柴油、重油發(fā)電機組特性及系統(tǒng)設計分析

引言

柴油發(fā)電機組一般是指輕柴油發(fā)電機組,大多用于臨時備用電源,不宜長期連續(xù)運行:而重油(即重柴油)發(fā)電機組,不但功率較大,且可以長期連續(xù)運行。在某發(fā)電廠啟動和備用電源發(fā)電系統(tǒng)設計中,根據(jù)生產(chǎn)系統(tǒng)的安全和供電需要,系統(tǒng)設計了2×2000kw重油發(fā)電機組和一臺250kw黑啟動柴油發(fā)電機組。

1柴油、重油發(fā)電機組

1.1柴油發(fā)電機組

柴油發(fā)電機是一種小型發(fā)電設備,是以柴油等為燃料,以柴油機為原動機帶動發(fā)電機發(fā)電的動力機械。整套機組一般由柴油機、發(fā)電機、控制箱、燃油箱、啟動和控制用蓄電瓶、保護裝置等部件組成。柴油發(fā)電機組整體可以固定在基礎上定位使用,也可安裝在可移動的車輛上使用。

工作原理:柴油機是以柴油作為燃料的壓燃式內燃機。柴油機的工作循環(huán)由進氣、壓縮、噴油著火燃燒、膨脹做功和排氣等過程組成。在柴油機氣缸內,過濾后的清潔空氣與高壓霧化柴油在氣缸內充分結合,受到活塞的壓力作用后溫度升高,達到燃點時,混合氣體立即劇烈燃燒,產(chǎn)生高壓氣體,推動活塞做功,將內能轉換為機械能。作用在活塞上的推力經(jīng)連桿推動曲軸轉動,曲軸驅動三相交流無刷同步交流發(fā)電機的轉子旋轉,轉子旋轉會產(chǎn)生感應電動勢,根據(jù)"電磁感應"原理,發(fā)電機會輸出感應電動勢,經(jīng)閉合的負載回路產(chǎn)生電流。至此,柴油機完成熱能、機械能、電能之間的轉換。

柴油發(fā)電機組應用廣泛,具有熱效率高、燃油消耗低的優(yōu)點。柴油機是目前熱效率最高的熱機,熱效率達30%~46%:運行費用低,可使用多種燃料,對燃油品質要求低:可靠性較高,發(fā)電出力穩(wěn)定:負荷適應能力強,功率變動范圍大:機組啟動迅速,很快達到全功率運行。柴油機的啟動一般只需幾秒鐘,在應急狀態(tài)下可在1min內達到全負荷,在正常狀態(tài)下5~30min達到全負荷:運行操作簡單,維護保養(yǎng)方便:機組易于實現(xiàn)自動化控制,尾氣、噪聲等均能控制在環(huán)保要求內。

總之,柴油發(fā)電機燃油經(jīng)濟,工況變化時,燃油消耗率曲線變化比較平坦,低負荷下也能經(jīng)濟運行:工作可靠、持久:因為沒有點火系統(tǒng),所以故障率低:使用范圍廣,有害排放物較低,防火安全性好:單機容量等級多,機組容量從幾千瓦至幾萬千瓦,但目前國內機組最高只有幾千千瓦:配套設備結構緊湊,安裝地點靈活:熱效率高,燃油消耗低,停機過程短,可以頻繁啟停:柴油發(fā)電機組的建設與發(fā)電的綜合成本低。

1.2重油發(fā)電機組

重油發(fā)電機與輕柴油發(fā)電機工作原理相同。重油發(fā)電機組多為中、低速發(fā)電機,主要有運行成本低,可長期連續(xù)運行且運行可靠,使用壽命長,投資回報快及噪聲低等優(yōu)點。缺點是一次性投資相對較高。重油發(fā)電機組適用于需要連續(xù)不間斷用電的工廠、大型工礦企業(yè)。

相對柴油而言,重油價格較低,價差最大時重油價格比柴油便宜近50%,因此采用重油發(fā)電更經(jīng)濟。重油發(fā)電機的耐久性更好。大修期長,一般超過10000h才需大修,最長可超過40000h才大修,且使用壽命較長,而普通柴油機一般在7000h左右就需大修。重油發(fā)電機噪聲較低,但管路復雜,安裝占地面積較大,安裝周期較長。重油發(fā)電機的燃油消耗低,但它的一次性投資較大。重油發(fā)電機負載能力較強,運行穩(wěn)定、可靠且可連續(xù)運行,能長期在90%負載條件下安全可靠運行,但重油發(fā)電機的冷卻循環(huán)水系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、潤滑油系統(tǒng)等較為復雜,對操作人員及設備管理的要求較高。

2柴油、重油發(fā)電機組選型和發(fā)展趨勢

機組選型主要條件:機械與電氣性能、使用環(huán)境條件、機組的用途、負荷的容量與變化范圍、自動化控制功能等。

柴油發(fā)電機組總的發(fā)展趨勢為[3]:(1)提高機組可靠性。通過在線監(jiān)控,確保機組正常工作:對正在發(fā)展中的故障進行早期預警,并采取相應處理對策:顯著提高低負荷運行能力。(2)提高排放控制能力,以符合當?shù)氐呐欧艠藴省?3)降低燃油和潤滑油的消耗,實現(xiàn)氣缸潤滑的定量、定時控制。

柴油發(fā)電機組應進一步實現(xiàn)智能化。智能化機組在國內外的使用范圍不斷擴大,很多領域都需要可靠性高、穩(wěn)定性強,可以持續(xù)工作的自動化發(fā)電機設備。

3某發(fā)電廠柴油發(fā)電站機組系統(tǒng)設計

某發(fā)電廠所在地電力缺乏,電廠鍋爐、汽輪機發(fā)電機組系統(tǒng)啟動無市電,需要自供電:電廠鍋爐燃料為生物質燃料,燃料供應有季節(jié)性:電廠所發(fā)電要外供。為保證生產(chǎn)系統(tǒng)啟動和對外供電的安全、穩(wěn)定,要求柴油發(fā)電機組長期發(fā)電。因此,選用了一臺250kw的黑啟動機組以供柴油發(fā)電機組系統(tǒng)啟動用電之需。對于柴油發(fā)電機組的選擇,根據(jù)發(fā)電外供的需求,且重油比柴油成本便宜很多,選擇2×2000kw重油發(fā)電機組。電廠運行方式為:啟動黑啟動機組發(fā)電以供重油發(fā)電機組系統(tǒng)啟動所需用電:重油發(fā)電機組發(fā)電后供鍋爐、汽輪發(fā)電機系統(tǒng)啟動所需用電和外供電,黑啟動機組停用:鍋爐、汽輪發(fā)電機停運時,重油發(fā)電機組單獨對外供電。

重油發(fā)電機組系統(tǒng)要求可以用柴油和重油兩種燃油發(fā)電,系統(tǒng)較為復雜,主要系統(tǒng)如下:

3.1重油發(fā)電機組燃油系統(tǒng)

在油罐區(qū)設有2000m3重油儲罐和200m3輕柴油儲罐,汽車運來的燃油通過卸油泵卸至儲油罐中。再經(jīng)輸油泵和管道分別輸油至柴油發(fā)電機30m3重油沉淀罐和8m3輕柴油日用油箱。重油儲罐和日用油箱設有蒸汽加熱器,在使用重油時要先用來自啟動鍋爐的蒸汽加熱。重油管道設蒸汽伴熱管道。來自重油沉淀罐的燃油進入燃油分離單元,經(jīng)分油機處理后進入10m3重油日用油箱,再由供油單元供至重油機組:輕柴油由輕柴油日用油箱進入供油單元再供至柴油機組。燃油分離單元產(chǎn)生的渣油和供油單元產(chǎn)生的污油進入渣油箱和渣油池。

3.2重油發(fā)電機組潤滑油系統(tǒng)

機組設有室外滑油箱,來自滑油箱的滑油經(jīng)機組自帶的預供滑油泵供給機組使用,使用后的滑油經(jīng)機組自帶滑油抽出泵至機組自帶滑油箱,繼續(xù)循環(huán)使用。當滑油品質不符合使用要求時,將污滑油供至滑油分油機單元,經(jīng)分油機處理后的凈滑油回到機組自帶滑油箱,供給機組使用?；头钟蜋C產(chǎn)生的渣油經(jīng)渣油泵排至渣油箱。

3.3重油發(fā)電機組循環(huán)冷卻水系統(tǒng)

機組主要使用重油,功率較大,可長期連續(xù)運行,因此選用水冷式機組。室外設一循環(huán)冷卻塔,循環(huán)冷卻塔的冷卻水由循環(huán)水泵輸送至機組空冷器,再經(jīng)噴油冷卻器、滑油冷卻器、淡水冷卻器后回到冷卻塔。機組設置獨立膨脹水箱,使用除鹽水。膨脹水箱高位放置,膨脹水箱的水經(jīng)機組自帶淡水泵送至機組增壓器,再進入淡水冷卻器。

3.4重油發(fā)電機組壓縮空氣系統(tǒng)

機組的啟動和停運需要壓力為3MPa的壓縮空氣,燃油分離單元和滑油分離單元、燃油供油單元需要壓力為0.8MPa的壓縮空氣。壓縮空氣站生產(chǎn)的壓縮空氣分別儲存在3MPa和0.8MPa的空氣瓶內,分別供至兩臺機組和燃油分離機、滑油分離機、燃油供油單元。機組分油單元、供油單元還需要低壓蒸汽和工業(yè)水:分油系統(tǒng)和供油系統(tǒng)還包括回油系統(tǒng)。故此系統(tǒng)較為復雜,機組附件多,各類管道多,受場地限制,布置困難,應根據(jù)實際情況設置地溝,管道沿地溝分兩層敷設。

4結語

柴油發(fā)電機組應用廣泛,應根據(jù)實際需要選擇合適的機組類型。重油發(fā)電機組系統(tǒng)較為復雜,初次投資較大,但收益好。重油發(fā)電機組系統(tǒng)設計中要充分考慮并預留各類油、水、氣管道和煙道的布置、檢修空間。機組供油、潤滑油等輔助系統(tǒng)應模塊化設計,以降低現(xiàn)場管道布置的復雜程度。系統(tǒng)各種管道復雜,在設計和安裝中要核對設備接口,保證準確無誤。相對于輕柴油發(fā)電機組來說,重柴油發(fā)電機工況沒有那么穩(wěn)定,控制更為復雜,因此重柴油發(fā)電機組要實時監(jiān)測和控制的參數(shù)更多。