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新聞主題 |
柴油發(fā)電機組選型設(shè)計與通風量計算公式 |
摘要：供電電源是電氣系統(tǒng)中最為關(guān)鍵的一部分，電力網(wǎng)絡(luò)很難做到萬無一失，人們?yōu)榱颂岣吖╇娍煽啃裕ǔＰ枰鶕?jù)負荷性質(zhì)，選擇自備電源。自備電源根據(jù)使用目的不同，又分為應(yīng)急電源（如蓄電池組）和備用電源（如柴油發(fā)電機組）。應(yīng)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消失，在電源轉(zhuǎn)換時間上，要滿足用電負荷允許斷電時間要求，往往需要在較長時間內(nèi)對電力負荷起供電保障作用。應(yīng)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(shè)施，并且對電源轉(zhuǎn)換時間有嚴格的要求，持續(xù)供電時間往往要根據(jù)應(yīng)急設(shè)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(cè)面圖 |
一、應(yīng)急或備用電源
可作為應(yīng)急電源或備用電源的電源見表1。
1、術(shù)語定義
（1）應(yīng)急電源（安全設(shè)施電源）：用作應(yīng)急供電系統(tǒng)組成部分的電源。
（2）應(yīng)急供電系統(tǒng)（安全設(shè)施供電系統(tǒng)）：用來維持電氣設(shè)備和電氣裝置運行的供電系統(tǒng)，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(shè)備造成損失以符合國家規(guī)范要求。
（3）根據(jù)《供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》3.0.3：
一級負荷中特別重要的負荷供電，除應(yīng)由雙重電源供電外，尚應(yīng)增設(shè)應(yīng)急電源，并嚴禁將其他負荷接入應(yīng)急供電系統(tǒng)。
規(guī)范中明確要求設(shè)置應(yīng)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(yīng)急電源。
2、應(yīng)急電源的形式
根據(jù)《供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》3.0.4；表1中可作為應(yīng)急電源或備用電源的電源。
表1 可作為應(yīng)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用饋電線路
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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(yīng)設(shè)置自備電源的用電單位見表2。符合下列條件之一時，用戶宜設(shè)置自備電源：
1、需要設(shè)置自備電源作為一級負荷中的特別重要負荷的應(yīng)急電源或第二電源不能滿足一級負荷的條件時。
2、設(shè)置自備電源比從電力系統(tǒng)取得第二電源經(jīng)濟合理時。
3、有常年穩(wěn)定余熱、壓差、廢棄物可供發(fā)電，技術(shù)可靠、經(jīng)濟合理時。
4、所在地區(qū)偏僻，遠離電力系統(tǒng)，設(shè)置自備電源經(jīng)濟合理時。
5、有設(shè)置分布式電源的條件，能源利用效率高、經(jīng)濟合理時。
另《民用建筑電氣設(shè)計標準》3.3.3條，當符合下列條件之一時，用電單位應(yīng)設(shè)置自備電源如表2中說明。
表2 應(yīng)設(shè)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(shè)置自備電源比從電力系統(tǒng)取得第二電源更經(jīng)濟合理，或第二電源不能滿足一級負荷要求的
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3
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當雙重電源中的一路為冷備用，且不能滿足消防電源允許中斷供電時間要求的
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4
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建筑高度超過50m的公共建筑外部只有一回電源不能滿足用電要求的
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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見表3。通常，柴油發(fā)電機組可分為4個等級，各個等級適用不同的負載。具體請參照表3中的規(guī)定。
表3 柴油發(fā)電機的性能等級分類
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類別
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負載要求
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G1
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連接的負載只規(guī)定基本的電壓和頻率參數(shù)，適用于照明和簡單的電氣負載
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G2
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電壓特性與電網(wǎng)類似，當負載發(fā)生變化時允許暫時的然而是允許的電壓和頻率的偏差，適用于照明、水泵、風機等
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G3
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連接的設(shè)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(shè)備
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G4
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連接的設(shè)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(shù)據(jù)處理設(shè)備和計算機系統(tǒng)
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四、柴發(fā)功率種類
柴油發(fā)電機組功率種類見表4。根據(jù)國家有關(guān)規(guī)范和標準的規(guī)定，柴油發(fā)電機組的功率主要有四種類型：持續(xù)功率、基本功率、限電功率和應(yīng)急備用功率。連續(xù)電源和基本電源每年的運行時間都不受限制，前者常用于負荷穩(wěn)定、需要連續(xù)供電的場所，后者常用于負荷變化、需要連續(xù)供電的場所。限時工作功率和應(yīng)急備用工作功率的年工作時間都有限制，前者不超過500h，后者不超過200h。定時工作電源通常用于負荷穩(wěn)定但不需要長時間連續(xù)供電的場所，應(yīng)急備用電源一般用于市電供電較為可靠的場合，提供短時供電和緊急供電。
表4 柴油發(fā)電機組功率種類
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類別
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解 釋
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持續(xù)功率
(COP)
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在商定的運行條件下，按照制造商的規(guī)定進行維護保養(yǎng)，發(fā)電機組以恒定負荷持續(xù)運行且每年運行時數(shù)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(guī)定進行維護保養(yǎng)，發(fā)電機組以可變負荷持續(xù)運行且每年運行時數(shù)不受限制的最大功率。24h運行周期內(nèi)運行的平均功率輸出(Ppp)應(yīng)不超過PRP的70％，除非與RIC發(fā)動機制造商另有商定。在要求允許的平均功率輸出Ppp較規(guī)定值高的應(yīng)用場合，應(yīng)使用持續(xù)功率COP
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限時運行功
率（LTP）
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在商定的運行條件下，按照制造商的規(guī)定進行維護保養(yǎng)，發(fā)電機組每年運行時間可達500h的最大功率。按100％限時運行功率，每年運行的最長時間為500h
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應(yīng)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(guī)定進行維護保養(yǎng)，在市電中斷或在實驗條件下，發(fā)電機組以可變負荷運行且每年運行時間可達200h的最大功率。24h運行周期內(nèi)允許的平均功率輸出應(yīng)該不超過70％ESP，除非與制造商另有商定
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五、設(shè)備及機房通風量計算公式
1、柴油機燃燒空氣量
Lr=60×n×i×t×k1×Vn
n——柴油機轉(zhuǎn)速；
I——柴油機汽缸數(shù)
t——柴油機沖程系數(shù)（四沖程柴油機的t值取為0.5）
K1——柴油機結(jié)構(gòu)特點的空氣流量系數(shù)；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。
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獲得相關(guān)數(shù)據(jù)；
S——活塞行程，可從康明斯柴油機樣本查詢獲得相關(guān)數(shù)據(jù)；
n——轉(zhuǎn)數(shù)，可從康明斯柴油機樣本查詢獲得相關(guān)數(shù)據(jù)；
Z——沖程數(shù)，可從康明斯柴油機樣本查詢獲得相關(guān)數(shù)據(jù)；
i——汽缸數(shù)，可從康明斯柴油機樣本查詢獲得相關(guān)數(shù)據(jù)。
3、水冷機型進風量計算
排除有害氣體低于允許濃度確定進風量：
Lj=Ne×q=10200 m3/h
Lj——水冷時排除有害氣體的進風量（m3/h）；
Ne——柴油機的額定功率（km）；
q——排除有害氣體的進風標準（m3/kw.h）。
注：對于排煙方式和增壓型柴油機的進風標準：
（1）排煙管架空：13.6～20.4（m3/kw.h）；
（2）排煙管沿地溝敷設(shè)：27.2~34（m3/kw.h）；
（3）增壓柴油及按增壓計算：實際設(shè)計可取經(jīng)驗數(shù)據(jù)q≥20（m3/kw.h）:
表1 柴油發(fā)電機房內(nèi)有害氣體允許濃度
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有害氣體名稱
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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
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換氣次數(shù)
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水庫（按貯滿水后空間計算）
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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——柴油機工作時散向周圍空氣的熱量系數(shù)，%。
表3 柴油機工作時的散熱量系數(shù)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
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100～300
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4～4.5
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>220
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>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(dǎo)熱系數(shù)，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(shù)，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)電機房內(nèi)的空氣溫度，℃，一般取35～40℃；
Ln——保溫排煙管在機房內(nèi)架空敷設(shè)的長度，m。
表4 排煙管保溫層厚度與導(dǎo)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(dǎo)率/(W/m.℃）
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||
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ty=500℃
tn=35℃
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ty=400℃
tn=35℃
|
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
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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
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0.1448
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0.1097
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0.1035
|
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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
|
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，柴油機滿負荷時，e=25%～30%，一般取30%；
Kb——考慮散熱損失的安全系數(shù)，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）風冷機型余熱量總和
Q=（Q1+Q2）β+Q3+Q4
β——修正系數(shù)。
若將柴油機冷卻排熱量通過專用風管直接排到室外，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
當柴油機工作地點的大氣壓不是標準大氣壓或相對濕度大、溫度高時，柴油機的輸出功率會發(fā)生變化，需修正原修正系數(shù)β。
5、風冷機型進風量計算
Lj=3600[Q/（tn-tw）Cpρ]
Lj——發(fā)電機房進風量；
Q——余熱量總和，由以上計算得；
tw——室外夏季通風計算溫度；
tn——室內(nèi)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(nèi)徑尺寸（mm）
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排煙出口尺寸
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排煙管道長度（m）
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|||
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＜6
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6～12
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12～18
|
18～24
|
|
|
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(tǒng)的總阻力：非增壓柴油機應(yīng)小于3kPa，增壓柴油機應(yīng)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(shù)，一般取11.63W/m2.℃。
表6 排煙管保溫層厚度
|
排煙管外徑mm
|
排煙管外表面溫度℃
|
||||||
|
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，采用一層巖棉氈保溫；外表面溫度：＞450℃時，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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