新聞主題	柴油發(fā)電機排煙系統的設計要求和安裝規范

 

摘要：柴油發(fā)電機組燃燒時(shí)除了會(huì )產(chǎn)生大量熱氣外，還會(huì )產(chǎn)生大量燃燒廢氣，機組的排煙系統也就是將柴油機氣缸燃燒后產(chǎn)生的廢氣排至室外。煙管是柴油發(fā)電機排氣系統中的重要組成部分，但它的安裝過(guò)程卻往往被人忽視。錯誤的安裝會(huì )造成支架的變形，柴油發(fā)電機效率下降、引發(fā)安全事故等不良后果。因此，該部分的設計中，康明斯公司在本文中主要對柴油發(fā)電機組排煙管的敷設要求，排煙管的防噪及保溫作出了說(shuō)明，同時(shí)對排煙管保溫層的厚度以列表的形式進(jìn)行了說(shuō)明，應特別注意，排煙管的保溫厚度與排煙管外徑及排煙管外表面溫度有關(guān)。

 

一、排煙系統的技術(shù)要求

 

1、基本要求

      柴油發(fā)電機組的排煙系統由消聲器、膨脹波紋管、吊桿、管道、管夾、聯(lián)接法蘭、抗熱接頭等部件組成。

（1） 法蘭及波紋管

      在排煙系統中的連接須使用帶抗熱接頭尺的聯(lián)接法蘭。在消聲器后須連接碳鋼或不銹鋼波紋管，波紋管將煙氣垂直向上排至室外。排煙管須由符合國標的黑色鋼管、碳管或不銹鋼管制作，或符合國家規范要求并由專(zhuān)業(yè)廠(chǎng)家生產(chǎn)的不銹鋼焊接煙管。

（2）彎頭及保溫層

      排煙管之彎頭具有須等于3倍管徑的最小彎曲半徑，以滿(mǎn)足柴油發(fā)電機組的背壓要求為準。自排氣口至排氣管末端的整個(gè)系統，除不銹鋼的膨脹波紋管外，均須涂以抗熱油漆。整個(gè)排煙系統須于鍍鋅金屬網(wǎng)上，以符合國家標準的非燃性絕緣材料的保溫層，金屬網(wǎng)孔徑及保溫層厚度亦需滿(mǎn)足國家標準要求，排煙管加保溫層后外表溫度應不大于70℃。全部排煙管道和消聲器的表面須裹以厚度不小于0.8mm的鋁金屬或不銹鋼包層。

（3）減震吊架

      整個(gè)系統須由吊桿懸掛，懸掛吊桿的設計須經(jīng)批準。

① 側向吊架：

       如圖1所示，用以抵御側向水平地震力作用。

② 縱向吊架：

      如圖2所示，用以抵御縱向水平地震力作用。

（4）尾氣處理裝置

      排氣出口處所排出的廢氣煙色最高容許度不應高于林格曼黑度一度（RingeImannShade NO.1）、煙塵排放濃度不得高于80mg/m³，并須符合當地環(huán)保部門(mén)的規定。柴油發(fā)電機排放的二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、烴等污染氣體需滿(mǎn)足GB 20426一2006的要求，達到歐II以上排放標準。

 

圖1  柴油機排煙管側向支吊架示意圖

圖2  柴油機排煙管縱向支吊架示意圖

 

2、阻力計算方法

（1）絕大部分柴油發(fā)電機的允許背壓為6.5kPa左右，因此煙管的布置以及管道長(cháng)度、管徑的大小必須以煙氣的流動(dòng)阻力不大于柴油發(fā)電機的允許背壓為原則。過(guò)高的排煙阻力會(huì )造成柴油發(fā)電機的性能下降，油耗增大，出口煙氣溫度升高，機組運行無(wú)法達到標定的額定功率。煙管的煙氣的阻力可以由下面的經(jīng)驗公式計算：

P=P1+P2+P3+P4

式中，P——煙氣流動(dòng)總阻力kPa；

P₁——消聲器阻力（查產(chǎn)品樣本）kPa；

P₂——消煙凈化器阻力kPa；

P₃——煙囪出口阻力kpa；

P₄——煙管沿程阻力以及局部阻力kPa。

（2）消聲器屬于柴油發(fā)電機的配件，它的阻力P，可以通過(guò)產(chǎn)品樣本查得，一般阻力值介于1.1~1.4 kPa之間。

（3）消煙凈化器有水噴淋型和催化型兩種。

 

① 水噴淋尾氣凈化系統

      柴油發(fā)電機組主要用于機房的供電，而柴油發(fā)電機組其工作時(shí)會(huì )產(chǎn)生大量廢氣，廢氣的有毒物質(zhì)較多，如果廢氣不經(jīng)處理直接排放到大氣中，會(huì )對大氣造成較大的污染，且人體在吸入廢氣后，也會(huì )對身體造成較大的傷害。水噴淋型的凈化器使用最為廣泛，降溫和去除煙色效果很好。按經(jīng)驗估算它的阻力大概介于1.2～1.5kPa之間（結構如圖3所示）。

② SCR催化系統

      柴油發(fā)電機組尾氣凈化系統清除尾氣中的一氧化碳、碳氫化合物，柴油發(fā)電機組尾氣過(guò)濾器監控控制系統用于實(shí)時(shí)采集系統的溫度和背壓信息，結構如圖4所示。通過(guò)電控單元發(fā)出相應的脈寬調制信號給定量噴射閥，噴射閥根據信號對尿素進(jìn)行計量，從而保證精確的尿素噴射到排氣管；通過(guò)對系統煙氣量和SCR反應器入、出口NOX和溫度的分析確定供應尿素量的多少，在背壓過(guò)高的情況下控制相應的旁通閥打開(kāi)，使凈化器穩定安全的運行，提高尾氣凈化率。

      催化型的消煙器價(jià)格高昂，國內工程基本使用較少， 基于環(huán)保的要求，在歐美國家柴油發(fā)電機的制造有更嚴格的標準，設備出口的煙氣已達歐III標準以上，因此無(wú)需額外處理；由于國內相關(guān)法律、法規的缺位，發(fā)達國家出口到中國的產(chǎn)品并未執行相同的標準，因此煙氣凈化是必須的。

（4）煙囪出口阻力一般按經(jīng)驗估算，阻力值約為0.5kPa。

（5）由以上的經(jīng)驗公式可以看出，P₁~P₃的值基本保持穩定，約占柴油發(fā)電機允許背壓的50%左右，因此減小P₄的阻力成為施工階段柴油發(fā)電機房工程承包商減小煙道阻力的主要手段。合理布置煙管走向，盡量縮短煙管長(cháng)度，可以減小煙管沿程阻力；同時(shí)通過(guò)繪制綜合管線(xiàn)圖，避免管道交叉，減少彎頭數量，可以減少煙氣的局部阻力。這樣不僅可以使P₄的阻力下降，還可以節約施工成本，對于總價(jià)包干的項目尤為重要。

 

圖3  柴油發(fā)電機組尾氣凈化系統

圖4  柴油發(fā)電機尿素催化系統結構示意圖

 

二、排煙系統施工方案

 

1、消除管道膨脹

（1）正確選擇金屬波紋管

      柴油發(fā)電機在額定工況下工作時(shí)的排煙溫度一般在550℃左右，與煙管在安裝時(shí)30℃的室內溫度相比，溫升高達520℃左右。查閱相關(guān)的資料可知，金屬管道的熱膨脹系數為1.13mm/（m×100℃），這就意味著(zhù)即使是30m長(cháng)的金屬煙管在使用時(shí)的膨脹量也有176mm之多。如果不設置波紋管，煙管膨脹給設備、支架、建筑結構帶來(lái)破壞可想而知。因此必須根據煙管的長(cháng)度、理論溫升、金屬管道的熱膨脹系數等參數計算出煙管的軸向膨脹量，合理選擇管道金屬波紋管，使之足以抵消因溫升引起的管道膨脹，保證系統的正常運行。

（2）金屬波紋管及各類(lèi)支架的布置

      柴油發(fā)電機煙管大致包括金屬波紋管、消聲器、固定支架、導向支架、滑動(dòng)支架等一系列的組件。波紋管安裝如圖5所示。

① 固定支架主要作用是限制管道位移，它不僅要承擔煙管的重力，而且還要承擔煙管由于熱膨脹所產(chǎn)生的軸向應力，因此一定要對固定支架進(jìn)行受力計算，保證支架牢固可靠，避免出現安全事故。

② 波紋管要靠近固定支架安裝，另一端的第一導向支架應安裝在距離波紋管4D（D為煙管的直徑）的位置，第二導向支架距離第一導向支架的距離為14D，其間布置滑動(dòng)支架，以便管道膨脹和收縮?；瑒?dòng)支架的布置間距應參照相應的國家規范、產(chǎn)品說(shuō)明等情況確定。

③ 波紋管安裝前首先按計算的補償量進(jìn)行預拉伸，以便消除因溫升引起的管道膨脹。為減小波紋管和管道同軸度的公差，建議先敷設好管道，然后于波紋管安裝位置處用風(fēng)焊將管道切割掉一段（長(cháng)度等于波紋管的自由長(cháng)度加預拉伸量），再將波紋管安裝上去，焊接牢固。安裝完畢，拆除運輸拉桿、限位螺母等，保證波紋管的所有活動(dòng)部件不被卡死，使波紋管能夠正常工作。

④ 煙囪出口的防水是柴油發(fā)電機煙管安裝的重點(diǎn)之一，根據以往的施工經(jīng)驗，推薦按圖6安裝示意圖施工。

特別提醒：由于煙管溫度很高，在屋頂煙囪出口的周?chē)鷳釉O一定的防護設施，并于醒目位置懸掛“高溫危險”的字樣，防止造成人身傷害。

 

圖5  柴油發(fā)電機波紋管安裝圖

圖6  柴油機排煙管穿越天面安裝圖

 

 

2、煙管的保溫

（1）保溫材料的選擇

      柴油發(fā)電機滿(mǎn)載時(shí)，煙氣的溫度高達550℃左右，國內的許多工程常采用玻璃棉管殼作為煙管的保溫材料，但查閱各廠(chǎng)家的產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)并得到歐文斯科寧、CSR等世界著(zhù)名品牌廠(chǎng)家的技術(shù)工程師的確認，這類(lèi)保溫材料的允許工作溫度均小于480℃。以下表1所示是三種煙管常用保溫材料的性能對比：

表1    柴油發(fā)電機組排煙管保溫材料性能數據

      由上表可知，對于水噴淋處理前的煙管，由于沒(méi)有采取降溫措施，玻璃棉無(wú)法滿(mǎn)足使用要求，在高溫下將很快脆化，變?yōu)榉勰?，嚴重影響保溫效果。而巖棉和水合硅酸鈣兩者均可在高達650℃的高溫環(huán)境下正常使用，但水合硅酸鈣管殼在高溫下傳熱系數最低，保溫效果最好，價(jià)格也比較便宜。因此，參照大使館新館柴油發(fā)電機煙管的設計，推薦使用水合硅酸鈣管殼作為煙管的保溫材料。

（2）保溫施工要點(diǎn)

      在保溫層安裝過(guò)程中，在煙管的軸向上每間隔2m左右應設置5～10mm的伸縮預留縫，并用石棉繩填充，用于消除軸向膨脹，避免煙管升溫膨脹破壞保溫層。在煙管的外壁綁扎一層細鐵絲網(wǎng)，使水合硅酸鈣保溫半圓管殼間形成3～5mm的縫隙，用石棉繩填充，用于消除徑向膨脹，避免煙管升溫膨脹破壞保溫層。

3、消聲器及防震

（1）消聲

① 燃燒噪音。

       氣缸內霧化柴油等可燃氣體劇烈燃燒，膨脹使曲軸等部件運動(dòng)產(chǎn)生的噪聲。

② 氣體流動(dòng)噪音。

      對于渦輪增壓柴油發(fā)電機，氣流高速流經(jīng)氣門(mén)，形成強烈渦流而產(chǎn)生巨大的噪音。

③ 機械噪音。

      機械活動(dòng)部件相對運動(dòng)產(chǎn)生摩擦和振動(dòng)噪音。

      柴油發(fā)電機產(chǎn)生的噪音頻率以中、高頻為主，因此煙管的消聲器應對中、高頻敏感，這是選擇消聲器的關(guān)鍵。由于市場(chǎng)上可供選擇的耐高溫消聲器并不多見(jiàn)，且質(zhì)量良莠不齊，因此推薦使用廠(chǎng)家配套的產(chǎn)品，既方便快捷，又可以保證質(zhì)量。消聲器外觀(guān)如圖7、圖8所示。

（2）防振

      煙管與柴油發(fā)電機間必須選用彈性不銹鋼波紋管連接，避免柴油發(fā)電機的震動(dòng)通過(guò)管道進(jìn)行傳遞。在消聲器以及消聲器前的管段上加裝彈簧減震吊碼，以減小柴油發(fā)電機設備本體的震動(dòng)對煙管的影響。煙管穿越墻身、樓板處加入彈性阻尼層填堵，建議選用HiLTi、3M等公司的軟性防火填料填充。

 

圖7  消聲器上下二等角軸測圖

圖8  消聲器左視圖

 

4、施工中的其它注意事項

（1）水平煙管保持0.5%的坡度，坡向立管，以防止雨水意外流入柴油發(fā)電機；并在立管的底部設置DN20的全金屬閥門(mén)一個(gè)，用于暴雨后檢查、放水。

（2）柴油發(fā)電機的煙管應當單獨設置，不允許為了節省投資而兩臺或者多臺柴油發(fā)電機共用一套排煙系統，即使型號完全相同的柴油發(fā)電機也必須單獨設置排煙系統。

（3）屋頂煙囪出口應當避免朝向其他建筑物、通道等。并且排放前必須淡化煙色，降低排放污染，無(wú)論是使用管道式煙塵凈化器或者水噴淋的方式，都必須通過(guò)國家有關(guān)部門(mén)的驗收。

 

三、排煙管的布置與安裝

 

1、布置規范

（1）必須通過(guò)波紋管與柴油發(fā)電機組排煙出口相連接以吸收熱膨脹、位移和振動(dòng)。

（2）消聲器置于機房?jì)葧r(shí)，根據其尺寸、重量可采用從地面支撐的辦法。

（3）在煙管改變方向的部分，建議安裝波紋管，以抵消柴油發(fā)電機組運行時(shí)管道的熱膨脹。

（4）90°彎頭的內彎半徑應為管徑的3倍。

（5）一級消音器盡可能靠近柴油發(fā)電機組。

（6）當管路較長(cháng)時(shí)，建議在末端安裝一后級消聲器。

（7）排煙終端出口不能直對易燃物質(zhì)或建筑物。

（8）柴油發(fā)電機組排煙出口不得承受重壓，所有鋼性管路應借助建筑物或鋼結構得以支撐固定。

（9）為防止冷凝物倒流入柴油發(fā)電機組，平置的排煙管應有坡度，低端遠離發(fā)動(dòng)機;在消聲器及其它任何有冷凝水滴流的管路部分，如煙管垂直轉向處，應設置排水口。

（10）當煙管穿過(guò)易燃屋頂、墻壁或分隔物時(shí)，應加以隔熱套筒及壁外套板。

（11）在條件允許下的情況下，盡可能將絕大部分煙管布置在機房外以減少輻射熱;室內的煙管應全部加裝隔熱護套。如果受安裝條件限制，須將消聲器及其余的管路皆置于室內時(shí)，應用50毫米厚的高密度隔熱材料外加鋁質(zhì)護套將整個(gè)管路包扎隔熱。

（12）管路支撐固定時(shí)應允許熱膨脹的發(fā)生;

（13）煙管的終端應能避免雨水的滴落?？蓪煿芩矫嫔斐?，出口修料或安裝防雨帽。

2、排煙管安裝注意事項

（1）要盡量短及少轉彎。

（2）一般管的熱膨脹度為1.33mm/（m.℃），因此溫度自35℃升到500℃時(shí)，一條10m長(cháng)的管道會(huì )延伸出50mm左右所以在安裝時(shí)要考慮用波紋管或滾輪式排氣支撐系統。

（3）安裝直管時(shí)要稍微向下方傾斜。

（4）用隔熱材料包裹排氣管及消音器，以避免柴油發(fā)電機房溫度上升。

（5）不讓排氣管的重量施加在發(fā)動(dòng)機上，減輕排氣部件過(guò)大的振動(dòng)疲勞應力。允許排氣部件相對移動(dòng)。例如:因溫度變化引起的熱脹冷縮，任何結構件的塑性變形或柴油發(fā)電機組裝在彈簧類(lèi)避震器上產(chǎn)生的反力矩。

（6）排氣軟管若需隔熱，則必須保證隔熱材料不能妨礙排氣軟管自由脹縮。

（7）如排氣管過(guò)長(cháng)，必須果用限位裝置，使其只能向自由端伸

（8）所有排氣管在焊接后，必須將管內焊渣處理干凈后才可放回安裝及使用。

（9）多臺康明斯柴油發(fā)電機組共用一根煙管排氣是不允許的，因為運行柴油發(fā)電機組煙氣中的水氣會(huì )進(jìn)入不運行的柴油發(fā)電機組中，最終冷凝造成發(fā)動(dòng)機損壞。

 

 總結：

      眾所周知，若需柴油發(fā)電機組開(kāi)啟后必然會(huì )產(chǎn)生排氣，現階段的柴油發(fā)電機組是在市電停電的狀態(tài)下自啟動(dòng)的，極大程度的提高了人們的生活質(zhì)量，現在都是講究環(huán)保的時(shí)代，柴油發(fā)電機組大多數是存放在室內的，在設計柴油發(fā)電機組機房的過(guò)程中，機房排煙就是我們需要重點(diǎn)解決的問(wèn)題，以上所述的內容就是對柴油發(fā)電機排煙系統的技術(shù)要求和注意事項以及安裝規范作了詳細闡述。

      另外需要提醒用戶(hù)，如果是用于實(shí)驗室的柴油機，應對其排煙系統進(jìn)行改進(jìn)。由于柴油機試驗室排煙系統通常耗能較高，使用率較低，可將柴油機試驗室各自單獨的排煙系統改為集中式排煙系統，并引入變頻技術(shù)和PLC控制方式，以排煙總管負壓為控制參量，組成試驗室恒壓排煙系統，使之能夠根據試驗室投入工作數量的改變導致排煙量發(fā)生的變化，實(shí)時(shí)做出相應的調整，不僅提高了設備使用效率，還取得了良好的節能效果。

 

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