重康动力（深圳）有限公司

 

机房设计与设备安装

柴油发电机组排烟系统和机房通风散热设计

 

摘要：柴油发电机组的排烟系统和机房通风散热设计是确保发电设备安全、高效、可靠运行的两个最关键、也是最常被忽视的环节。两者之间，得先考虑排烟系统的设计要点，比如背压计算、管道材质、消音措施，这些都会影响机组性能和合规性；然后通风散热部分，要确保进排气量足够，避免热空气回流，同时注意防雨防虫这些细节。下面康明斯公司在本文中，将为您详细解析这两个系统的设计要点、计算方法和注意事项。

 

一、排烟系统设计说明

 

      排烟系统的主要作用是将发动机燃烧产生的废气安全、有效地排出室外，并降低噪音和温度。

1、核心设计原则

（1）背压限制：这是最重要的原则。排烟系统产生的总背压（排气管阻力）必须严格控制在发动机厂家允许的范围内（通常全负荷时最大背压不超过5kPa或50mbar）。过高的背压会导致输出功率下降、燃油消耗增加、排温过高、黑烟增多，并且在严重时损坏发动机寿命。

（2）有效排出：确保废气完全排出室外，防止倒灌进入机房或建筑物内，造成危险。

（3）降低噪音：通过消音器将排气噪音降到环保法规允许的水平。

（4）冷凝水管理：合理布置管道，防止冷凝水倒流至发动机涡轮增压器和消音器，造成腐蚀。

2、系统组成

（1）柔性波纹管：连接发动机排气歧管和刚性排烟管。用于吸收发动机运行时的振动，防止振动传递到整个系统。必须安装。

（2）消音器：根据降噪要求选择以下几种类型

① residential/工业级消音器：降噪效果一般。

② 住宅级消音器：降噪效果较好，适用于对噪音敏感的区域。

③ 超级消音器/医院级消音器：降噪效果最好，但背压也最大，需仔细计算。

（3）排烟管道：通常使用黑铁钢管或不锈钢管。管道应尽可能短，弯头尽可能少。

（4）烟囱和防雨帽：出口应高于屋顶，并远离进气口和门窗，通常配备防雨帽防止雨水进入。

3、排烟系统设计要求

（1）应满足环保部门的要求，排烟管道应引至屋顶室外高空处排放，或经过消烟除尘处理后再行排放，以免污染环境。

（2）每台柴油机的排烟管应单独引出室外，宜架空敷设，也可敷设在地沟、井道中。排烟管弯头不宜过多，并能自由位移。为防止凝结水回流，水平敷设的排烟管道宜设有0.3%~0.5%的坡度坡向室外并在管道最低点装排污阀。

（3）机房内的排烟管道采用架空敷设时，室内部分应敷设隔热保护层，且距地面2m以下部分隔热层厚度不应小于50mm（如图1、图2所示）。当排烟管架空敷设在燃油管下方或沿地沟敷设需穿越燃油管时，还应考虑安全措施。

（4）机组的排烟助力不应超过柴油机的背压要求，当排烟管较长时，应采用自然补偿段、加大排烟管直径；当无条件设置自然补偿段时，应装设补偿器。

（5）排烟管与柴油机排烟口连接处，应装设弹性波纹管。

（6）排烟管过墙处应加保护套，伸出屋面或侧墙的烟管出口端，应加装防雨帽。

（7）非增压柴油机和废气涡轮增压柴油机均应在排烟管上装设消音器。两台柴油机不应共用一个消音器，消音器应单独固定。

 

图1  柴油发电机组水平烟管布置图

图2  柴油发电机组水平烟管剖面图

 

4、排烟管选型及安装要求

（1）每台柴油机的排烟管应单独引出室外，宜架空敷设，也可敷设在地沟中，排烟引管和消声器应单独设置支撑，不得直接支撑在栗油机排烟总管或固定在柴油机其他部位上。排烟引管与排烟总管之间应采用柔性连接。排烟管上的托架必须容许管子伸缩或是采用液柱型托架，而短的柔性管或膨胀式波纹管应介于两个固定架之间的长管道，并组合为一体。

（2）排烟引管长度及与管径的配套要求，应根据厂家提供的数据确定，可参考表1数值。当排烟管需穿过墙壁时，应配置保护套.伸出室外沿墙垂直敷设，其管出口端应加防雨帽或切成30°~45“的斜角。所有排烟管道的壁厚应不小于3。

（3）排烟管较长时，需增加波纹管等柔性连接，以吸收直管热膨胀，通常每10m增加一个柔性连接。

（4）排烟管外表面温度≤450℃时保温层采用1层岩棉毡，排烟管外表面温度≥500℃时，保温层采用2层，即接触管壁的1层为硅酸铝纤维毡，外包1层岩棉毡，硅酸铝纤维毡的厚度为表2中分子所示，岩棉毡的厚度为表2中分母所示。

（5）岩棉的物理性能：密度80~100kg/m³，导热系数入=0.03~0.0407W/（mxK）。硅酸铝纤维的物理性能：密度150~250kg/m³，导热系数入=0.14~0.174W/(mxK)。 

表1  柴油发电机组排烟管推荐直径（mm）

表2  柴油发电机组排烟管保温层推荐厚度（mm）

 

二、机房通风散热设计说明

 

      通风系统的主要任务是为燃烧和冷却提供充足的新鲜空气，并及时排出机房内的热量，将环境温度控制在允许范围内（通常不高于40℃）。通风系统设计如图3所示，安装实例如图4所示。

1、散热构成分析

      最关键的是柴油机燃烧所需空气带走的热量约占60%。这部分热量必须通过通风系统带走。

（1）发动机散热：约占30%，通过机体辐射和 convection（对流）散出。

（2）发电机散热：约占5%，通过电磁损耗产生。

（3）排烟管散热：约占5-10%，通过辐射散出。

2、核心设计原则

（1）空气流量优先：通风量是否充足直接决定机房温度。

（2）冷热空气分区：建立明确的气流路径，防止气流短路（刚进入的冷空气直接被风机抽出）。

（3）进排风平衡：机械进风+机械排风是最可靠的方式。确保进风面积和排风面积足够大，百叶窗的净有效面积通常只有50%-70%。

3、通风量的计算

      机房通风系统分为平时通风、灾后通风和工作通风三种状态，分别满足平时（柴油机不工作）的温湿度要求、灾后排除灭火气体通风和柴油发电机组工作所需的新风量的要求。

（1）平时通风量计算：柴油机房位于地上时平时通风不少于3次，事故通风不少于6次；柴油机房位于半地下时，平时通风不少于6次，事故通风不少于12次；柴油机房位于地下时平时通风不少于12次；储油间换气次数不少于6次；换气次数不包含柴油机工作所需的空气量。

注：通风量的计算参照《锅炉房设计规范》GB50041第15.3.7条。

（2）灾后通风量计算：机房通风量不少于5次换气。

（3）工作通风量计算：柴油发电机运行时，机房的换气量应等于或大于维持柴油机燃烧所用的新风量与维持机房温度所需新风量之和。维持机房温度所需新风量可按下式计算：

C=0.078P/T...........................（公式1）

式中：C一需要新风量(m3/s)；P—柴油机额定功率（kW）；T一柴油发电机房的温升（℃)。

      维持柴油机燃烧所需新风量可向柴油机厂家索取，当海拔高度增加时，每增加763m，空气量应增加10%，若无资料，可按每1kW制动功率需要0.1m³/min估算。

4、进排风口面积估算

（1）进风口净流通面积按大于1.5~1.8倍散热器迎风面积估算，使用了百叶窗的进风口再扩大1倍面积。

（2）排风口净流通面积大于散热器迎风面积的1.5倍，使用了百叶窗的进风口再扩大1倍面积。

（3）进风量包括发动机进气量、发动机和水箱散热的冷却空气量。

（4）进排风口面积适用于普通型进排风消声装置，在排风道设有加压风机时，采用括号内数据。

（5）风道加设高流阻消声器时，需根据消声器产品计算进、排风系统总压损失，并作为风机选型的依据。

（6）所有尺寸仅作参考，设计时需按工程项目具体咨询厂家作修改。

5、机组热风出口设置

（1）热风出口宜靠近且正对柴油机散热器。

（2）热风管与柴油机散热器连接处，应采用软接头。

（3）热风出口的面积应为柴油机散热器面积的1.5倍。

（4）热风出口不宜设在主导风向一侧，若有困难时应增设挡风墙。

（5）机组设在地下层，热风管无法平直敷设而需拐弯引出时，其热风管弯头不宜超过两处，且应计算风管的阻力损失。

（6）当热风通道直接导出室外有困难时，可设置竖井导出。

（7）当机组无法安排热风出风口时，可采用分体式散热机组，柴油机夹套内的冷却水由水泵送至分体水箱冷却，由于柴油机冷却水接口处静水压一般不超过40-50kPa，因此，分体水箱安装高度不应超过机组高度的4~5m，否则需加辅助泵。

6、机房进风口设置

（1）进风口宜正对发电机端或发电机两侧。

（2）机房应有足够的新风补充，进风口的面积应为机组数热器面积的1.6倍。

（3）当周围对环境噪声要求高时，进风口应做消声处理。

（4）若空气的进、出风口的面积不能满足要求时，应采用机械通风并进行风量计算。当采用自然通风降温时，机房的进、排风系统中阻力不宜大于125Pa；当通风管道总阻力损失超过125Pa时，应设置机械送排风系统，风机全压应根据风道阻力计算确定。

 

图3  柴油发电机组机房进排风通风设计图

图4  康明斯柴油发电机组通风系统安装实例

 

总结：

综上所述，在柴油发电机组机房设计中，通风量是基础，排烟背压是红线，两者都必须进行严格计算和核对。通过通过科学合理的设计，可以确保柴油发电机组在最佳状态下运行，延长设备寿命，并满足环保和安全要求。但是，一切设计应以所用品牌和型号发电机组的官方技术手册为准，手册会提供准确的散热量、排气背压限制、所需空气量等关键参数。对于大功率机组或复杂场地，强烈建议由专业的暖通工程师（HVAC）和机电工程师进行设计，确保系统安全合规。 

 

 

 

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