新聞主題	柴油發電機排煙系統的設計要求和安裝規范

 

摘要：柴油發電機組燃燒時除了會產生大量熱氣外，還會產生大量燃燒廢氣，機組的排煙系統也就是將柴油機氣缸燃燒后產生的廢氣排至室外。煙管是柴油發電機排氣系統中的重要組成部分，但它的安裝過程卻往往被人忽視。錯誤的安裝會造成支架的變形，柴油發電機效率下降、引發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電機組排煙管的敷設要求，排煙管的防噪及保溫作出了說明，同時對排煙管保溫層的厚度以列表的形式進行了說明，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。

 

一、排煙系統的技術要求

 

1、基本要求

      柴油發電機組的排煙系統由消聲器、膨脹波紋管、吊桿、管道、管夾、聯接法蘭、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業廠家生產的不銹鋼焊接煙管。

（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，以滿足柴油發電機組的背壓要求為準。自排氣口至排氣管末端的整個系統，除不銹鋼的膨脹波紋管外，均須涂以抗熱油漆。整個排煙系統須于鍍鋅金屬網上，以符合國家標準的非燃性絕緣材料的保溫層，金屬網孔徑及保溫層厚度亦需滿足國家標準要求，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

      整個系統須由吊桿懸掛，懸掛吊桿的設計須經批準。

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，并須符合當地環保部門的規定。柴油發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）絕大部分柴油發電機的允許背壓為6.5kPa左右，因此煙管的布置以及管道長度、管徑的大小必須以煙氣的流動阻力不大于柴油發電機的允許背壓為原則。過高的排煙阻力會造成柴油發電機的性能下降，油耗增大，出口煙氣溫度升高，機組運行無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驗公式計算：

P=P1+P2+P3+P4

式中，P——煙氣流動總阻力kPa；

P₁——消聲器阻力（查產品樣本）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）消聲器屬于柴油發電機的配件，它的阻力P，可以通過產品樣本查得，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

      柴油發電機組主要用于機房的供電，而柴油發電機組其工作時會產生大量廢氣，廢氣的有毒物質較多，如果廢氣不經處理直接排放到大氣中，會對大氣造成較大的污染，且人體在吸入廢氣后，也會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，柴油發電機組尾氣過濾器監控控制系統用于實時采集系統的溫度和背壓信息，結構如圖4所示。通過電控單元發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行計量，從而保證精確的尿素噴射到排氣管；通過對系統煙氣量和SCR反應器入、出口NOX和溫度的分析確定供應尿素量的多少，在背壓過高的情況下控制相應的旁通閥打開，使凈化器穩定安全的運行，提高尾氣凈化率。

      催化型的消煙器價格高昂，國內工程基本使用較少， 基于環保的要求，在歐美國家柴油發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，因此無需額外處理；由于國內相關法律、法規的缺位，發達國家出口到中國的產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驗估算，阻力值約為0.5kPa。

（5）由以上的經驗公式可以看出，P₁~P₃的值基本保持穩定，約占柴油發電機允許背壓的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，盡量縮短煙管長度，可以減小煙管沿程阻力；同時通過繪制綜合管線圖，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，對于總價包干的項目尤為重要。

 

圖3  柴油發電機組尾氣凈化系統

圖4  柴油發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

      柴油發電機在額定工況下工作時的排煙溫度一般在550℃左右，與煙管在安裝時30℃的室內溫度相比，溫升高達520℃左右。查閱相關的資料可知，金屬管道的熱膨脹系數為1.13mm/（m×100℃），這就意味著即使是30m長的金屬煙管在使用時的膨脹量也有176mm之多。如果不設置波紋管，煙管膨脹給設備、支架、建筑結構帶來破壞可想而知。因此必須根據煙管的長度、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）金屬波紋管及各類支架的布置

      柴油發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生的軸向應力，因此一定要對固定支架進行受力計算，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，其間布置滑動支架，以便管道膨脹和收縮。滑動支架的布置間距應參照相應的國家規范、產品說明等情況確定。

③ 波紋管安裝前首先按計算的補償量進行預拉伸，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焊將管道切割掉一段（長度等于波紋管的自由長度加預拉伸量），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電機煙管安裝的重點之一，根據以往的施工經驗，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圍應加設一定的防護設施，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

      柴油發電機滿載時，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，但查閱各廠家的產品說明書并得到歐文斯科寧、CSR等世界著名品牌廠家的技術工程師的確認，這類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，由于沒有采取降溫措施，玻璃棉無法滿足使用要求，在高溫下將很快脆化，變為粉末，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，價格也比較便宜。因此，參照大使館新館柴油發電機煙管的設計，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

      在保溫層安裝過程中，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，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產生的噪聲。

② 氣體流動噪音。

      對于渦輪增壓柴油發電機，氣流高速流經氣門，形成強烈渦流而產生巨大的噪音。

③ 機械噪音。

      機械活動部件相對運動產生摩擦和振動噪音。

      柴油發電機產生的噪音頻率以中、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鍵。由于市場上可供選擇的耐高溫消聲器并不多見，且質量良莠不齊，因此推薦使用廠家配套的產品，既方便快捷，又可以保證質量。消聲器外觀如圖7、圖8所示。

（2）防振

      煙管與柴油發電機間必須選用彈性不銹鋼波紋管連接，避免柴油發電機的震動通過管道進行傳遞。在消聲器以及消聲器前的管段上加裝彈簧減震吊碼，以減小柴油發電機設備本體的震動對煙管的影響。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電機；并在立管的底部設置DN20的全金屬閥門一個，用于暴雨后檢查、放水。

（2）柴油發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電機共用一套排煙系統，即使型號完全相同的柴油發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，都必須通過國家有關部門的驗收。

 

三、排煙管的布置與安裝

 

1、布置規范

（1）必須通過波紋管與柴油發電機組排煙出口相連接以吸收熱膨脹、位移和振動。

（2）消聲器置于機房內時，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，以抵消柴油發電機組運行時管道的熱膨脹。

（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電機組。

（6）當管路較長時，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或建筑物。

（8）柴油發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電機組，平置的排煙管應有坡度，低端遠離發動機;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）當煙管穿過易燃屋頂、墻壁或分隔物時，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，應用50毫米厚的高密度隔熱材料外加鋁質護套將整個管路包扎隔熱。

（12）管路支撐固定時應允許熱膨脹的發生;

（13）煙管的終端應能避免雨水的滴落。可將煙管水平面伸出，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，一條10m長的管道會延伸出50mm左右所以在安裝時要考慮用波紋管或滾輪式排氣支撐系統。

（3）安裝直管時要稍微向下方傾斜。

（4）用隔熱材料包裹排氣管及消音器，以避免柴油發電機房溫度上升。

（5）不讓排氣管的重量施加在發動機上，減輕排氣部件過大的振動疲勞應力。允許排氣部件相對移動。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電機組裝在彈簧類避震器上產生的反力矩。

（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）如排氣管過長，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）多臺康明斯柴油發電機組共用一根煙管排氣是不允許的，因為運行柴油發電機組煙氣中的水氣會進入不運行的柴油發電機組中，最終冷凝造成發動機損壞。

 

 總結：

      眾所周知，若需柴油發電機組開啟后必然會產生排氣，現階段的柴油發電機組是在市電停電的狀態下自啟動的，極大程度的提高了人們的生活質量，現在都是講究環保的時代，柴油發電機組大多數是存放在室內的，在設計柴油發電機組機房的過程中，機房排煙就是我們需要重點解決的問題，以上所述的內容就是對柴油發電機排煙系統的技術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，如果是用于實驗室的柴油機，應對其排煙系統進行改進。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生的變化，實時做出相應的調整，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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