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发电厂蒸发冷却通风空调机组空气过滤器的设计方法
来源:http://www.rfilter.com/  发布时间:2020-07-01 13:55:58  点击数:319

近年来我国电力工业迅猛发展,技术水平显著提高,随着我国能源战略的逐步实施和调整,高效节能环保已成为发电厂建设的新理念。蒸发冷却空调技术是一项充分利用可再生能源节能环保技术,已在我国得到广泛的推广应用,且国家的暖通空调设计规范、节能标准和技术措施等技术法规如《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》(GB50736-2012)、《公共建筑节能设计标准》(GB50189-2005)中都明确规定尽量采取这一节能环保技术。

但是,由于发电厂所处的空气环境较差,为了保证送风区域的清洁要求以及缓解积尘对蒸发冷却器的换热性能的影响,需要在蒸发冷却通风空调机组中设置空气过滤器。随着科学技术和现代化工业的迅速发展,要了解空气过滤器的过滤机理、过滤材料以及类别,再根据蒸发冷却通风空调机组在发电厂中的应用,说明正确选用空气过滤器的重要性。在实际应用过程中,设计人员应对空气过滤器的类别和级数进行合理的选择。 树上鸟教育暖通设计在线教学杜老师。

空气过滤器

空气过滤器是通风空调系统中的关键设备,它的性能直接影响蒸发冷却通风空调机组中空气和水的热湿交换性能。近年来,空气过滤器过滤机理的研究,过滤材料的开发以及相关国家规范标准的出台,使空气过滤器的开发与应用取得了较大的发展。

(1)过滤机理

经典过滤理论中,空气过滤器的机理主要有五种效应:

扩散效应:尘埃微粒因为气体分子热运动的碰撞产生布朗运动,常温下粒径为 0.1μm 的微粒扩散距离为 17μm,微粒会运动到纤维层表面而沉积下来。粒径大于 0.3μm 的微粒布朗运动减弱,扩散效应随之减弱。

拦截效应:纤维层中的纤维排列错综复杂,形成了无数的网格。当某一尺寸的尘埃微粒运动到纤维层表面时,如果微粒的中心线到纤维表面的距离小于或等于微粒半径,在纤维表面微粒被拦截。

惯性效应:气流穿过排列复杂的纤维层时,流线运动方向会发生改变。当微粒质量或速度较大,流线方向变化时,微粒由于惯性来不及跟随流线同时绕过纤维,会脱离流线向纤维靠近,从而碰撞在纤维上沉积下来。

重力效应:尘埃微粒通过纤维层时,在重力作用下发生脱离流线的位移,因重力沉降沉积在纤维上。对于粒径小于 0.5μm 的微粒,重力效应可以忽略。

静电效应:当尘埃微粒随空气通过纤维时,纤维和微粒都可能带上电荷产生吸引微粒的静电效应。静电可以使微粒改变流线轨迹沉积下来,还可以使微粒更牢固地粘在纤维层表面,在不增加过滤 器阻力的情况下改善过滤效率。

(2)过滤材料

空气过滤材料是空气过滤器的核心部件,《空气过滤器用滤料》(JG/T 404-2013)中按过滤性能、所用材质、用途对过滤材料进行了分类。由过滤性能过滤材料分为超高效、高效、亚高、高中、中效、粗效等 6 种类别;由所用材质分为玻璃纤维、合成纤维、天然纤维、复合材料以及其他材质过滤材料;按使用用途分为空调通风净化用、通风除尘用过滤材料。

目前,常规过滤材料向复合材料、功能性滤料发展。复合材料是将不同纤维交织在一起形成的过滤材料,以克服单一材料功能上的缺陷。功能性滤料的前景非常广阔,主要指某些特殊的、不同于一般过滤材料的、能满足特定行业和领域对空气过滤材料特殊功能的需求的滤料。

(3)分类

在《空气过滤器》(GB/T 14295-2008)中,按照空气过滤器的性能、形式、滤料更换方式进行了分类。性能分类中按人工尘计数法主要分为亚高效过滤器、高中效过滤器、中效过滤器、粗效过滤器,见表 1。 

其中中效和粗效过滤器按照计数效率的不同又分成 3 个等级和 4 个等级,见表2。

 

按形式分为平板式、折褶式、袋式、卷绕式、筒式、静电式等 6 种类型。按滤料更换方式可清洗、可更换以及一次性使用。

在《高效过滤器》(GB/T 13554-2008)中,根据结构、效率和阻力、耐火程度等进行了分类。按过滤器滤芯结构分为有隔板过滤器和无隔板过滤器两类。

按效率和阻力分类, 通过 GB/T 6165规定的钠焰法检测的过滤效率不低于 99.9%为高效空气过滤器,由过滤效率和阻力性能分为 A、B、C 三类;通过 GB/T 6165 规定的计数法检测过滤器的过滤效率不低于 99.999%为超高效空气过滤器,由过滤效率和阻力性能分为 D、E、F 三类。根据GB 8624 规定,过滤器按所使用材料的耐火等级分为 1、2、3 三级。

发电厂蒸发冷却通风空调机组空气过滤器应用现状

(1)蒸发冷却通风空调机组

目前蒸发冷却通风空调技术已广泛应用在国内外各发电厂和核电站汽机房、电气设备间、集中控制室以及电子设备间中。发电厂通常使用的通风和传统空调制冷的降温方式,运行过程中存在着诸如室外温度过高仅靠通风不能满足厂房温度要求、自然通风风沙大影响设备正常运行、传统空调制冷耗电量大运行费用高等问题。

蒸发冷却通风空调技术的应用主要是为了改善夏季各通风房间室内温度过高,且为工艺设备提供安全稳定的运行环境。

室外空气经过进风口进入,经过过滤段把空气中的污染物过滤后,在蒸发冷却段空气和水发生热湿交换,使空气温度下降。目前已经使用或确定使用蒸发冷却通风空调机组的发电厂,蒸发冷却段的使用形式一般为直接蒸发冷却器,直接-间接蒸发冷却器。直接蒸发冷却常用的填料有:有机填料、无机填料、天然植物纤维填料、金属填料,填料-高压微雾复合式蒸发冷却通风空调机组也有使用。

板翅式间接蒸发冷却器、管式间接蒸发冷却器是间接蒸发冷却的主要应用形式。经过蒸发冷却段处理后的空气经由送风风机送至通风空调区域,蒸发冷却通风空调机组的结构图见图 1。

 

 

(2)应用中出现的问题

蒸发冷却通风空调机组一般在室外放置,为了保护蒸发冷却器以及送风空气的清洁度,空气过滤器的设置十分必要。目前,较多工程项目的蒸发冷却通风空调机组在使用中很短时间内就需要更换过滤器,大大增加了用户运行成本,同时造成了原材料的浪费。此外,若不及时清洗更换过滤器,在滤料上积尘会越来越多,阻力增加,从而导致送风量不足。

直接蒸发冷却器(段)是利用淋水填料层直接与待处理空气接触来冷却空气的;间接蒸发冷却器的核心是空气-空气换热器,换热器的具有两个互不连通的通道,通过两个通道的间壁进行换热,使一次空气得到冷却。若室外空气没有经过有效的过滤,会在蒸发冷却器的表面积尘,积尘与喷淋水混合后结垢,严重影响机组的热湿交换性能。

新疆某一电厂变频设备室采用直接蒸发冷却通风空调机组消除室内余热,机组放置在设备室楼顶,机组实物如图 2 所示。西安工程大学蒸发冷却团队于 2012 年 8 月对机组进行了测试,机组的空气过滤器表面附着大量积尘,过滤器表面积尘情况如图示。机组测试风量为 35000m³/h,经过测试发现送风风量达不到设计要求,后将空气过滤器拆卸,又经过测试室内送风风量均满足设计要求。

所以,设计者需要根据工程项目所在地的环境状况、过滤器的性能以及清洗更换周期对过滤器的选择有一个科学合理的掌握。

 

 

(3)应用形式的选择及介绍

一般情况下,最末一级过滤器决定空气净化的程度,上游的各级过滤器只起保护作用,它保护下风端过滤器以延长其使用寿命,或保护空调机组以确保其正常工作。在设计过程中,应首先根据用户的洁净要求确定最末一级过滤器的效率,然后,选择起保护作用的过滤器,如果这级过滤器亦需保护,再在它的上风端增设过滤器。

据笔者调研发现,蒸发冷却通风空调机组的过滤段一般设置粗效和中效两级过滤器,常用的粗效过滤器的形式有板式、卷绕式等,中效过滤器的常用形式为袋式过滤器。海南某核电站汽机房和除氧间用直接蒸发冷却通风空调机组过滤段由粗效和中效两级构成,粗效过滤器为波纹板式过滤器,中效过滤器为袋式过滤器。

目前粗效过滤器一般由中、细孔泡沫塑料,无纺布,玻璃纤维作为过滤材料,一般制作成板型、卷绕型、抽屉型等形状。板式过滤器因其价格低廉、重量轻、结构紧凑等优点作为空调机组的粗效过滤器广泛使用。

自动卷绕式空气过滤器通过过滤器前后压差转化为传感电信号并对过滤材料进行自动更换,且过滤材料常采用化学纤维,可以水洗再生重复使用。袋式空气过滤器作为中效过滤器一般设置在粗效过滤器后被其保护,滤袋可选用不同的过滤材料并做成不同的长度,可更换清洗。

在山西省西山晋兴煤业斜沟煤矿的变频机房内原来使用传统的精密空调处理机房内的温湿度,但由于山西地区的风沙大及矿区空气中的煤灰、沙尘较多,精密空调使用没多久过滤网就严重堵塞,直接影响设备的降温效果。

为了解决这一难题,西安工程大学与西安井上人工环境有限公司联合开发了带有卷绕式空气过滤器的间接-直接两级蒸发冷却空调机组(如图 3 所示),为了减少空气过滤器的维护运行管理工作量,设计了自动卷绕式空气过滤器(如图 4 所示),并采用了直流式全新风空调送风方式,彻底改善了该变频机房的工作环境,收到良好的效果。

实际上在我国西北等地区的火力发电厂变频机房同样存在着类似的问题,也可推广应用该技术,既可电厂变频机房的工作环境,又可减轻空调机组空气过滤段的维护工作量,还可保护直接(间接)蒸发冷却器等热湿交换功能段,提高蒸发冷却空调机组的换热效率。 

在我国西北及中东等风沙大的地区,可以在蒸发冷却通风空调机组前设置惯性过滤器清除大颗粒沙尘。实用新型专利“惯性过滤器”(专利号:201220214971.2)是设置了外部壳体、进风筒、出风筒的过滤装置。

进风筒内部为螺旋叶片结构,出风筒为倒锥形,进风筒尾端与出风筒的前端间隙套接,在惯性过滤器的底部还设置有排尘口。一般排尘口跟排尘风道相连,沙尘由排尘风机排出。巴基斯坦某核电站汽机房和除盐水车间使用的直接蒸发冷却通风空调机组,是由西安工程大学和南通昆仑空调有限公司联合开发,机组使用了惯性过滤器和袋式过滤器,机组实物图和惯性过滤器见图5、6。

巴基斯坦恰希玛核电厂二期工程中使用的蒸发冷却通风空调机组中采用了集成式惯性过滤器和板式过滤器,集成式惯性过滤器类似前述结构。日前,市场上还有一种针对风沙大地区的惯性过滤器,它由外部壳体、叶片、排尘口组成,相邻叶片间有一定的夹角。

在机组设计过程中选择空气过滤器时,在满足阻力要求的情况下,需要根据上述应用形式综合考虑工程所在地的环境条件、工程初投资等因素。

(4)运行维护

在机组运行过程中应定期检查过滤器的阻力超出初阻力的情况,这就要求安装阻力检测装置,以决定何时清洗或更换过滤器。发电厂蒸发冷却通风空调机组常用空气过滤器的更换周期见表 3,仅供参考,必要时根据实际情况确定清洗或更换周期。

 

 

结论

蒸发冷却技术在初投资、维修费用、运行费用方面均为机械制冷的 1/2、1/3、1/4,顺应发电厂高效节能环保的理念。为了缓解积尘对蒸发冷却器的换热性能的影响,需要在蒸发冷却通风空调机组中设置空气过滤器。通过文中对空气过滤器的过滤机理、过滤材料以及分类的介绍,设计人员需要科学合理选用空气过滤器:

(1)在分级设置空气过滤器时,两级过滤器规格不能相差太大,前一级过滤器应保护后一级过滤器;

(2)根据调研发现,发电厂蒸发冷却通风空调机组过滤段一般设置粗效和中效过滤器;

(3)在风沙较大地区的发电厂蒸发冷却通风空调机组宜在进风口前设置惯性过滤器和卷绕式过滤器;

(4)在机组运行过程中,需要对空气过滤器进行阻力检查和周期性清洗更换。

 

 

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