)條件與季節(jié)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)的形式、設(shè)備的構(gòu)成材料與厚度等[4]。根據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)及春場壩抽蓄電站的廠房結(jié)構(gòu)特點(diǎn),地面安裝層的各區(qū)域不考慮散濕量,濕度過大會(huì)影響機(jī)電設(shè)備的正常運(yùn)行。

2.5.1 空氣除濕處理過程計(jì)算

除濕機(jī)設(shè)計(jì)選型按名義除濕量10 kg/h來計(jì)算。除濕機(jī)的送風(fēng)風(fēng)量按照3 000 m3/h來取值,除濕機(jī)壓縮機(jī)一般采用5HP渦旋式,蒸發(fā)溫度8 ℃、冷凝溫度40 ℃設(shè)計(jì),制冷量為17.2 kW。整個(gè)除濕過程以焓濕圖為基礎(chǔ),除濕機(jī)空氣處理過程圖見圖2。進(jìn)風(fēng)時(shí)的空氣參數(shù)(狀態(tài)點(diǎn)1)名義工況,根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,干球溫度為27.6 ℃,濕球溫度為21.8 ℃,露點(diǎn)溫度為18.9 ℃,相對(duì)濕度為62%,焓值為62.434 kJ/kg干空氣,絕對(duì)含濕量為13.857 6 g/kg干空氣;經(jīng)蒸發(fā)器冷卻處理后的空氣處于機(jī)械露點(diǎn)狀態(tài)點(diǎn)2[5],此點(diǎn)的焓值為:

圖2 除濕機(jī)空氣處理過程圖

h2=h1-Q0/(ρV)= 62.434-17.3×3 600/(1.2×2 800)=43.898 kJ/kg干空氣

狀態(tài)點(diǎn)1經(jīng)過蒸發(fā)器冷卻處理后到狀態(tài)點(diǎn)2所析出的凝結(jié)水的量則是除濕機(jī)的除濕量[6]:

D=ρV(d1-d2)=1.2×2 800×(13.857 6-10.426 7)= 9 796 g/h,即9.796 kg/h。

豎井井底主機(jī)層設(shè)置2臺(tái)除濕量為10 kg/h的升溫型除濕機(jī)對(duì)工作面的設(shè)備運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行除濕,除濕機(jī)內(nèi)置的風(fēng)扇將潮濕需處理的空氣從機(jī)器下部回風(fēng)口吸入機(jī)內(nèi),經(jīng)過熱交換器的處理,潮濕空氣中的水分子便冷凝成水珠,經(jīng)過處理過程后的干燥空氣通過機(jī)器上部的送風(fēng)口送至室內(nèi),經(jīng)過這些循環(huán)過程使室內(nèi)的濕度能夠保持在適宜的相對(duì)濕度范圍內(nèi)[7]。

3 排煙設(shè)計(jì)方案

根據(jù)規(guī)范《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》GB 51251 (2018版),需對(duì)廠房采取排煙措施。主機(jī)層設(shè)置機(jī)械排煙系統(tǒng),平時(shí)送風(fēng)用的1臺(tái)混流風(fēng)機(jī)(S-1送風(fēng)系統(tǒng))兼作事故補(bǔ)風(fēng)機(jī),排煙風(fēng)機(jī)(Y-1排煙系統(tǒng))和補(bǔ)風(fēng)機(jī)均設(shè)置于安裝層外2 294.90 m高程風(fēng)機(jī)室內(nèi),火災(zāi)時(shí)排煙風(fēng)機(jī)和補(bǔ)風(fēng)機(jī)同時(shí)運(yùn)行。排煙系統(tǒng)排煙量為18 000 m3/h,補(bǔ)風(fēng)量為10 000 m3/h。

事故排煙系統(tǒng)的消防控制邏輯和控制要求為:

(1)火災(zāi)確認(rèn)后,需要在15 s內(nèi)由火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)且開啟排煙風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)管道式排煙閥、排煙風(fēng)機(jī)及補(bǔ)風(fēng)機(jī)(補(bǔ)風(fēng)機(jī)、排煙風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)管280 ℃排煙防火閥和補(bǔ)風(fēng)機(jī)出風(fēng)管70 ℃防火閥始終保持常開)。并且應(yīng)該在30 s內(nèi)由火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)控制下自動(dòng)關(guān)閉與常規(guī)通風(fēng)系統(tǒng)有關(guān)的4臺(tái)軸流風(fēng)機(jī)(P-1排風(fēng)系統(tǒng));

(2)補(bǔ)風(fēng)機(jī)出風(fēng)管70 ℃防火閥在管內(nèi)空氣達(dá)到70 ℃時(shí)自動(dòng)熔斷,并且立即反饋關(guān)閉信號(hào)給消防控制中心,關(guān)閉補(bǔ)風(fēng)機(jī),停止風(fēng)機(jī)補(bǔ)風(fēng);

(3)排煙風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)管280 ℃防火閥在管內(nèi)煙氣達(dá)到280 ℃時(shí)自動(dòng)熔斷,并反饋關(guān)閉信號(hào)給消防控制中心,關(guān)閉排煙風(fēng)機(jī);

(4)常閉管道式排煙閥可手動(dòng)開啟,無論手動(dòng)開啟還是消防控制中心自動(dòng)開啟,其開啟信號(hào)均應(yīng)與排煙風(fēng)機(jī)聯(lián)動(dòng);

(5)排煙用補(bǔ)風(fēng)機(jī)與排煙風(fēng)機(jī)需要在方便人工操作的地方設(shè)置一套緊急啟動(dòng)按鈕,并且按鈕需要具有明顯的指示標(biāo)志與防止非火災(zāi)時(shí)誤操作的保護(hù)裝置。

4 結(jié) 語

抽水蓄能機(jī)組統(tǒng)一進(jìn)行打捆國際招標(biāo)是中國在政策上支持民族工業(yè)的發(fā)展、促進(jìn)中國抽水蓄能電站機(jī)組的相關(guān)設(shè)備國產(chǎn)化的一項(xiàng)重要措施[8]。針對(duì)不同的廠房的特點(diǎn)選取相應(yīng)的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì),使廠房內(nèi)的各項(xiàng)設(shè)備滿足安全運(yùn)行的環(huán)境要求,控制溫度、濕度達(dá)到對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn),保證各類機(jī)電設(shè)備的穩(wěn)定通暢運(yùn)行。