江苏省科技计划项目总结报告
计划类别：江苏省产学研前瞻性联合研究项目
项目名称：基于可控弱气流汽轮机房新型通风技术研发 项目编号：BY2016076-04 承担单位：东南大学
合作企业：中国能源建设集团江苏省电力设计院 无锡赛孚电力环境控制设备有限公司 起止年限：2016年7月—2024年6月 项目负责人：黄亚继
联系电话/手机：025-83792811/13851997665 项目主管部门：东南大学
2024年7月30日
目 录
一、项目概况 ........................................................................................................................... 1 1.1 项目基本情况 ................................................................................................................ 1 1.2 项目研究背景 ................................................................................................................ 1 二、项目实施情况 ................................................................................................................... 4 2.1 研究过程 ........................................................................................................................ 4 2.2 校企联合研发团队组成 ................................................................................................ 6 2.3 项目经费的使用和管理情况 ........................................................................................ 7 三、项目技术情况 ................................................................................................................... 9 3.1主要解决的关键技术与创新点 .................................................................................... 9 3.1.1 主要解决的关键技术 ............................................................................................. 9 3.1.2 主要创新点 ........................................................................................................... 10 3.2 项目取得的突破性进展 .............................................................................................. 10 3.2.1 热力设备实际散热量计算 ................................................................................... 10 3.2.2 针对句容电厂的模拟及优化 ............................................................................... 12 3.2.3 针对长春电厂的模拟及优化 ............................................................................... 13 3.2.4 针对石河子电厂的模拟及优化 ........................................................................... 14 3.2.5 针对围护结构的优化 ........................................................................................... 16 四、合同任务指标完成情况 ................................................................................................. 19 4.1合同要求 ....................................................................................................................... 19 4.2任务指标完成情况 ....................................................................................................... 19 五、项目绩效分析 ................................................................................................................. 22 六、存在问题、有关建议及下一步研究设想 ..................................................................... 23
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一、项目概况
1.1 项目基本情况
项目名称：基于可控弱气流汽轮机房新型通风技术研发 项目编号：BY2016076-04 承担单位：东南大学 项目负责人：黄亚继
合作企业：中国能源建设集团江苏省电力设计院 无锡赛孚电力环境控制设备有限公司
起止年限：2016年7月—2024年6月
经费情况：合计30万元。其中，省拨经费15万元，自筹经费15万元。
1.2 项目研究背景
汽轮机房是火力发电厂的重要组成部分，它不仅是发电设备的主要布置场所、蒸汽的主要流经地区，更是工作人员运行检修的重点区域，每间隔一定时间沿着运转层检修通道下到夹层和底层、再穿到另一侧的锅炉房将整个汽轮机房和锅炉房完整巡视查看一遍、确保各设备正常稳定运行是工作人员每天必须完成的任务。汽轮机房空间体积巨大，除了控制室和部分机电小室以外，厂房内大部分空间是和外部相连通的，而由于内部包含了多个高温热力设备及管道，室内环境温度往往比外界高出不少，在炎热的夏季对工作人员的正常检修带来一定困扰；而到了冬季，外界过多冷风的渗透不仅会造成采暖效果变差、室内温度降低，更有可能对建筑结构产生一定损害。因此，火电机组汽轮机房通风技术的研究是一个与确保安全生产、营造舒适环境密切相关的课题。
火电机组汽轮机房具有以下几个主要特点：①设备散热量大。汽轮机及其辅助设备在运行过程中，散发出大量的余热，如一台600MW机组的汽轮机房内，设备散热量约为3MW，其平均热强度大约为32W/㎡；②通风换气量大。由于汽机轮房高度大并且设备散热量大，因此通风换气量大，如一台600MW机组汽轮机房（包括除氧间）通风换气量约为150×10kg/h；③热压大。由于汽轮机房的厂房高大，造成进排风口的高度差很大，与此同时设备散热量大也使得汽机轮房内外的空气密度差增大，而热压的大小又取决于两个开口处（进排风口）的高度差和室内外的空气密度差，
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所以汽机轮房的整体热压较大，如寒冷地区600MW 机组的汽轮机房，冬季汽轮机房的热压约为42Pa，夏季汽轮机房的热压约为5.8Pa。
目前国内外汽轮机厂房通风方案主要有四种：自然进风、自然排风方案；自然进风、机械排风方案；机械进风、自然排风方案；机械进风、机械排风方案。四种汽机房通风方式的优缺点总结见表1。
表1 汽轮机房通风方式优缺点
通风方式 自然进风、自然出风 自然进风、机械排风 优点 缺点 运行成本低、投 进、排风窗面积较大增加了空气的少；通风系统简单；运行、渗透也增加了采暖负荷；局部地方维护简单 过热、产生死角 系统简单，动力比大；在自然进风开窗面积较大，冷风渗透各种工况下能保证排风量 量增加；设备运行可靠性差，耗电 较多；维护、维修麻烦且管理人员要求素质较高 能满足通风降温要求而且保证冬季采暖需求、气流分配均匀、没有死角；冷风渗透减少，采暖需求量减少 进风能力高，能有效排出室内热湿空气；合理的进行通风气流组织 设备、风道占地面积大，布置麻烦，建设投资大，运行费用高；对于运行管理的要求高 建设初投资大，运行费用较高；运行管理人员的素质要求较高 机械进风、自然排风 机械进风、机械排风 对上述四种通风方式进行分析比较：(a) 从建设初投资分析，方式一投资最少，方式二和方式三其次，方式四投资最大；(b) 从运行成本分析，方式一不用电，运行成本最低，其次是方式二和方式三，方式四成本最高；(c) 从运行管理角度看，方式一运行管理简单、方便，方式二和方式三运行管理麻烦，而方式四需要素质较高的技工或技术人员；(d) 从运行效果分析，方式四最佳，其次是方式三和方式二，方式一效果最差。因此，本项目拟综合利用各种通风方案的优点，以自然进风、自然排风为基础，在局部高温和人员主要活动区域采用置换式可控弱气流机械送风的新型通风方式开展研究。
国内对火力发电厂汽轮机房的通风及节能问题已开始重视，目前已有相关研究者对汽轮机房通风系统的优化及节能措施开展了部分研究工作。浙江大学王建新使用CFD软件，对不同季节汽轮机房内温度和速度分布规律、自然通风和机械通风方式、风机开度及其运行模式对室内人工环境的影响进行了研究；陈耀南对主厂房室内不同高度温度分布情况、夏季建筑开口通风量、冬季
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门窗冷风浸入量等进行现场测试，研究了主厂房冬夏两季室内热环境分布的规律，并通过对比冬夏建筑开口风量数据，提出建筑开口面积的确定原则。李侃对蒙达公司二期工程主厂房通风进行了设计和分析，指出通风天窗阻力大对主厂房通风造成的影响，并采用多边形组合天窗对其进行了改造，达到了预期的通风目的；瞿家港采用数值模拟方法研究多个射流口送风与直接射流送风对冬季工况下汽轮机房采暖通风气流组织效果的影响，发现射流口送风在改善工作层平台处气流组织的同时使速度场分布更加均匀，可以达到较好的采暖效果。
国外有关厂房内通风的研究，主要有对厂房内相关结构的改造和优化、不同通风策略的影响效果以及室内空气品质的研究。研究的精度高，模型比较复杂，结论更接近实际。如Ardalan Aflaki等讨论了炎热天气下自然通风存在的问题，并研究了通风井、窗户与墙壁面积比、建筑朝向、百叶窗开度和角度对自然通风效果的影响情况；M.Tanabe和A.Miyake通过CFD对厂房内空气流通进行了研究，讨论了厂房通风量、模块区域间距、围护结构材料对通风效果的影响，结果表明“通道效应”可以增加西侧风的风速，而当模块区域间距变大时侧风风量增加，格栅形式楼板可以增大垂直方向上空气流动速度。Pierre-Sylvain Mirade等研究了以连续通风策略作为参考依据，研究了六种依据时间的间歇通风和依据温度的间歇通风。结果表明基于温度的通风策略比基于时间的通风策略可以更好控制室内温度并减少通风时间，基于温度的通风策略所采用的最佳温度间隔为0.7℃，而采用两种通风策略后可以减少每日能耗166kWh的电量。
另外，无论夏季或冬季，若使汽轮机房内温湿度达到相关规范要求，必然需要辅助的供冷或供暖设备，而汽轮机房围护结构的热工性能对厂房温湿度的影响显著。本项目组针对国内火电厂汽轮机房围护结构构造已进行了相关调研，发现普遍存在着夏季隔热及冬季保温性能较差的情况，而目前在汽轮机房围护结构热工性能要求及其在极端气候条件下对厂房内热湿环境的影响的研究方面则基本处于空白状态。我国幅员辽阔，因而针对各不同气候区研究汽轮机房围护结构构造，得到几种相对经济合理的围护结构形式，这对于调节控制不同季节汽轮机房内的热湿环境，改善人员及设备工作条件都有着重要的现实意义和工程价值，而且可以看出，节能潜力巨大。
综上所述，目前火力发电厂汽轮机房通风技术的研究主要局限于通风方案的改进和通风装置的改造上，研究内容单一，而对厂房内气流组织多因素（进排风面积/位置、围护结构形式、送排风方式、热源位置等）影响的研究很少，所以研究不同围护结构、气候、通风方案下厂房内气流运动情况对于发电厂正常运行和安全生产具有一定的学术意义和工程参考价值。
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江苏科技计划项目总结报告
