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新聞主題 |
柴油發(fā)電機組選型設計與通風(fēng)量計算公式 |
摘要：供電電源是電氣系統中最為關(guān)鍵的一部分，電力網(wǎng)絡(luò )很難做到萬(wàn)無(wú)一失，人們?yōu)榱颂岣吖╇娍煽啃?，通常需要根據負荷性質(zhì)，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(fā)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(shí)消失，在電源轉換時(shí)間上，要滿(mǎn)足用電負荷允許斷電時(shí)間要求，往往需要在較長(cháng)時(shí)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(shí)間有嚴格的要求，持續供電時(shí)間往往要根據應急設備的需要確定。
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C90D5康明斯發(fā)電機組平面圖 |
C90D5康明斯發(fā)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(jiàn)表1。
1、術(shù)語(yǔ)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(lái)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(huán)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(wǎng)絡(luò )中獨立于正常電源的專(zhuān)用饋電線(xiàn)路
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2
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獨立于正常電源的柴油發(fā)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(jiàn)表2。符合下列條件之一時(shí)，用戶(hù)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(mǎn)足一級負荷的條件時(shí)。
2、設置自備電源比從電力系統取得第二電源經(jīng)濟合理時(shí)。
3、有常年穩定余熱、壓差、廢棄物可供發(fā)電，技術(shù)可靠、經(jīng)濟合理時(shí)。
4、所在地區偏僻，遠離電力系統，設置自備電源經(jīng)濟合理時(shí)。
5、有設置分布式電源的條件，能源利用效率高、經(jīng)濟合理時(shí)。
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(shí)，用電單位應設置自備電源如表2中說(shuō)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(jīng)濟合理，或第二電源不能滿(mǎn)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(mǎn)足消防電源允許中斷供電時(shí)間要求的
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4
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建筑高度超過(guò)50m的公共建筑外部只有一回電源不能滿(mǎn)足用電要求的
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三、柴發(fā)性能等級
柴油發(fā)電機的性能等級分類(lèi)見(jiàn)表3。通常，柴油發(fā)電機組可分為4個(gè)等級，各個(gè)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(fā)電機的性能等級分類(lèi)
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類(lèi)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(jiǎn)單的電氣負載
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G2
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電壓特性與電網(wǎng)類(lèi)似，當負載發(fā)生變化時(shí)允許暫時(shí)的然而是允許的電壓和頻率的偏差，適用于照明、水泵、風(fēng)機等
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G3
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連接的設備對發(fā)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(fā)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(fā)功率種類(lèi)
柴油發(fā)電機組功率種類(lèi)見(jiàn)表4。根據國家有關(guān)規范和標準的規定，柴油發(fā)電機組的功率主要有四種類(lèi)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(shí)間都不受限制，前者常用于負荷穩定、需要連續供電的場(chǎng)所，后者常用于負荷變化、需要連續供電的場(chǎng)所。限時(shí)工作功率和應急備用工作功率的年工作時(shí)間都有限制，前者不超過(guò)500h，后者不超過(guò)200h。定時(shí)工作電源通常用于負荷穩定但不需要長(cháng)時(shí)間連續供電的場(chǎng)所，應急備用電源一般用于市電供電較為可靠的場(chǎng)合，提供短時(shí)供電和緊急供電。
表4 柴油發(fā)電機組功率種類(lèi)
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類(lèi)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(jìn)行維護保養，發(fā)電機組以恒定負荷持續運行且每年運行時(shí)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(jìn)行維護保養，發(fā)電機組以可變負荷持續運行且每年運行時(shí)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(guò)PRP的70％，除非與RIC發(fā)動(dòng)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(chǎng)合，應使用持續功率COP
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限時(shí)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(jìn)行維護保養，發(fā)電機組每年運行時(shí)間可達500h的最大功率。按100％限時(shí)運行功率，每年運行的最長(cháng)時(shí)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(jìn)行維護保養，在市電中斷或在實(shí)驗條件下，發(fā)電機組以可變負荷運行且每年運行時(shí)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(guò)70％ESP，除非與制造商另有商定
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五、設備及機房通風(fēng)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(diǎn)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(fā)電機組樣本資料上查詢(xún)。
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(xún)獲得相關(guān)數據；
S——活塞行程，可從康明斯柴油機樣本查詢(xún)獲得相關(guān)數據；
n——轉數，可從康明斯柴油機樣本查詢(xún)獲得相關(guān)數據；
Z——沖程數，可從康明斯柴油機樣本查詢(xún)獲得相關(guān)數據；
i——汽缸數，可從康明斯柴油機樣本查詢(xún)獲得相關(guān)數據。
3、水冷機型進(jìn)風(fēng)量計算
排除有害氣體低于允許濃度確定進(jìn)風(fēng)量：
Lj=Ne×q=10200 m3/h
Lj——水冷時(shí)排除有害氣體的進(jìn)風(fēng)量（m3/h）；
Ne——柴油機的額定功率（km）；
q——排除有害氣體的進(jìn)風(fēng)標準（m3/kw.h）。
注：對于排煙方式和增壓型柴油機的進(jìn)風(fēng)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(shí)際設計可取經(jīng)驗數據q≥20（m3/kw.h）:
表1 柴油發(fā)電機房?jì)扔泻怏w允許濃度
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有害氣體名稱(chēng)
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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(chēng)
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換氣次數
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水庫（按貯滿(mǎn)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(fēng)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(fā)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(shí)散向周?chē)諝獾臒崃肯禂担?。
表3 柴油機工作時(shí)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
|
100～300
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4～4.5
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>220
|
>300
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3.5～4
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（2）發(fā)電機的散熱量
Q2=P×（1/η2-1）
P——發(fā)電機的額定輸出功率；
η2——發(fā)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(fā)電機房?jì)鹊目諝鉁囟?，℃，一般?5～40℃；
Ln——保溫排煙管在機房?jì)燃芸辗笤O的長(cháng)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℃
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ty=300℃
tn=35℃
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|||
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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
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0.05
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50～800
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蛭石制品
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70～125
|
0.1448
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0.1097
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0.1035
|
|
50～800
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硅藻土制品
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75～130
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0.1622
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0.1477
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0.1279
|
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50～800
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礦渣棉制品
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55～90
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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
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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(fā)熱量的百分比，柴油機滿(mǎn)負荷時(shí)，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(fā)熱量的比例，一般取30%。
（6）風(fēng)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(guò)專(zhuān)用風(fēng)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(diǎn)的大氣壓不是標準大氣壓或相對濕度大、溫度高時(shí)，柴油機的輸出功率會(huì )發(fā)生變化，需修正原修正系數β。
5、風(fēng)冷機型進(jìn)風(fēng)量計算
Lj=3600[Q/（tn-tw）Cpρ]
Lj——發(fā)電機房進(jìn)風(fēng)量；
Q——余熱量總和，由以上計算得；
tw——室外夏季通風(fēng)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(cháng)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(fā)電機房空氣溫度；
qe——柴油發(fā)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(shí)，采用一層巖棉氈保溫；外表面溫度：＞450℃時(shí)，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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