柴油、重油發(fā)電機(jī)組特性及系統(tǒng)設(shè)計分析

引言

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

1柴油、重油發(fā)電機(jī)組

1.1柴油發(fā)電機(jī)組

柴油發(fā)電機(jī)是一種小型發(fā)電設(shè)備,是以柴油等為燃料,以柴油機(jī)為原動機(jī)帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電的動力機(jī)械。整套機(jī)組一般由柴油機(jī)、發(fā)電機(jī)、控制箱、燃油箱、啟動和控制用蓄電瓶、保護(hù)裝置等部件組成。柴油發(fā)電機(jī)組整體可以固定在基礎(chǔ)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(jī)是以柴油作為燃料的壓燃式內(nèi)燃機(jī)。柴油機(jī)的工作循環(huán)由進(jìn)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(jī)氣缸內(nèi),過濾后的清潔空氣與高壓霧化柴油在氣缸內(nèi)充分結(jié)合,受到活塞的壓力作用后溫度升高,達(dá)到燃點(diǎn)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(nèi)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。作用在活塞上的推力經(jīng)連桿推動曲軸轉(zhuǎn)動,曲軸驅(qū)動三相交流無刷同步交流發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,根據(jù)"電磁感應(yīng)"原理,發(fā)電機(jī)會輸出感應(yīng)電動勢,經(jīng)閉合的負(fù)載回路產(chǎn)生電流。至此,柴油機(jī)完成熱能、機(jī)械能、電能之間的轉(zhuǎn)換。

柴油發(fā)電機(jī)組應(yīng)用廣泛,具有熱效率高、燃油消耗低的優(yōu)點(diǎn)。柴油機(jī)是目前熱效率最高的熱機(jī),熱效率達(dá)30%~46%:運(yùn)行費(fèi)用低,可使用多種燃料,對燃油品質(zhì)要求低:可靠性較高,發(fā)電出力穩(wěn)定:負(fù)荷適應(yīng)能力強(qiáng),功率變動范圍大:機(jī)組啟動迅速,很快達(dá)到全功率運(yùn)行。柴油機(jī)的啟動一般只需幾秒鐘,在應(yīng)急狀態(tài)下可在1min內(nèi)達(dá)到全負(fù)荷,在正常狀態(tài)下5~30min達(dá)到全負(fù)荷:運(yùn)行操作簡單,維護(hù)保養(yǎng)方便:機(jī)組易于實(shí)現(xiàn)自動化控制,尾氣、噪聲等均能控制在環(huán)保要求內(nèi)。

總之,柴油發(fā)電機(jī)燃油經(jīng)濟(jì),工況變化時,燃油消耗率曲線變化比較平坦,低負(fù)荷下也能經(jīng)濟(jì)運(yùn)行:工作可靠、持久:因?yàn)闆]有點(diǎn)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(jī)容量等級多,機(jī)組容量從幾千瓦至幾萬千瓦,但目前國內(nèi)機(jī)組最高只有幾千千瓦:配套設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊,安裝地點(diǎn)靈活:熱效率高,燃油消耗低,停機(jī)過程短,可以頻繁啟停:柴油發(fā)電機(jī)組的建設(shè)與發(fā)電的綜合成本低。

1.2重油發(fā)電機(jī)組

重油發(fā)電機(jī)與輕柴油發(fā)電機(jī)工作原理相同。重油發(fā)電機(jī)組多為中、低速發(fā)電機(jī),主要有運(yùn)行成本低,可長期連續(xù)運(yùn)行且運(yùn)行可靠,使用壽命長,投資回報快及噪聲低等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是一次性投資相對較高。重油發(fā)電機(jī)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(jì)。重油發(fā)電機(jī)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(jī)一般在7000h左右就需大修。重油發(fā)電機(jī)噪聲較低,但管路復(fù)雜,安裝占地面積較大,安裝周期較長。重油發(fā)電機(jī)的燃油消耗低,但它的一次性投資較大。重油發(fā)電機(jī)負(fù)載能力較強(qiáng),運(yùn)行穩(wěn)定、可靠且可連續(xù)運(yùn)行,能長期在90%負(fù)載條件下安全可靠運(yùn)行,但重油發(fā)電機(jī)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(fù)雜,對操作人員及設(shè)備管理的要求較高。

2柴油、重油發(fā)電機(jī)組選型和發(fā)展趨勢

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

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

柴油發(fā)電機(jī)組應(yīng)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)智能化。智能化機(jī)組在國內(nèi)外的使用范圍不斷擴(kuò)大,很多領(lǐng)域都需要可靠性高、穩(wěn)定性強(qiáng),可以持續(xù)工作的自動化發(fā)電機(jī)設(shè)備。

3某發(fā)電廠柴油發(fā)電站機(jī)組系統(tǒng)設(shè)計

某發(fā)電廠所在地電力缺乏,電廠鍋爐、汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)啟動無市電,需要自供電:電廠鍋爐燃料為生物質(zhì)燃料,燃料供應(yīng)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(jī)組長期發(fā)電。因此,選用了一臺250kw的黑啟動機(jī)組以供柴油發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)啟動用電之需。對于柴油發(fā)電機(jī)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(jī)組。電廠運(yùn)行方式為:啟動黑啟動機(jī)組發(fā)電以供重油發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)啟動所需用電:重油發(fā)電機(jī)組發(fā)電后供鍋爐、汽輪發(fā)電機(jī)系統(tǒng)啟動所需用電和外供電,黑啟動機(jī)組停用:鍋爐、汽輪發(fā)電機(jī)停運(yùn)時,重油發(fā)電機(jī)組單獨(dú)對外供電。

重油發(fā)電機(jī)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(fù)雜,主要系統(tǒng)如下:

3.1重油發(fā)電機(jī)組燃油系統(tǒng)

在油罐區(qū)設(shè)有2000m3重油儲罐和200m3輕柴油儲罐,汽車運(yùn)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(jī)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(shè)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(shè)蒸汽伴熱管道。來自重油沉淀罐的燃油進(jìn)入燃油分離單元,經(jīng)分油機(jī)處理后進(jìn)入10m3重油日用油箱,再由供油單元供至重油機(jī)組:輕柴油由輕柴油日用油箱進(jìn)入供油單元再供至柴油機(jī)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(jìn)入渣油箱和渣油池。

3.2重油發(fā)電機(jī)組潤滑油系統(tǒng)

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

3.3重油發(fā)電機(jī)組循環(huán)冷卻水系統(tǒng)

機(jī)組主要使用重油,功率較大,可長期連續(xù)運(yùn)行,因此選用水冷式機(jī)組。室外設(shè)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(jī)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(jī)組設(shè)置獨(dú)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(jī)組自帶淡水泵送至機(jī)組增壓器,再進(jìn)入淡水冷卻器。

3.4重油發(fā)電機(jī)組壓縮空氣系統(tǒng)

機(jī)組的啟動和停運(yùn)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(nèi),分別供至兩臺機(jī)組和燃油分離機(jī)、滑油分離機(jī)、燃油供油單元。機(jī)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(fù)雜,機(jī)組附件多,各類管道多,受場地限制,布置困難,應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置地溝,管道沿地溝分兩層敷設(shè)。

4結(jié)語

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