排烟方案（共9篇）
排烟方案 篇1
近几年, 国内城市发展迅速, 随之也带来了很多问题。为解决这些问题, 在综合考虑环境、资源、成本效益等因素的基础上, 规划部门已将部分城市路网体系转入地下, 如地铁、地下快速通道、地下交通枢纽等。不同种类的城市地下公共交通系统所担负的功能不同, 为缓解城市重要区域的地面交通拥堵问题, 一种新型城市地下公共交通系统———城市地下交通联系隧道应运而生。
城市地下交通隧道主要用于联系地下车库和地面道路, 设置于城市道路地下, 是专供机动车辆通行的、公共的、设有与地下开发空间和地面市政道路连接出入口的城市交通集散通道, 是城市地下空间开发的有机组成部分, 能够有效缓解地面交通压力。该系统使用城市地下空间, 兼有地下建筑和城市公路隧道的特点, 但同时又有其自身的特点。一旦发生火灾, 排烟及疏散设计比一般地下建筑及常规公路隧道复杂很多, 火灾危险性较大。
1 地下交通隧道的特点及研究现状
1.1 研究现状
美国防火委员会、世界隧道消防协会、日本和欧洲国家对隧道防火进行了深入的研究。目前, 虽已取得了一定的研究成果, 但仍有一些问题需要进一步研究。
我国在这方面也做了很多工作, 出台了相应的规范和标准。 如GB 50157-92《地下铁道设计规范》、TB10003-2001《铁路隧道设计规范》、JTJ 026.1-1999《公路隧道通风照明设计规范》、GB 50016-2006《建筑设计防火规范》等对地铁、铁路隧道和山岭公路隧道、城市隧道的防火与疏散设计作了部分规定, 对指导隧道防火设计起到了重要的作用。但目前国内还没有针对城市地下交通联系隧道的防火设计规范, 仅有北京市规委组织市政院、北京工业大学研究制定的《城市地下交通联系隧道的设计导则》, 可作为城市地下交通联系隧道消防设计的参考。
1.2 城市地下交通隧道特点
(1) 交通量大。分析发现, 交通量和隧道长度是影响隧道火灾频率的主要参数, 而城市地下交通隧道火灾事故频率比常规隧道高出3~7倍。
(2) 主隧道呈环形。该结构特点增加了火灾时隧道内烟气控制的难度。
(3) 隧道出入口多。火灾时, 与地下车库相连接的出入口会通过防火卷帘分隔。与地面道路相连接的出入口将成为天然的排烟口或补风口, 从而导致隧道内烟气流动更复杂, 火灾危险性更大。
(4) 埋深大, 坡度大。由于隧道需要连接地下车库和地面道路, 连接隧道的坡度在工程项目中较大, 有时甚至会达到12%, 远高于国际上建议的公路隧道坡度设计限值5%。当连接隧道发生火灾时, 容易产生烟囱效应。
(5) 断面狭小。断面高度一般在2.8~3.5m之间。火灾时, 受隧道净空高度的限制, 烟气很快沿水平方向流动, 并在隧道横断面内沉降, 威胁人员的安全疏散。
(6) 消防救援困难。地面人员很难准确了解隧道内火灾的位置和发展状况, 而且外部救援人员和设备很难进入隧道进行扑救。
(7) 火源位置随机。由于隧道内的车辆处于运动状态, 所以发生火灾的位置不固定, 可能发生在通道内的任何位置。
2 烟气控制方案
2.1 火灾通风排烟设计方法
(1) 纵向排烟方式。对于常规的城市隧道, 目前广泛采用的是纵向排烟方式, 即通过临界风速控制烟气向上游蔓延, 通过射流风机使烟气向下游蔓延, 烟气将从隧道口排出。疏散方式是起火点上游的人员沿上游方向步行疏散, 起火点下游车辆迅速驶离隧道。而城市地下交通隧道主隧道一般呈环形, 无法利用单纯的纵向排烟方式排烟。其排烟方式为“竖井送风+射流风机诱导+竖井排烟”。通过纵向排烟方式, 将烟气控制在有限范围内。目前, 这种排烟方式的难点在于临界风速的界定。临界风速过大, 可能会导致烟气蔓延范围过大;临界风速偏小, 可能会无法阻止烟气回流。因此, 为保证人员疏散安全, 往往需要通过性能化分析手段制定烟控方案。
(2) 横向排烟方式。横向排烟方式为“机械补风+机械排烟”的方式。即火源附近区域开启排烟口, 相邻上下游开启补风口, 形成区域循环的气流组织形式。但具体的补风、排烟方式要根据隧道自身特点确定。
纵向排烟方式的优点是不需要安装管道, 能够有效提高净空高度, 但其烟控方案需要分析论证, 烟气蔓延距离长。横向排烟方式造价较高, 可以将烟气控制在一定范围内。
2.2 防烟分区划分
在常规建筑中, 烟气控制方法是通过划分防烟分区将烟气控制在防烟分区内。而城市地下交通隧道由于其自身特点, 防烟分区的划分也要根据结构特点确定, 分析隧道内送风和排烟竖井的位置和疏散出口的位置, 并根据隧道的通风排烟模式确定防烟分区。
2.3 横向排烟的排烟量计算
针对城市地下隧道排烟量的设计方法, 目前主要是借鉴常规建筑的排烟量计算方法。
(1) 体积法。适用于中庭、汽车库等建筑。目前, 几个城市地下隧道工程广泛采用的是换气次数20 次/h计算的排烟量。
(2) 产烟量法。依据NFPA 92B以及《民用建筑防排烟技术规程》提供的相关烟气计算公式预测, 该方法与《CIBSE技术备忘录TM19》提供的计算方法基本一致。
火灾热释放速率中的热对流部分:
火焰限制高度:
烟羽流的平均温度:
产烟量:
表1是各变量参数的说明。
2.4 通风排烟安全判定准则
地下交通隧道火灾通风排烟安全性判定准则如下:
(1) 将烟气有效地控制在一定范围内, 烟气能够短时间排出通道, 保证通道的整体安全。
(2) 通过合理的烟气控制方案, 保证人员疏散安全。判定标准为:火灾中通道路面至上方2m空间在人员安全疏散完成之前, 各项参数应保持在不威胁人员生命安全的范围内。
火灾场景中除起火点周边外, 烟气层下方空间的温度、能见度、CO和CO2体积分数的判定值分别为:50 ℃、5m、0.05%、1%。
3 工程应用
3.1 工程概况
某城市地下交通联系隧道主通道长约810 m, 主通道净宽9m, 净高3.5m, 车行通道整体呈环状分布, 为单向双车道加紧急停车带的形式, 仅通行非危险化学品的小型车辆。另外有两条净宽度为9m的连接通道, 三条净宽为7m的车库连接通道, 连接各地块的地下停车库, 见图1所示。
根据隧道的自身特点, 每两个疏散出口之间作为一个防烟分区, 每个防烟分区的长度不超过150m, 在主通道上设置800mm挡烟垂壁划分防烟分区。各连接通道作为独立的防烟分区。排烟量根据体积法和排烟量法确定。体积法按照换气次数20次/h计算每个防烟分区的排烟量, 排烟量法按照5 MW火灾计算烟气生成量, 两者取大值。补风量按照排烟量的80%计算。
3.2 火灾通风排烟设计
工程拟采用横向排烟方式, 基本烟控思路为上游补风, 下游排烟, 见图2所示。具体烟控方式如下:
(1) 当火源位于某个防烟分区2内时 (如火源1) , 则防烟分区FY2排烟, 上游防烟分区FY1补风。若烟气蔓延至下游, 联动启动下游防烟分区排烟。
(2) 当火源位于防烟分区交界处时 (如火源2) , 则防烟分区FY2、FY3 共同排烟, 上游防烟分区FY1 补风。若烟气蔓延至下游, 联动启动下游防烟分区排烟。
选取该隧道中的一个典型场景进行模拟分析, 数值模拟软件选用FLUENT。隧道内的火灾规模设置为5MW的快速T2火, 隧道内初始模拟环境温度为300K, 烟控系统的启动时间为火灾发生后180s。隧道部分结构如图3所示。
3.3 模拟计算分析
火灾场景1 工况:火源位于防烟分区内 (如图3 所示) , 进行自然排烟。模拟结果如图4所示。
火灾场景2工况:火源位于防烟分区内, 烟控方式为着火分区进行排烟, 上游进行补风, 当烟气蔓延至下游, 联动启动下游防烟分区排烟系统排烟。截取距地面2m处不同时刻的温度场及能见度场分布图, 如图5所示。
通过火灾场景1的模拟结果可知, 着火后, 烟气向隧道两侧蔓延, 450s后烟气充满两个防烟分区。
火灾场景2模拟至300s时, 烟气迅速朝下游蔓延, 烟气在隧道内的覆盖长度在80m左右, 起火点所在的防烟分区内除起火点位置外其他区域能见度也维持在临界值5m以上。同时能见度受到烟气影响的区域均为起火点下游区域。
在上游补风、下游排烟的烟控方案下, 烟气控制在3个防烟分区内。上游分区补风可防止烟气向上游蔓延。
4 总结
城市地下交通联系通道的特殊结构使其火灾通风排烟比较复杂。笔者提出了火灾时通道的烟控方案, 根据通道特点合理选择纵向或横向通风排烟方案。结合某工程案例, 利用FLUENT进行火灾烟气蔓延的模拟分析, 希望为其他工程提供设计参考。
参考文献
[1]华高英, 王伟, 赵耀华, 等.地下交通联系隧道典型火灾场景的烟气控制研究[J].建筑科学, 2010, (8) :92-97.
[2]华高英, 李磊.城市地下交通联系隧道烟控设计研究初探[J].暖通空调, 2013, (6) :104-108.
[3]康晓龙, 王伟, 赵耀华, 等.城市地下交通隧道性能化防火设计探讨[J].建筑科学, 2007, (8) :4-8.
[4]Galdo M, Maria K, Manuel J, et al.Numerical 3Dsimulation of a longitudinal ventilation system:memorial tunnel case[J].Tunneling and Underground Space Technology, 2008, 23 (5) :539-551.
[5]CIBSE.CIBSE Guide E:Fire engineering[M].London:Portland Press Ltd, 2008.
[6]GB 50157-92, 地下铁道设计规范[S].
[7]TB 10003-2001, 铁路隧道设计规范[S].
[8]JTJ 026.1-1999, 公路隧道通风照明设计规范[S].
[9]GB 50016-2006, 建筑设计防火规范[S].
[10]程铁华, 刘敏, 邢奕, 等.公路交通隧道火灾探测技术研究[J].消防科学与技术, 2010, 29 (1) :51-54.
排烟方案 篇2
隧道施工通风排烟方案实例计算
隧道施工通风排烟是改善隧道施工环境的重要手段,以四川省甘孜州雅砻江两河口交通工程5号公路2号隧道进口段为实例,进行隧道通风排烟方案的计算和设备选择.
作 者：江奇峰 JIANG Qi-feng 作者单位：中铁十一局集团第三工程有限公司,湖北,十堰,44刊 名：石家庄铁路职业技术学院学报英文刊名：JOURNAL OF SHIJIAZHUANG INSTITUTE OF RAILWAY TECHNOLOGY年，卷(期)：9(1)分类号：U452关键词：隧道 通风排烟 实例计算
中庭两种排烟方案的实验对比 篇3
1 中庭排烟方式
对于中庭式建筑,目前常用的排烟方案有三级排烟方案和二级排烟方案两种。其中,三级排烟方案是在功能房间、回廊、中庭顶部分别设置排烟系统,如图1所示。房间着火时,根据烟气探测报警系统的指示依次开启着火房间、回廊和中庭顶部的排烟设施。
二级排烟方案是在功能房间和中庭顶部分别设置排烟系统,回廊区域不设置排烟系统,如图2所示。房间着火时,根据烟气探测报警系统的指示依次开启着火房间和中庭顶部的排烟设施。
中庭式建筑的工程应用中,通常采用数值模拟软件FDS对具体项目排烟方案的控烟效果进行模拟分析。上述两种排烟方案的实际控烟效果如何,两种排烟方案分别适用于哪种空间类型的建筑,笔者通过全尺寸火灾实验进行对比研究。
2火灾实验
2.1实验室布置
实验场地为公安部四川消防研究所大空间实验室,实验装置设计如图3所示。实验室为单层钢结构,局部办公为3层,着火房间位于实验室中部,房间、回廊、中庭等的尺寸见表1所示。
着火房间、回廊、中庭分别设置机械排烟系统。其中,房间按120m３/(h·m２)设计排烟量,取30 000m３/h;回廊内按60m３/(h·m２)设计排烟量,取20 000m３/h;中庭按4 次/h体积换气设计排烟量,取228 000m３/h。
2.2 工况设计
表2列出了全尺寸火灾实验时采用的工况。
2.3 火源设计
选用由标准木条堆积而成的木垛为燃料,使用浸有柴油的木棍点火。通过实验锥形量热仪的标定,确定火灾规模为3 MW时的火源参数,见表3所示,木垛布置如图4所示。
2.4 温度测量
采用铠装热电偶测量温度,温度范围0~1 100 ℃。根据实验情况,共布置10 个热电偶点位,分别布置在着火房间、回廊和中庭,如图5所示。所有布点处热电偶的编号与标高,如表4所示。
3结果与分析
3.1实验现象
实验中,采用三级排烟方案时,一部分热烟气被着火房间内的机械排烟系统排至室外,其余热烟气通过着火房间开向回廊的窗户进入回廊;回廊内一部分热烟气被回廊机械排烟系统排出,其余来不及排出的烟气在回廊内蔓延并蓄积,如图6(a)所示。当填充完整个回廊后从挡烟垂壁下方溢出进入中庭;中庭内的烟气经过上部的机械排烟口排出至室外,见图6(b)所示。整个实验过程中,大部分烟气在着火房间及回廊处被排出,进入中庭内的烟气较少。但由于烟气经过回廊蓄积后温度降低,进入中庭的烟气没有明显的分层现象,大部分聚集在靠近顶部的位置。
采用二级排烟方案时,回廊不设挡烟垂壁,一部分热烟气被着火房间内的机械排烟系统排出至室外,其余热烟气通过着火房间开向回廊的窗户进入回廊;烟气不在回廊下蓄积,仅在水平方向蔓延一段距离后直接进入中庭,见图7(a)所示;最后通过中庭上部的机械排烟口排出至室外,见图7(b)所示。整个实验过程中,回廊下方不蓄烟,热烟气主要通过着火房间及中庭的机械排烟系统排出,大部分火灾烟气蓄积在中庭内;由于烟气直接进入中庭,因此温度较高,大部分上升至顶部才开始水平蔓延并蓄积,烟气在中庭内分层的现象明显。
3.2 温度变化
3.2.1 回廊温度变化
实验中,通过热电偶分别记录北侧回廊中部和南侧回廊拐角处各探点的温度变化,结果如图8所示。
采用三级排烟方案时(工况1),回廊内各探点温度升高3~11 ℃;采用二级排烟方案时(工况2),回廊内各探点温度变化较小,仅升高1~2 ℃。这是因为三级排烟时热烟气大量聚集在回廊导致回廊温度变化明显,二级排烟时烟气在回廊聚集较少使回廊温度变化较小。
关注人员活动高度2m处的温度变化情况时,两种方案中,三级排烟时的温度变化与二级排烟时相差仅1℃,回廊各探点的温度变化均在人员耐受极限范围内。
3.2.2 中庭温度变化
实验中,通过热电偶分别记录中庭东侧各探点的温度变化,结果如图9所示。
由于中庭体量较大,探测点温度变化均较小,中庭内各探点温度在25~28 ℃范围内,整个中庭温度上升不明显,表明高大中庭内烟气蓄积对环境温度的影响较小。
探测点温度变化情况也可表明三级排烟和二级排烟时高温烟气蓄积在中庭的高度。三级排烟时,由于烟气在回廊水平蔓延导致温度降低,大部分烟气蓄积在中庭9~13m的位置,该高度范围内烟气温度较高;二级排烟时,烟气直接进入中庭并上升到顶部聚集,因此中庭内13~16m范围内的烟气温度较高。由此说明,当烟气不在回廊水平蔓延,可短暂经过回廊进入中庭时更有利于中庭的烟气控制。
4 结论
通过对三级排烟方案与二级排烟方案的全尺寸火灾实验研究,得到如下结论:
(1)采用三级排烟方案时,火灾早期产生的热烟气主要通过房间及回廊的机械排烟系统排出,热烟气大部分在回廊内蓄积使回廊温度较高;进入中庭内的热烟气较少,烟气在中庭分层不明显,中庭内温度变化较小。
(2)三级排烟方案下,回廊内采用60m３/(h·m２)排烟量能有效控制火灾烟气在人员活动范围以上,烟气温度等指标在人员安全范围以内;中庭采用4 次/h换气次数排烟量能有效排走中庭内部烟气,中庭内温度不会影响人员安全。
(3)当回廊较长、较宽,且中庭面积较大、高度较低时,回廊设置机械排烟系统可以更好地蓄烟和排烟,推荐采用三级排烟方案。
(4)采用二级排烟方案时,火灾早期产生的热烟气部分通过房间机械排烟系统排出,烟气仅在回廊较小范围蔓延并不在回廊蓄积,回廊温度较低;大部分烟气直接进入中庭并在中庭顶部蓄积,烟气在中庭分层现象明显,中庭内温度变化较小。
(5)采用二级排烟时,中庭采用4 次/h换气次数排烟量能有效排走蔓延至中庭内的烟气,中庭内热烟气聚集在顶部,温度等指标不会影响人员安全。
消防排烟风机简介 篇4
双速双动力消防防排烟风机
简介：
双速双动力消防防排烟风机是中国第一套双速双动力风机。由广州三业科技有限公司专门为工矿、隧道、坑道、地铁、车库、楼宇、电梯前室、油汽田开采、野外作业、军事等多种通风场所而自主研发设计的新系列智能消防通风设备。该设备目前已获国家专利。
产品简介
专利产品双速双动力消防防排烟风机分四部分构成：双速电动机、风冷柴油发动机、智能控制系统、通风机。低速运行实施通风作业，消防时智能切换高速运行实施防排烟作业；电动机、柴油机双动力驱动，电源故障时柴油机智能投入。
双速双动力消防防排烟风机有效解决现有分别配备通风风机和消防防排烟风机的双重配置，同时解决为电动消防防排烟风机配备备用电源的昂贵投入。
产品特点
1.智能切换工作模式
双速：
平时，低速运行，实施通风作业
消防时，智能切换高速运行实施防排烟作业
双动力：
平时，市电拖动电机运行
市电故障，智能切换柴油发动机运行
2.全智能控制
自动故障诊断；
自动在线巡检；
自动程序控制；
自动过程控制；
自动数据采集；
无须专人专业编程。
3.远程遥控
设备带通信接口，可直接与控制中心联网实现“四遥”(遥调、遥讯、遥监、遥控)监控及运行记
广州三业科技有限公司地址：广州海珠区江湾路111号
4.独创的机电，一体化设计
用户只须连接进/出通风管即可工作, 免通风风机和消防防排烟风机的双重配置
应用领域：
工矿、隧道、坑道、地下车库、楼宇、高层建筑、油汽田开采、野外作业、军事等多种重要通风场所。
产品选型表：
排烟方案 篇5
目前,对于城市环隧的研究,主要集中在通风方式的研究。华高英等对北京市CBD城市环隧的5种典型火灾场景进行了烟气模拟,分析了不同烟气控制方案的排烟效果,认为“分段射流风机 +轴流风机诱导送排风”的通风方式可以避免火灾烟气在整个隧道中蔓延,为人员疏散创造有利环境。余后从等通过小尺寸模型实验对采用“分段自然通风+半横向机械通风”通风方式的某城市环隧进行分析,认为对无自然排烟口路段地下交通环廊, 隧道顶部的排烟量越大,烟气层下降的越慢,顶部以下的烟气温度越低,越有利于隧道内的人员疏散。钱晓彬等采用FDS对武汉某城市环隧进行了烟气模拟,发现在轴流风机排烟量满足需求的前提下,采用“分段半横向”通风方式可使大部分火灾烟气通过隧道顶部排烟道排出, 烟气被控制在火源上下游430m范围内,大大提高了人员疏散的安全性。
以上研究的城市环隧均是单环隧道,仅由主隧道和出入口支隧道构成,无连接主隧道的连接隧道,没有对城市环隧连接道烟气控制方案进行研究,若连接道烟气控制方案设置不合理,不仅会威胁位于连接道人员的安全疏散,更有甚者会影响主隧道人员的安全疏散。因此,有必要对不同城市环隧建设规模及通风方式进行统计,分析由于连接道的存在而形成的多环城市环隧纵向排烟的难点,并结合实例对多环城市环隧连接道纵向排烟烟控方案进行研究。
1城市环隧排烟方式设计现状分析
城市环隧作为一种新型的城市地下交通系统,能够很好地缓解城市核心区域的交通拥堵问题,为了满足社会发展的需要,该类隧道必定会在更多的城市建设,而多环城市环隧更是如此。目前,国内已修建并拟建多条城市环隧,部分城市环隧的建设规模与排烟方式统计,见表1所示。
根据统计结果,城市环隧的排烟方式主要有纵向排烟和横向排烟两 种。对于采用 横向排烟 方式的城 市环隧,其优点为就近排 烟,能够将烟 气控制在 火源附近 区域,控制烟气的蔓延范围,烟气控制方案相对简单,但由于横向排烟方式需要在隧道顶部设置排烟管道以及挡烟垂壁,占用隧道的空间较大,投资成本较高。而对于采用纵向排烟方式的城市环隧,当火灾发生时,则需要根据不同的火灾场景开启相应轴流风机和射流风机进行联动排烟,风机开启的台数以及转向需要结合特定的火灾场景确定,烟气控制方案复杂。此外,对于拥有连接道的城市环隧,连接道会与主隧道连接形成岔路口,位于主隧道的轴流风机送的风量可能在岔路口分流,减少进入连接道的有效风量,不利于形成临界风速,导致连接道的烟气控制更加复杂,连接道会对多环城市环隧纵向排烟产生一定的影响。
2连接道对多环城市环隧纵向排烟影响分析
相比于单环环隧,多环环隧主隧道区域的烟气控制更为复杂,这主要是 由于主隧 道连接道 的设置引 起的。 主隧道内每设置一条连接道,对应增加2个三岔路口,若主隧道内的连接道越多,则多环环隧内的岔路口也越多, 烟气气流组织的泄压口越多,而每个泄压口均是火源上游补风的漏风点,会影响临 界风速的 形成,导致烟气 回流;每一个岔路口都有可能成为火源下游烟气的流动口, 从而扩大烟气蔓延范围。由于连接道两端的岔路口既会影响火源上游断面风速的形成,又会扩大烟气的蔓延范围,为了保证火源上游形成足够的断面风速,限制烟气的蔓延范围,需要开启 较多的通 风设备,而开启的 设备越多,可靠性越低,同时也加大了烟气控制的复杂性。
连接道与主隧道连接通常会形成局部小环,当小环内发生火灾时,若临界风速设置过大,可能出现烟气蔓延范围到达火源上游补风口的位置,烟气在送风口的作用下,容易沿着风流继续往下蔓延,导致烟气在整个小环区域内蔓延,不利于人员安全疏散及消防救援。此外,对于单环环隧,纵向通风排烟的烟控目的是将烟气控制在一半的隧道长度范围内,因而可认为火源点上游隧道一半区域为上游;同理,隧道另外一半区域为下游。而对于多环环隧,由于连接道 的存在导 致火源上 下游较难 区分。 连接道越多,形成的环路越多,烟气的蔓延范围可能既包括主隧道区域,又包括连接道区域,烟气蔓延区域距离火源较近,很难判断是火源上游还是下游。
3某多环城市环隧连接道烟气控制研究
3.1工程概况
某多环城市环隧及风机布置,如图1所示。由环形主隧道、连接环形主隧道的连接道(BL、NL)、出地面的出入口支隧道(C1、R1、C2、R2、C3、R3、C4、R4)、车库连接道 (Z2、Z3)组成。该隧道中主隧道形成大环,主隧道和连接道BL、NL分别形成北部小环和南部小环,隧道采用单向逆时针行驶的交通组织方式,净高为4.3m。该城市环 隧共设置32组射流风机(SL1~SL32),每组2台射流风机,环形主隧道沿线共设置7座风井(F-1#~F-7#),车库连接道Z2、Z3分设一座风井(F-8#、F-9#),每座风井内设置一台轴流风机,所有风机均为双速可逆转风机,正常通风时低速运行,消防排烟时高速运行。图中,F-1# 指1#风机房,SL-1指1#射流风机。
3.2临界风速计算
针对纵向通风的隧道火灾,由通风设备形成的纵向排烟风速应大于临界风速,从而控制火源处烟气不发生回流,并保证火灾上 游人员的 安全疏散 以及消防 救援。 因而临界风速的合理取值对于通风、排烟设备的风量配置是关键参数。目前,许多研究者已通过理论研究以及模型试验研究获 得临界风 速的计算 公式。在这些公 式中,本隧道采用 代表性及 通用性较 强,由Danziger和Kennedy研究得出的公式计算临界风速,见式(1)。
式中:Vc为临界风速,m/s;T0为大气环境温度,℃;ρ0为大气环境密度,kg/m3;g为重力加速度,m/s2;W为隧道宽度,m;H为隧道高度,m;T为热烟气层的温度,℃;Qc为对流热释放 速率,kW;Cp为比热容,kJ/(kg·K);Kg为坡度影响因子;grade为坡度;K为修正系数,0.61。
参考PIARC和NFPA 502,考虑2~3辆小汽车 着火,将连接道的火灾 规模设为10 MW,并且假定T0为300K,由Danziger和Kennedy公式计算得出连接道的临界风速为1.8m/s,结合《公路隧道通风设计细则》对临界风速的要求,选择2.0m/s作为连接道的临界风速。
3.3数值模拟
3.3.1烟气控制方案设置
以风机房送排风口为边界,结合隧道建筑形式,将主隧道划分为9个烟控区段,其中两条主隧道连接道分别划分为一个烟控区段,如图1所示,在连接道内设置2个火灾场景。主隧道连接道烟控方案的制定原则为,发生火灾后,利用连接道所在小环设置的轴流风机防排烟,作为排烟补风路径,尽量减少连接道火灾对主隧道的影响。 表2所示为连接道的烟气控制方案。
3.3.2气流组织分析
(1)场景1。排烟路径:下游F-7# 排烟,C4辅助排烟。送风路径:上游F-1# 送风,C1漏风,R1可辅助补 风,上游附近F-2#依模拟结果辅助送风。连接道上游三叉点为送风漏风点 ,下游三叉点为排烟泄漏点 。气流组织见图2所示。
(2)场景2。排烟路径:下游F-4# 排烟,C2辅助排烟,依据模拟结果下游F-3#可辅助排烟。送风路径:上游F-5#送风,R3漏风,同时R3也可辅助补风,上游附近F-6#依模拟结果辅助送风。连接道上游三叉点为送风漏风点,下游三叉点为排烟泄漏点。气流组织(见图3)。
3.4计算结果分析
(1)烟气运动。根据模拟结果,各场景的烟气运动情况如下。场景1-1:烟气发生回流,并蔓延至送风口处;场景1-2:烟气未回流;场景2-1:烟气在岔路口回流非常严重;场景2-2:烟气在岔路口回流较为严重;场景2-3:烟气被控制在2个排烟口范围内。部分气流运动图,见图4、 图5所示。
(2)各场景模拟断面平均风速变化,见表3所示。
对于场景1-1,由于仅开启上游1台轴流送风机F-1 #,根据气流组织分析可知,在补风路径上会发生多次漏风,导致进入连接道BL的风量较少,不能形成大于临界风速的 断面风速 ,故导致烟 气发生回 流 。场景1-2在场景1-1的基础上加开F-2# 送风,以增加进入连接道BL的风量,由模拟结果可知,火源上游断面的平均风速大于临界风速,烟气未回流,且由于排烟路径上可充分利用支隧道进行排烟,故只需开启1台排烟风机即可将烟气控制在2个烟控区段。根据场景2的模拟结果可知,由于出入口支隧道距离火源下游较远,不能充分利用支隧道进行排烟,故需开启2台排烟风机进行排烟。
因此,对于场景1和场景2,分别选择场景1-2和场景2-3作为烟气控制方案,分别启动的风机原则为:二送一排与二送二排。场景1中充分利用C4、R4进行自然排烟,故1台排烟风机也能控制烟气蔓延范围,若没有这个条件,则也应启动2台排烟风机。
4结论
对城市环隧排烟方式设计现状以及连接道对城市环隧烟气蔓延影响进行分析,并运用FLUENT软件对某多环城市环隧连接道进行烟气模拟,得到以下结论。
(1)多环环隧的烟控难度远大于单环环隧。且相比单环环隧,多环环隧中火源上游始终安全的理念并不完全适用,因而有条件时,对于多环环隧,尽量采用横向排烟方式,以减小烟气控制难度。
(2)多环环隧连接道与主隧道连接的三叉点上游附近的轴流风机,若辅助排烟,建议距离该三叉点不超过30 m,以减少烟气对上游人员疏散的影响。
(3)多环环隧中,在小环布置的送风机和排烟风机, 建议与出口支隧道相邻布置,充分利用出口支隧道进行自然排烟或机械排烟,以减少烟气在小环内转圈的可能性。出口支隧道上游的轴流风机,尽量布置在外环,以减少该风机用于送风防烟时从支隧道的漏风量。
(4)主隧道连接道烟控方案的制定原则为:发生火灾后,利用连接道所在小环设置的轴流风机防排烟,作为排烟补风路径,尽量减少连接道火灾对主隧道的影响。若没有出入口支隧道辅助排烟,则需启动2台送风机 和2台排烟风机,才能控制烟气蔓延范围。
摘要：总结国内部分城市环隧的建设规模以及排烟方式,分析连接道对多环城市环隧纵向排烟的影响。以采用纵向排烟方式的北京市某多环城市环隧为例,采用FLUENT软件对多环城市环隧连接道进行烟气模拟,并根据模拟结果提出多环城市环隧连接道纵向排烟的烟控方案。
排烟方案 篇6
根据烟气的运动特性,隧道多采用顶部排烟,而双层隧道没有充足的顶部空间来设置集中排烟道,故采用侧向排烟的方式来控制隧道烟气的蔓延。针对双层隧道的特点,采用FDS,对其侧向排烟模式在火灾条件下的排烟情况进行模拟计算,研究不同排烟口面积、间距、数量对双层隧道侧向通风排烟效果的影响。
1模型建立与火灾场景
1.1隧道模型
越江隧道结 构:外径、内径分 别为14.5 m和13.3m。盾构隧道结构横断面按双层行车道布置,每管隧道分上下两层,上、下层各布置两条行车道,路面宽度均为8.5m,行车道限界高4.5m,隧道右侧布置上下层之间的楼梯道及检修逃生通道,左侧布置上下层车道共用的排烟道,隧道内管线利用其余富裕空间布置。该排烟道上至上层行车道侧墙顶,下至中隔板底以下1m,面积约6m2,如图1所示。
模型尺寸参照该隧道参数进行简化:考虑计算的精确性及计算量,隧道模型取外半径为7m,内半径为6.5m;取车道宽8m,车道板厚0.5m,上车道最大高度为6m,下车道行车高度为5m,两侧隔墙厚度都取0.5m;考虑到烟气在隧道中扩散的距离较远,取隧道模型长度为805m。
1.2计算场景及参数设计
隧道上下两层车道都采用侧向排烟。由于下车道的排烟口紧挨着车道板,下车道内的排烟口相比上车道的排烟口的排烟位置更高,更有利于排烟。考虑最不利条件,上层车道排烟困难,将火灾设在上层隧道的中部。为使计算更加精确且方便,将整个模型划分为8个计算区域(见图2),每个计算区域的网格尺寸划分不同,分别满足2或3或5的n次方,其中火源 附近的网 格尺寸为0.25m×0.25m×0.25m,距离火源最远的网格尺寸为0.5m×0.5m×0.5m。
2模拟结果与分析
2.1排烟口面积的影响
(1)排烟口流量分析。模拟计算时,对排烟口进行编号,以火源为对称中心,火源上游编号为负,火源下游编号为正,距离火源越远排烟口编号越大。各排烟口流量统计如图3所示。由图3可知,排烟口面积越大,流量分配越不均匀,-1号和1号排烟口的流量随着排烟口的增大逐渐减小,-2号和2号排烟口的流量随排烟口的增大而逐渐增大,与张玉春等对特长公路隧道中排烟方式研究的结果相同。这是由于-2号和2号排烟口距离两端的风机更近,排烟时的风压更大;当排烟口增大时,排烟阀的气流阻力减小,而离风机最近的排烟阀的阻力最小,故其排烟量会增加。还可以看到4个排烟口的流量之和均大于排烟风机的总排烟流量120m3/s,由于高温烟气从排烟阀进入排烟道后经过排烟道内空气、墙壁等的冷却作用,烟气温度下降,体积减小,故总流量减少。
各排烟口流速统计如图4所示。由图4可知,排烟口面积为2m2的流速都在15m/s以上,而排烟口面积为4m2和6m2的流速均在10m/s以下。排烟口的排烟速率应适当,过大易导致吸穿现象发生,使排烟口只吸收空气而不排出烟气。据相关标准,排烟口的排烟速率不应大于10m/s。同时,排烟口过大,流速过小使得排烟阀尺寸偏大,造成工程成本增大。由此可以看出4m2的排烟口较合适。
(2)隧道温度及能见度对比分析。为利于人员逃生,一般设定极限温度为68℃,能见度下限为10m。图5和图6分别为火灾发生1000s后距离隧道地面高2m处各点的温度和能见度分布图。从温度分布图看,三种工况下隧道2m处的温度除火源附近较高外,其余大部分地方都低于68℃。排烟口大小对温度的影响并不十分明显,三条温度分布曲线在一定程度上可认为是重合的。从能见度分布图可以得出相似的结论,排烟口大小对火灾稳定后隧道能见度分布影响较小。因为当火源功率达到最大、火灾稳定后,火灾产生热烟气量也达到稳定,而隧道的总排烟量是固定不变的。所以,火灾后期烟气蔓延的范围和隧道内能见度以及温度情况受排烟口的影响不大。
2.2排烟口数量的影响
(1)排烟口流量分析。表2记录了二、四工况中各排烟口的排烟流量。由表2可知,工况四中距离火源最近的两个排烟口的流量只有工况二中该处排烟口流量的一半。热烟流没有在火源附近得到有效地控制,更多的烟气蔓延到两边较远的地方。这可能是由于排烟口多,火源附近的两个排烟口排烟风压减小,对热烟流的抽吸能力弱;同时,离火源最远的两个排烟口由于距离排烟风机更近,风压更大,抽吸作用强,除了将一部分新鲜空气吸入排烟口外,同时对热烟气产生较强的抽吸作用,使其快速向两边蔓延,不利于烟气的集中排放。此结果与王忠等对胶州湾海底隧道的防排烟研究结果相同。即一定程度上,4个排烟口优于6个排烟口。
不同时间记录隧道中烟气分布如图7、图8所示。可知,在火灾发生初期,烟气在隧道中分层都很明显,对人员疏散非常有利;随着排烟口打开,烟气分层结构遭到破坏 ,在火灾发生400s后烟气下沉较为明显,几乎侵占整个隧道断面,越往后隧 道中烟气 浓度越高,逃生环境 越差。但通过对比两 工况的Smokeview视屏文件 可以发现,开4个排烟口比开6个排烟口的烟雾分层现象更为明显。这是因为排烟口少,对热烟流的扰动就越少,说明适当减少排烟口数量是有利于排烟的。
(2)隧道温度及能见度对比分析。不同排烟口数量下不同时刻隧道内能见度分布,如图9所示。
由图9可知,在400s以前两工况隧道的能见度都比较理想,都大于10m,而600s后部分地方的能见度则下降到10m以下。尽管排烟口开启的数量不同,但两种工况隧道的能见度分布规律却基本相同,即能见度沿隧道长度方向呈“W”型分布,火源附近和隧道两头能见度较高,中间部分能见度较低。随着时间的推移,火源处的能见度逐渐降低,隧道两端 的低能见 度范围也 逐渐加宽。大部分区域内,4个排烟口时的能见度要明显高于6个排烟口。随着火灾的进行这种差距在逐渐减小,但在火源附近还是4个排烟口 时的能见 度要明显 高于6个排烟口,即4个排烟口优于6的排烟口。两工况下隧道温度变化也有相似的结果。
2.3排烟口间距的影响
(1)排烟口流量分析。图10记录了火灾稳定后在工况二、五、六中各排烟口的排烟流量变化。可知,三种工况下4个排烟口流量基本相同,排烟流量没有因为排烟间距的增加而发生明显的变化。由图11排烟口温度变化可知,对于距离火源较远的排烟口,随着间距的增大排烟温度下降很明显。这是由于排烟口间距越大,烟气从产生到最后排出所经过的距离较长,与隧道壁和隧道低层低温空气热交换充分。对于距离火源较近的排烟口,随着间距的增加,所排烟气的温度反而有所上升,这是由于排烟口位于隧道一侧,排烟口最高处低于 隧道顶部2m,且火源附近区段热烟气温度较高,浮力较大,沉降不明显。所以相对而言,距离火源较近的排烟口排烟较为困难,一定程度上排烟口间距增大有利于人员疏散安全。
(2)隧道温度及能见度对比分析。由图12可以得出隧道能见度分布的大致规律,即能见度呈近似“W”字形分布。在火源两边30~60m的范围内有一个能见度急剧下降的区段(在400s和600s比较明显,800s后趋于平缓),该区段的起始位置在各工况的-1号和1号排烟口附近。由于火源处的烟气温度较高,浮力大,不易沉降,故而火源附近烟气分层明显,隧道的能见度高;当烟气蔓延到排烟口附近时,排烟口所产生的气流迫使隧道顶部烟气向排烟口移动,对烟气层产生了扰动,破坏了烟气的分层,使得烟气从此处开始沉降,能见度开始迅速降低。随着火灾的进行,隧道产生的烟气量逐步积累,排烟口处沉降的烟气逐渐向火源处蔓延,火源附近的能见度也随之下降,隧道中能见 度分布不 再变化剧 烈,于是出现 了800s时相对平缓的能见度曲线图。
整体来看,排烟口间距对火灾烟气控制的影响不大。对比400s时各工况的能见度曲线图可以看出,火源附近能见度较高的区域随着排烟口间距的增大而延长,这对于火灾初期人员迅速逃生是有利的。但距离进一步延长会增加烟气的扩散距离,对隧道内人员的安全不利,且一旦火灾规模增大,烟气量增大,排烟口间距过大,排烟口相对减少,不利于排烟。因此,相对而言90m的间距较为合适。
观察不同时间隧道的温度分布曲线图(见图13),可以得到相似的结果。因此,适当增加排烟口间距可以延长从火灾发生到隧道中能见度开始迅速降低的时间,同时增加了安全区间的长度,为火灾初期人员迅速通过附近的门洞逃生提供了有利条件。
3结论
(1)对于无纵向风条件下的侧向排烟,排烟口面积、开启数量以及间距都只在火灾发生初期对烟气的蔓延起一定的控制作用。当火源功率达到最大、火灾稳定后,火灾产生热烟气量也达到稳定,而隧道的总排烟量是固定不变的,所以火灾后期烟气蔓延的范围和隧道内能见度以及温度情况受上述三种变量的影响不大。
(2)排烟口面积对火灾稳定后排烟口的排烟流量、人行道处的能见度及温度等的影响不大。考虑到排烟口面积太小(2m2),流速过大,容易产生吸穿现象,面积太大(6m2)会增大工程投资,选择4m2的排烟口比较合适。
(3)在相同间距条件下,开启6个排烟口时,火灾附近的排烟口排烟量都较开启4个排烟口时小,更多的烟气在隧道中没能及时排出;且开启6个排烟口 比开启4个对烟气层的扰动更多,烟气沉降 更快。故选择 开启4个排烟口更有利于人员逃生。
(4)适当增加排烟口间距可以延长从火灾发生到隧道中能见度开始迅速降低的时间,增加了安全区间的长度;同时较小的排烟口间距会增加工程成本,相比而言排烟口间距选择90m比较合适。
摘要：双层隧道具有空间利用率高,通行量大等优点,但由于顶部空间有限,多采用侧向排烟的方式控制隧道火灾时烟气的蔓延。以某越江隧道为例,采用火灾动态模拟软件FDS,改变排烟口数量、面积、间距,设计6个火灾场景,定量分析侧向排烟口的设置对机械排烟效果的影响。分析各排烟口流量、流速,分析隧道内温度分布、能见度分布。结果表明:在火源功率20 MW、无纵向风条件下,排烟口面积、排烟口开启数量以及排烟口间距都在火灾发生初期对烟气的蔓延起控制作用;提出在排烟口面积为4m2、排烟口间距为90m、火灾时开启4个排烟口时,排烟效果更经济合理。
简析论锅炉排烟治理 篇7
我国是当今世界锅炉生产和使用最多的国家。目前, 各种形式的锅炉在国民的日常生产生活中, 已经占到了不可或缺的地位, 无论是冬季的取暖供热, 还是工业的生产动力, 锅炉都是不可替代的重要设备。而锅炉的烟气排放治理, 则不可避免地成为大气污染治理工作的重中之重。在各种锅炉的烟气排放污染中中, 工业锅炉的烟气排放又占据了绝大部分的份额。
为了治理锅炉烟气排放造成的大气污染, 国家制定了强制标准GWPB 3-1999《锅炉大气污染物排放标准》。在GWPB3-1 99 9标准中, 分年限规定了锅炉烟气中烟尘、二氧化硫和氮氧化物的最高允许排放浓度和烟气黑度的排放限值。但是, 在一些经济不发达地区或偏远地区, 经济等客观问题制约了烟气排放治理效率, 在此, 笔者根据自身工作中的相关经验, 提出几点建议, 与大家共同探讨。
1. 工业锅炉污染现状
1.1 锅炉的种类与排放的主要污染物
1.1.1 锅炉的种类
工业锅炉产品主要分两种, 一是蒸汽, 用于发电或是生产供气, 比如化肥厂可用蒸汽汽化, 以煤为原料, 合成化肥;一是供暖, 比如家庭冬季取暖或者洗浴用热。
工业锅炉的分类方法很多, 根据锅炉的燃料种类, 工业锅炉大致可分为燃煤锅炉、燃油锅炉、燃气锅炉和其他燃料锅炉。
1.1.2 锅炉排放的主要污染物
1.1.2. 1 燃煤锅炉:
以煤为燃料, 排放的主要污染物为SO2和氮氧化物以及烟尘。
1.1.2. 2 燃油锅炉:
以重油、轻油或渣油等为燃料, 排放的主要污染物为SO2和烟尘。
1.1.2. 3 燃气锅炉:
以天然气、液化石油气、人工煤气、高炉及焦炉煤气等气体为燃料, 由于气体燃料属于清洁能源, 它的主要成分为一氧化碳、氢、甲烷、乙烷、丙烷等, 极易完全燃烧, 灰分、硫分、氮几乎没有, 因此燃烧时基本没有烟尘和二氧化硫等产生。
1.1.2. 4 其他燃料锅炉:
以甘蔗渣、锯末、稻壳、树皮、木柴等为燃料, 排放的主要污染物为氮氧化物和烟尘。
1.2 煤炭的燃烧污染治理刻不容缓
1.2.1我国属于燃煤大国。据统计, 我国的大气污染是以烟尘和二氧化硫为主的煤烟型污染, 全国烟尘排放量的70%, 二氧化硫排放量的90%, 氮氧化物排放量的6 7%, 都是来自于煤炭燃烧。
1.2.2根据预测, 到2 0 2 0年, 我国煤炭的总需求量将达到29亿吨, 而那时候的二氧化硫排放量将达到4 3 5 0多万吨, 烟尘、粉尘的产生量也将大幅度增加, 这将会对环境造成巨大的压力。
1.2.3据统计, 截止2 0 0 2年年底, 我国工业锅炉每年耗用原煤约占年总产量的1/3, 排放C O2达6亿多吨, 排放S O2500~600万吨, 占全国排放总量的21%。由此可见, 在今后很长一段时间, 大气污染治理的重心将是燃煤工业锅炉烟气排放的控制和治理, 这项工作将成为大气污染治理工作的重中之重, 已经到了刻不容缓的地步。而正确监督锅炉使用者的排放达标, 在源头上引导排放问题, 则是这项工作能否取得成功的关键。
2. 试述引导、治理工业锅炉烟气污染排放问题的几点建议
2.1 工业锅炉制造以及使用者设备选型中的节能减排措施
目前, 市场上的工业锅炉和民用锅炉普遍存在着产品标称能力 (设备铭牌所示热功率) 过剩的问题。基本上, 大部分工业锅炉型号与实际出力 (热功率) 不符, 存在着设备设计出力过高或者设备设计热效率过低的问题, 例如, 市场上标称热功率2.8 MW的工业锅炉, 实际上的热功率可能已经达到了3.5MW或者更多, 这种“大马拉小车”的现象也直接导致了烟气的过多排放。
针对上述这一问题, 国务院和国家质检总局颁布并实施了《特种设备安全监察条例》 (国务院令第549号) 、《高耗能特种设备节能监督管理办法》 (国家质量监督检验检疫总局第116号) 等相关规定, 对特种设备的节能减排做出了具体的规定, 要求锅炉制造和使用的监督检验部门对锅炉制造厂家所生产的锅炉进行热工测试, 对在用的锅炉进行运行期间的热工测试。这无疑对节能减排具有相当重大的意义。但是, 质监局要求的测试仅仅在于锅炉的出力及热效率上, 笔者认为, 节能的监管将大大减少不必要的排放, 我们环保部门不妨探讨在项目建设和监测测量方面与质检部门合作的模式, 结合以上的《条例》、《办法》等相关规定, 以政府的行为, 将锅炉排放污染的控制实施在萌芽阶段。
2.2 固硫技术及洁净煤 (主指型煤) 的运用
洁净能源 (例如油、气、沼气等) 得推广使用, 无疑会极大地减少烟气的排放, 但是经济等客观原因直接制约了洁净能源的应用。这就使得我们需要在现有的能源基础上做文章, 对现有的能源进行处理及改造, 使其成为“洁净能源”。
众所周知, 由于煤炭中含有大量的硫, 因此, 其燃烧后主要的稳定产物为SO2。为减少SO2的排放, 则需要使用清洁煤或在煤炭燃烧时对煤炭进行固硫处理, 以期减少燃烧后硫的排放。而目前固硫技术运用得比较成功的地方就是型煤的使用了。
型煤, 简单地讲就是将粉煤进行加工, 使其机械成型后的产品。型煤在洁净煤燃烧技术中占有重要地位, 广泛地适用于工业锅炉、工业炉窑、民用炉以及冶金、化肥、焦化、玻璃、陶瓷、建材等行业领域。
应用型煤可以有效地提高煤炭使用过程中的经济效益和环境效益, 在工业锅炉上应用型煤技术, 以型煤代替原煤作为原料, 一般可以节煤27%左右, 减少烟尘排放量的70%~90%, 减少二氧化硫排放量的60%左右。国家“七五”和“八五”期间, 都把型煤列为重大科技攻关项目, 进行了大量的实验研究, 在环保方面取得了不少新的技术突破。比如“型煤高效固硫技术”, 与原煤相比, 在用于工业锅炉方面, 可减少二氧化硫排放量60%;在用于民用锅炉方面, 可减少二氧化硫排放量8 0~90%。
由此可见, 尽量引导和推广清洁能源的普及使用是减少污染排放的首要方式。
2.3 新型环保锅炉的应用
目前, 我国工业锅炉、民用取暖锅炉这些设备还是以燃煤的结构为主体。而社会对于这些设备的需求日益趋向于两端发展。其一, 大力发展集中供热 (汽) 公司, 统一供应、统一管理, 将区域用热 (汽) 统一规划、管理, 此为一大;其二, 推广民用取暖环保炉的广泛使用, 减少土锅炉, 甚至减少煤燃料小取暖炉的应用, 此为一小。
大、小两方面的发展, 都体现了国家降低能源消耗, 减少烟气排放的决心。在此, 笔者建议:
2.3.1集中供热 (汽) 方面, 应该优先依托城市供电, 合理的布局城市规划建设, 有效地利用废热资源, 逐步淘汰旧设备, 解决烟囱林立的现状。这势必大大降低污染的排放;
2.3.2在没有或无法开展集中供热 (汽) 的民用取暖领域或其他工业领域, 可以指导、推广节能环保型设备, 环保部门也应该结合本部门的产品环境监测和质监部门的能效测试, 对当地市场的取暖设备采取环境准入制度, 为规范市场和促进经济, 建议环保准入制度采用制作地检测, 使用地监管的方案。
2.4 现有锅炉的减排改造
笔者认为, 现阶段在役锅炉的减排, 是当前大气环境治理工作的难点和重点。目前, 相当一部分设备虽然没有达到使用年限, 但配套的辅机除尘等设备经过长时间的运转, 由于维修保养不到位, 已经远远不能满足环保的需要了。然而, 设备使用单位的管理缺失或资金欠缺, 使此问题难以得到完美的解决。这就需要环境管理部门做好监督管理工作, 对超标排放一抓到底, 绝不手软。促使使用单位去维护、改造、保养环保设备, 甚至更新换代现有设备。
2.5 各级环保部门作为监管污染排放的主要部门, 不能仅仅靠监测的手段来监管, 也应该将引导和扶持设备生产 (销售) 厂商积极研发 (引进) 先进的环保节能炉型以及烟气治理技术与设备来作为大气环境污染治理的一项任务来完成, 这样才可以更好地保护当地的大气资源。
3. 结语
综上所述, 煤炭燃烧所造成的大气污染治理, 已经到了刻不容缓的地步, 我国各部门也相继出台了很多的政策、法规以及制度来指导烟尘的减排。但笔者认为, 烟尘的大气污染不是简单的加一个除尘 (脱硫) 设备来使其达到排放标准那么简单的, 要从根源上解决这个问题, 只有把治理大气污染的重要性深入人心和从源头上 (即设备采购、燃料选取、运行管理等方面) 降低乃至杜绝污染的可能相结合, 才能更好地开展大气烟尘治理工作, 才能还子孙后代一个蓝天碧水。
参考文献
[1]王晋峰.调整燃料结构.大力发展山西型煤产业—解决山西大气污染的有效途径
刍议降低锅炉排烟温度 篇8
近年来, 随着经济发展, 电力方面需求不断扩大, 电力供应能力也得到很高提升, 火电厂600 MW机组使用普及化且技术娴熟, 发展前景可观。
据调查显示, 2006年中国600 MW机组在新投产火电机组中占到了40%, 在近几年投产量也非常可观, 但随着环保经济概念深入发展, 火电厂600 MW机组运行中存在的问题亦应得到正视。锅炉排烟温度上升直接关联着热量损失[1], 据研究表明, 排烟温度每降低13℃左右, 排烟热损失将会减小1%左右, 同时节约7%左右燃料, 可提高锅炉效率1%左右[2], 降低锅炉排烟温度所产生的效益不容忽视。因此, 应对600 MW机组运行中产生的排烟热损进行深究, 找出600 MW机组排烟温度上升的缘由, 从而实现经济发展和环境保护的双赢局面。
1 火电厂600 MW机组锅炉排烟温度上升原因的研究
1.1 燃料的影响
在中国, 火电厂中锅炉所使用燃料主要是煤。不同种类煤燃烧所产生的发热量不同, 煤燃烧所产生烟气量也直接受其影响, 进而影响排烟温度。如果煤炭发热量比较低, 质量比较差, 其所能吸收的水分量就会减少, 燃烧时间就会延长, 且质量差的煤不容易进行研磨, 燃烧速度会进一步减缓, 导致炉膛内火焰温度提高, 从而造成排烟温度升高, 这是造成锅炉排烟温度上升的主要原因。在中国, 因为煤的种类和质量存在较大差别, 因此所产生的排烟温度也有很大不同。
1.2 锅炉长期运行造成的漏风现象
锅炉在长期运行中, 质量难免有所下降, 随着时间推移, 设备出现损坏从而出现漏风现象是影响锅炉排烟温度的重要原因之一。锅炉漏风问题主要包括炉膛、烟道等处的问题, 例如空预器后至电除尘之间部分烟道及烟道支撑区域的磨损、炉膛磨损等, 这些部位漏风将会直接加大对流受热面相关烟气含量, 从而降低受热面温度, 导致排烟温度上升, 这主要与设备长期运行出现的损耗有关联。
1.3 锅炉底部出渣系统漏风对排烟温度的影响
北方火电厂锅炉炉底设置了专门的干式捞渣系统, 锅炉运行中排渣时, 由于干式排渣系统设备易发故障, 造成炉底漏风较大。锅炉炉底漏风导致排烟温度上升, 会使排烟温度比正常状况升高5℃左右。炉底漏风提高了炉膛火焰中心温度, 火焰中心会随着漏风量不断向后移动, 炉膛排烟温度也随着升高。
1.4 炉膛O2量过大所引起的排烟温度上升
炉膛O2量过大, 使烟气量增大, 排烟温度上升, 排烟热损失增加, 锅炉热效率下降。关于这方面的实验结果见图1。
通过数据分析, 可清楚看到, 锅炉O2量上升时, 锅炉排烟温度会随之上升, O2量在1.9%~2.9%之间时, 排烟温度上升了2.2℃, O2量在2.9%~3.4%之间时, 排烟温度上升了0.1℃, 这说明燃料在燃烧时, 由于机械不完全燃烧损失和化学方面的不完全燃烧损失, 导致热损增大, 但炉膛内O2量并不是促进排烟温度上升的唯一条件, 而是有一定影响, 在实际运行中应多加注意。
1.5 锅炉及其设备在运行过程中受积灰的影响
锅炉积灰主要集中在受热面所在区域, 主要有以下几方面:a) 炉膛尾部受热面有较多积灰, 并且不容易掉, 炉膛吹灰效果不明显;b) 锅炉空预器受热面冷端也有一定量积灰。在锅炉炉膛内, 有长时间灰尘积累, 如果没及时进行吹灰, 随着水分进入或温度上升, 就会在受热面结焦成渣, 这些沉积物质一般来说导热系数较差, 传热热阻增加, 汽水吸热效果变差, 导致受热面吸热量减少, 排烟温度升高。再者, 空预器内积灰严重, 降低了空预器内烟换热效果, 排烟温度升高。
2 降低600 MW机组锅炉排烟温度的方案
对产生600 MW机组锅炉排烟温度上升的原因进行分析后, 应对症下药, 采取一定解决措施, 提高锅炉运行整体效益, 可从以下几方面进行优化调整。
2.1 燃料的优化
想要降低锅炉排烟温度, 首要的就是从源头上解决问题, 保证燃烧材料煤的种类和质量是重要一步。在实际操作中, 合理分配煤比例, 从而使入炉煤质达到或接近锅炉最初设计煤种。在煤进入制粉系统后, 一定要保证制粉系统正常运行, 减少煤种在炉内的缓冲时间, 使煤的效力能在有效时间进行充分燃烧, 从而降低锅炉排烟温度, 提高炉效。
2.2 提高对锅炉炉膛漏风的重视减少锅炉炉膛漏风程度
这方面所能采取的措施主要是对密封区域进行密封, 现在最常用的技术是门孔结构密封法, 对锅炉炉膛内明显存在和可能存在泄漏和空隙的地方进行改进, 减轻锅炉运行中负担, 从而达到降低排烟温度的良好效果。另外, 预热器前部烟道也是经常发生漏风的地方, 要采用密封空隙方式, 运行中要随时关闭各处开关、孔等。
2.3 加强对炉底漏风区的密封
火电厂600 MW机组锅炉炉底漏风现象导致的排烟温度升高, 可从以下几方面采取措施进行降低:a) 应对锅炉干式出渣系统进行升级改造, 提高出渣系统稳定运行可靠性, 减少炉底漏风, 同时将加强对锅炉炉底设备的维护, 对锅炉炉底系统密封状况进行详细检查, 尤其要对在除渣运行中经常容易出现漏风的区域重视, 一旦发现有漏风地方, 及时进行密封维护, 减少漏风;b) 在一定范围内提高喷燃器喷煤粉浓度, 这样做的主要目的就是使炉膛内火焰燃烧更彻底, 降低中心火焰温度, 从而降低锅炉排烟温度。
2.4 O2量的合理控制
炉内O2量并不是越多越好, 而是有一定量的要求, O2量不足或过大都不利于煤粉燃烧充分的最大化实现。燃烧受多方面因素影响, 例如煤种, 因此在研究中应对不同负荷下锅炉不同煤种燃烧所需O2量进行试验, 找到最合适比例, 从而将排烟热损失降到最低, 实现锅炉效率最大化。
2.5 锅炉设备中积灰问题的解决
针对锅炉积灰引起的排烟温度上升问题, 采取以下措施:a) 做好日常炉膛及空预器积灰检查工作, 对有积灰的地方及时进行吹灰, 以保证锅炉稳定经济运行;b) 在合理位置安装画面检测系统, 当积灰影响到设备运行时, 就发出警报, 这方面技术还有待进一步加大投入;c) 及时更换损坏的吹灰设备;d) 锅炉吹灰时应注意吹灰效果, 但加强吹灰时还要考虑对受热面的冲刷, 建议电厂对吹灰区域进行喷刷以预防吹灰冲刷和磨损, 同时在确保吹灰效果时进行锅炉优化燃烧调整, 缓解锅炉结焦和积灰。从而达到保护受热面、提高吹灰效果的功效, 提高换热能力, 降低排烟温度[3]。
3 结语
火电厂600 MW机组锅炉排烟温度上升的主要原因是燃料即煤的种类和质量、设备漏风现象、积灰处理状况和O2量的问题, 因此火电厂要在锅炉实际运行过程中采取一系列措施, 对锅炉排烟温度进行一定控制, 进而提高余热利用效率, 提高锅炉效率, 实现良好经济效益, 同时也符合国家节能减需要, 在竞争激烈的市场竞争中赢得绝对优势。
摘要：结合大唐景泰电厂一期工程2×660 MW超临界燃煤空冷机组锅炉燃烧的实际特点, 深入分析锅炉排烟温度上升的原因, 并提出一定的解决方案, 从而实现火电厂整体效益和经济性。
关键词：600 MW机组,锅炉排烟研究,解决方案
参考文献
[1]李建锋, 朱超, 冷杰, 等.降低锅炉排烟温度的2种方式比较[J].中国电力, 2012 (7) :28-33.
[2]李名武.烟气深度冷却法降低锅炉排烟温度方案探讨[G]//江苏省质量技术监督局.2010江苏省“能源计量与节能减排”论坛论文集.南京:江苏省质量技术监督局, 2010:7.
地铁火灾防排烟设计探讨 篇9
地铁火灾事故通常可以分为两种情况:车站火灾和区间隧道火灾。车站火灾又主要分为站台层火灾、站厅层火灾和设备区火灾三部分。文章主要从地铁车站火灾和区间火灾同时入手,结合当前国内外地铁排烟系统的设计情况以及所存在的问题,探讨地铁防排烟设计中的解决方案以及需要注意的方面。
1 地铁车站公共区排烟系统
1.1 站台排烟
一般情况下,站台区候车和上下车的乘客密度最高,而站台的空间又相对狭小,离车站的出入口距离最远,因此在车站公共区中其疏散条件最差[2]。按照地铁设计规范中规定,要求能在6min中内,将一列车乘客和站台上候车的乘客及工作人员全部撤离站台。但是当发生火灾事故若不能及时有组织地诱导乘客疏散和迅速排除烟气,仍可能因为人员混乱而造成重大伤亡。因此,在地铁车站发生火灾时,要保证送风量既能阻止烟气的蔓延、控制烟气的流向,又能使乘客感受到新鲜的气流并引导乘客疏散,尽快到达安全区域。
当地铁站台发生火灾时,乘客需通过楼扶梯先疏散到上一层,而楼扶梯在站厅层的开口或楼扶梯斜通道是烟气向上漫延的关键路径。一旦烟气从站台层上窜到站厅层,站厅层的感烟探头将探测到烟气,而误以为是站厅层发生火灾,于是进入排烟模式,将使站厅层的防排烟系统启动,造成严重后果。所以,在扶梯、楼梯等连通通道周围必须设法阻止烟气上窜。目前国内主要采用的是通过控制排烟量达到1.5m/s以上和设置挡烟垂壁,以防止烟气上窜[9]。
然而根据有关试验证明,烟气沿楼梯、竖向管井的垂直扩散速度为3-4m/s,因此,这些部位的风速需达到4m/s以上才能有效的控制烟气向上一层漫延。但是按《地铁设计规范》中的设计原则:站台火灾时楼扶梯口需形成向下1.5m/s的风速,这明显不足以阻止烟气向站厅漫延。在罗燕萍、王迪军等人编写的《地铁车站防排烟系统》中,就此事作了详细的计算,发现要达到4m/s向下的风速,一般车站的排烟量将需达到现行规范要求排烟量4倍的能力,这样大的排烟量若仅靠车站站台的排烟系统实现是非常困难的[2]。
经过试验,他们发现利用系统综合协助排烟模式,即综合利用隧道通风机的通风排烟能力协助车站站台排烟系统进行排烟的模式,其排烟及烟气控制能力能完全满足要求,且乘客感觉舒适。北京机场线针对当地的11种排烟模式进行的模拟实验,得出最佳模式也为此系统综合协助排烟模式。通过两个城市的试验证明,系统综合协助排烟模式能在3-10min内将烟气排尽,而且烟气不会向站厅层漫延,对于乘客的疏散引导也有明显效果。由此可以看出系统综合协助排烟模式是值得推广的消防排烟模式。
1.2 站厅排烟
站厅层用于乘客的购票和快速通过,宽约为15-20m,长约为60-100m,空间较为开阔,有不少于2个通道直通室外,相对站台而言,乘客密度较小,疏散条件也较好。同时由于国内地下车站站厅高度一般采用4.2-4.6m,而出入口通道的高度一般为2.5m或与站厅交接通道处设置离地面高为2.5m的挡烟垂壁,这样站厅顶棚有1.7-2.1m的蓄烟高度;相反的,国内站台层一般经过装修吊顶完成之后仅剩下3.0m左右的高度,除去2.5m的挡烟幕墙高度,则蓄烟高度不足1m,因此站厅层蓄烟能力也比站台大大增强。
根据香港试验结果和广州地铁试验情况,站厅采用现行《地铁规范》规定的排烟量已基本可控制烟气在站厅范围内,不会向出入口通道内漫延,排烟时也不需要采用机械补风,仍通过站厅负压从室外通过出入口通道引入,这样同时也确保了乘客迎着新风方向疏散[2]。
虽然站厅层相对站台层而言有较好的疏散条件,但是火灾时如果在外界因素(如风向、烟气温度、排烟风亭与站厅出入口的间距过小等)的影响下,从排烟管道排出的烟气很可能通过站厅的出入口倒灌到车站内。由于火灾时产生的烟气中含有大量的有毒气体,当这些有毒烟气倒灌到车站后,将快要安全疏散的人员再次带入危险中。而且烟气的倒灌也使得烟气倒灌经过的出入口的疏散条件更差,甚至将管道堵死,从而给疏散和救援工作造成严重的困难。因此,地铁排烟风亭与车站出入口的相对位置布置是否合宜对于救援工作的开展有着十分重要意义。
为防止发生地铁火灾时排烟风亭排出的烟气通过出入口倒流回车站,西南交通大学的顾正洪、程远平、周世宁三人用FDS(火灾动力学模拟器)场模拟软件对火灾发生时排烟口烟气漫延、分布规律及其影响因素进行了研究,并做了现场试验,得出以下具有现实指导意义的结论:
(1)进入出入口的烟气量随着出入口与排烟口之间水平距离的增大而减少,随排烟口下檐与出入口之间的垂直高度的增大而减少。当地铁排烟风亭与出入口合建时,两者之间水平距离5m,排烟口下檐高度1.0m难以满足安全的要求,烟气有可能倒流进入出入口。
(2)地铁排烟口排出的烟气,其流场的分布规律与烟气和自然环境的温度差有关,夏季是最不利季节。出入口(相对于排烟风亭)的布置应避免处于夏季主导风向的下风侧,同时还应注意高大建筑群中风向的不稳定性。
(3)排烟口与出入口的水平距离应超过25m或排烟口下檐高度至少高于出入口上檐高度2.0m时,才能保证发生地铁火灾时烟气不会从出入口倒流进车站。
(4)出入口应尽可能避免与排烟口采用对向和同向布置,有条件时应与排烟口反向布置,从而可有效地避免排放烟气对出入口的影响。
因此在车站防排烟时,排烟风亭和人员出入口的布置应尽量以上述实验结论为参考对象来设计,实现出入口与排烟风亭的最优位置设计,减少地铁车站的“二次火灾”事故的发生。
1.3 车站设备及管理用房排烟
地铁车站的设备管理用房区是车站安全运营的心脏部位,因而其防烟系统的设置是非常重要和必要的。当一处设备管理用房发生火灾时若不能安全有效地迅速排除火灾中产生的烟气、任其四处弥漫,会影响到其它房屋的安全,造成整个设备管理用房区的混乱,进而严重影响整个地铁车站、甚至整个地铁的正常运营。
但是,由于设备管理用房小而零乱,各种房屋的使用功能以及火灾性质差异很大,给防排烟系统的设置带来了很大的困难。在《地铁规范》中对车站设备管理用房的排烟问题没有具体的要求和规定,只是提到“同一个防火分区的地下车站设备及管理用房的总面积超过200m2,或面积超过50m2且经常有人停留的单个房间‘应设置机械防烟、排烟设施’”。在地铁车站设备管理用房区中的大部分房屋面积都不超过100m2;而其中面积最大的环控机房内可燃物又不多;除了车站控制室、会议室等等少数几种房屋外,很多房屋内都没有人员经常停留。
因此,对于地铁车站设备管理用房区的防排烟系统除了保证少数几种房屋外,不必设置得非常严格,而只需在条件许可的情况下满足其防排烟要求。对于在设备管理用房区内的公共走道内,尽可能地设置排烟风口,尽可能大的考虑其排烟能力,以增加整个设备管理用房区的安全度。
2 地铁区间隧道排烟
2.1 排烟方式
区间隧道由于空间狭长,火灾时浓烟不能快速消散,且区间疏散通道面积狭窄,使得火灾时整体人员疏散更加困难。因此,当列车在区间隧道发生火灾时,一般要求尽可能地将列车继续开到前方车站,让乘客在站台疏散,此时由该车站站端的风机排烟,并按车站着火方式运行。当列车丧失动力不能到达前方车站的情况下,乘客只能采取就地疏散的方式,这时就需要采用区间隧道排烟模式[3]。
一般根据着火部位和行车方向把起火部位分为列车头部、中部或列车尾部三种位置关系。根据GB50157-2003地铁设计规范第19.1.36规定:当区间隧道发生火灾时,应背着乘客疏散方向排烟,迎着乘客疏散方向送新风。这样,区间隧道纵向排烟模式就存在一些问题了。
当起火部位位于车头(或车尾)时,乘客必然向车头(或车尾)的相反方向疏散,乘客疏散方向的车站的风机正转送风,后方车站的风机反转排风,使隧道内的烟气流动方向与乘客的疏散方向相反。这种情况下,排烟方式和疏散方式都可以满足规范和救援要求。
当火灾发生在客车的中部时,无论客车被迫停在区间隧道的任何位置,乘客自然以起火点为界,分成两部分分别向隧道两端进行疏散。在此种情况下,用地铁隧道现有的纵向排烟模式无论采取怎样的排烟措施,隧道内烟气流向必然与部分乘客的疏散逃生方向相同,威胁同向逃生乘客的生命安全。
由此,目前地铁区间隧道广泛采用的纵向排烟设计方案是存在缺陷的。特别是列车中部着火时,不论采取哪种排烟方式,都不能彻底解决地铁隧道的通风排烟问题。建议在站台、隧道顶部设置排烟管道,将通风系统和排烟系统分开设置,用垂直方向的排烟方式取代水平方向的排烟方式[4]。同时,也可以在相邻未发生火灾的隧道里提供正向风压,使乘客从联络通道疏散时,防止烟气窜入另一条可供疏散使用的区间隧道。
2.2 排烟装置
在区间隧道发生火灾时,由于隧道的密闭性,烟气如不及时排放,热量会积聚,加之地下建筑散热缓慢,烟气温度将迅速升高,着火区的温度可达800-1000℃,甚至更高,这对隧道建筑本身影响就很大。与此同时,人们在这种高温有毒且严重缺氧的环境中生命面临着极度的危险。因此,区间隧道需要采用机械排烟以便及时而有效地排除着火区域所产生的烟气,减少火灾烟气的蔓延范围以及对隧道土建和人员所造成的威胁。
但是在隧道中,火灾强度越大,火灾的烟囱效应越强,热阻效应越明显,排烟风机烟流的温度越高,排烟风机的性能下降越大。由于地铁隧道系统相对封闭性和系统的高差不大,地铁隧道火灾排烟风机性能的下降和热阻效应的综合作用强于烟囱效应,表现出随着隧道火灾强度的提高排烟风机的排烟能力下降。因此,在地铁隧道火灾事故时,应采取措施提高排烟风机的排烟能力和耐火性能,确保隧道火灾烟气能及时、有效地排出[11]。
3 防排烟系统设计建议
地铁车站、隧道通风排烟的总原则是实施人、烟分流,即在地铁发生火灾时,用设施将人员和火灾烟气有效分隔,使乘客在无烟气的环境中进行避难和逃生。为使人烟能更好地分流,结合前面内容及目前国内地铁消防防排烟设计情况作如下建议:
(1)在站台、隧道顶部设置排烟管道,将通风系统和排烟系统分开设置,用垂直方向的排烟方式取代水平方向的排烟方式。
(2)对现有隧道安全设施进行改造和完善,特别是上下行隧道的联络通道处建议安装甲级防火门。
(3)完善地铁站台的防排烟设施在站台按规范标准设置防排烟分区;在站台层通向站厅层的楼梯口处设置挡烟垂幕,防止烟气从站台层上窜到站厅层。
(4)提高地铁排烟风机及其供电设施的整体耐火性能提高规范对地铁排烟风机耐火性能的标准,提高地铁排烟风机的实际耐火性能。
(5)建议相关部门投资建设火灾演练中心,并加强在尽可能接近实际火灾条件下进行的地铁火灾疏散演练。因为一般模拟演练时,由于事先知道是演练,再加上演练是在人为组织的情况下进行,所以整个疏散过程非常有秩序、反应比较迅速,演练与实际发生突发事件的真实情况尚有差距[5]。
4 结语
在地铁车站排烟模式的选择中,利用隧道通风机协助车站站台排烟系统进行排烟,既能在3-10min内迅速排烟,又能使站台楼扶梯口处有较好的新风补给,乘客能安全到达楼梯口。对于隧道排烟,则建议采用垂直方向的排烟方式取代水平方向的排烟方式。在站台通向站厅的楼梯口处要设置挡烟垂幕,在排烟风亭布置设计时应尽量远离出入口,并尽可能避免与排烟口采用对向和同向布置。再者,平时加强火灾演练也是非常必须的,并且尽可能接近真实火灾情况,这样即使在火灾发生时,人员也能安全有序的疏散,减少火灾带来的灾害性影响。
参考文献
[1]刘立争,毛军.地铁区间隧道火灾排烟通风模式分析[J].工程建设与设计,2005(11):5-7LIULi-zheng,MAO Jun.Analysis of Exhaust Ventilation Mode ofSubway Tunnel Fire[J].Construction&Design for Project,2005(11):5-7
[2]罗燕萍,王迪军,李梅玲.地铁车站防排烟系统[J].制冷空调与电力机械,2004,25(3):41-44LUO Yan-ping,Wang Di-jun,Li Mei-ling.Subway Smoke Pre-vention and Exhaust System[J].Construction Machinery For Hy-draulic Engineering&Power Station,2004,25(3):41-44
[3]刘翌杰,喻伟.浅谈地铁隧道中通风排烟存在的问题及对策[J].山西建筑,2008,34(19):319-320LIUYi-jie,YUWei.Discussion on the questions existing in sub-way tunnel ventilation and smoke discharge and countermeasure[J].Shanxi Architecture,2008,34(19):319-320
[4]原震,赵新文.如何解决地铁站台隧道的通风排烟问题[J].消防技术与产品信息,2003,(11):47-48,62YUAN Zhen,ZHAO Xin-wen.How to solve the ventilation andsmoke exhaustion problems of tunnels for underground station[J].Fire Technique and Products Information,2003,(11):47-48,62
[5]王彦富,蒋军成.地铁火灾人员疏散的研究[J].中国安全科学学报,2007,17(7):26-31WANG Yan-fu,JIANG Jun-cheng.Research of Safety Evacuationfrom Subway Fire[J].China Safety Science Journal(CSSJ),2007,17(7):26-31
[6]高俊霞,史聪灵,钟茂华.深埋地铁防排烟设计研究[J].中国安全生产科学技术,2006,2(6):39-44GAO Jun-xia,SHI Cong-ling,ZHONG Mao-hua.Smoke controldesign of deep buried metro station[J].Journal of Safety Scienceand Technology[J].2006,2(6):39-44
[7]常磊,王迪军.地铁站台排烟模式分析[J].制冷,2005,24(4):54-57CHANG Lei,WANG Di-jun.Analysis of the Metro PlatformSmoke Exhaust[J].Refrigeration,2005,24(4):54-57
[8]中国建设秘书网.对地铁车站防排烟设计的探讨.网址:ht-tp://www.51jsms.com/news/?/6033.html