柴油、重油发电机组特性及系统设计分析

引言

柴油发电机组一般是指轻柴油发电机组,大多用于临时备用电源,不宜长期连续运行:而重油(即重柴油)发电机组,不但功率较大,且可以长期连续运行。在某发电厂启动和备用电源发电系统设计中,根据生产系统的安全和供电需要,系统设计了2×2000kw重油发电机组和一台250kw黑启动柴油发电机组。

1柴油、重油发电机组

1.1柴油发电机组

柴油发电机是一种小型发电设备,是以柴油等为燃料,以柴油机为原动机带动发电机发电的动力机械。整套机组一般由柴油机、发电机、控制箱、燃油箱、启动和控制用蓄电瓶、保护装置等部件组成。柴油发电机组整体可以固定在基础上定位使用,也可安装在可移动的车辆上使用。

工作原理:柴油机是以柴油作为燃料的压燃式内燃机。柴油机的工作循环由进气、压缩、喷油着火燃烧、膨胀做功和排气等过程组成。在柴油机气缸内,过滤后的清洁空气与高压雾化柴油在气缸内充分结合,受到活塞的压力作用后温度升高,达到燃点时,混合气体立即剧烈燃烧,产生高压气体,推动活塞做功,将内能转换为机械能。作用在活塞上的推力经连杆推动曲轴转动,曲轴驱动三相交流无刷同步交流发电机的转子旋转,转子旋转会产生感应电动势,根据"电磁感应"原理,发电机会输出感应电动势,经闭合的负载回路产生电流。至此,柴油机完成热能、机械能、电能之间的转换。

柴油发电机组应用广泛,具有热效率高、燃油消耗低的优点。柴油机是目前热效率最高的热机,热效率达30%~46%:运行费用低,可使用多种燃料,对燃油品质要求低:可靠性较高,发电出力稳定:负荷适应能力强,功率变动范围大:机组启动迅速,很快达到全功率运行。柴油机的启动一般只需几秒钟,在应急状态下可在1min内达到全负荷,在正常状态下5~30min达到全负荷:运行操作简单,维护保养方便:机组易于实现自动化控制,尾气、噪声等均能控制在环保要求内。

总之,柴油发电机燃油经济,工况变化时,燃油消耗率曲线变化比较平坦,低负荷下也能经济运行:工作可靠、持久:因为没有点火系统,所以故障率低:使用范围广,有害排放物较低,防火安全性好:单机容量等级多,机组容量从几千瓦至几万千瓦,但目前国内机组最高只有几千千瓦:配套设备结构紧凑,安装地点灵活:热效率高,燃油消耗低,停机过程短,可以频繁启停:柴油发电机组的建设与发电的综合成本低。

1.2重油发电机组

重油发电机与轻柴油发电机工作原理相同。重油发电机组多为中、低速发电机,主要有运行成本低,可长期连续运行且运行可靠,使用寿命长,投资回报快及噪声低等优点。缺点是一次性投资相对较高。重油发电机组适用于需要连续不间断用电的工厂、大型工矿企业。

相对柴油而言,重油价格较低,价差最大时重油价格比柴油便宜近50%,因此采用重油发电更经济。重油发电机的耐久性更好。大修期长,一般超过10000h才需大修,最长可超过40000h才大修,且使用寿命较长,而普通柴油机一般在7000h左右就需大修。重油发电机噪声较低,但管路复杂,安装占地面积较大,安装周期较长。重油发电机的燃油消耗低,但它的一次性投资较大。重油发电机负载能力较强,运行稳定、可靠且可连续运行,能长期在90%负载条件下安全可靠运行,但重油发电机的冷却循环水系统、燃油系统、润滑油系统等较为复杂,对操作人员及设备管理的要求较高。

2柴油、重油发电机组选型和发展趋势

机组选型主要条件:机械与电气性能、使用环境条件、机组的用途、负荷的容量与变化范围、自动化控制功能等。

柴油发电机组总的发展趋势为[3]:(1)提高机组可靠性。通过在线监控,确保机组正常工作:对正在发展中的故障进行早期预警,并采取相应处理对策:显著提高低负荷运行能力。(2)提高排放控制能力,以符合当地的排放标准。(3)降低燃油和润滑油的消耗,实现气缸润滑的定量、定时控制。

柴油发电机组应进一步实现智能化。智能化机组在国内外的使用范围不断扩大,很多领域都需要可靠性高、稳定性强,可以持续工作的自动化发电机设备。

3某发电厂柴油发电站机组系统设计

某发电厂所在地电力缺乏,电厂锅炉、汽轮机发电机组系统启动无市电,需要自供电:电厂锅炉燃料为生物质燃料,燃料供应有季节性:电厂所发电要外供。为保证生产系统启动和对外供电的安全、稳定,要求柴油发电机组长期发电。因此,选用了一台250kw的黑启动机组以供柴油发电机组系统启动用电之需。对于柴油发电机组的选择,根据发电外供的需求,且重油比柴油成本便宜很多,选择2×2000kw重油发电机组。电厂运行方式为:启动黑启动机组发电以供重油发电机组系统启动所需用电:重油发电机组发电后供锅炉、汽轮发电机系统启动所需用电和外供电,黑启动机组停用:锅炉、汽轮发电机停运时,重油发电机组单独对外供电。

重油发电机组系统要求可以用柴油和重油两种燃油发电,系统较为复杂,主要系统如下:

3.1重油发电机组燃油系统

在油罐区设有2000m3重油储罐和200m3轻柴油储罐,汽车运来的燃油通过卸油泵卸至储油罐中。再经输油泵和管道分别输油至柴油发电机30m3重油沉淀罐和8m3轻柴油日用油箱。重油储罐和日用油箱设有蒸汽加热器,在使用重油时要先用来自启动锅炉的蒸汽加热。重油管道设蒸汽伴热管道。来自重油沉淀罐的燃油进入燃油分离单元,经分油机处理后进入10m3重油日用油箱,再由供油单元供至重油机组:轻柴油由轻柴油日用油箱进入供油单元再供至柴油机组。燃油分离单元产生的渣油和供油单元产生的污油进入渣油箱和渣油池。

3.2重油发电机组润滑油系统

机组设有室外滑油箱,来自滑油箱的滑油经机组自带的预供滑油泵供给机组使用,使用后的滑油经机组自带滑油抽出泵至机组自带滑油箱,继续循环使用。当滑油品质不符合使用要求时,将污滑油供至滑油分油机单元,经分油机处理后的净滑油回到机组自带滑油箱,供给机组使用。滑油分油机产生的渣油经渣油泵排至渣油箱。

3.3重油发电机组循环冷却水系统

机组主要使用重油,功率较大,可长期连续运行,因此选用水冷式机组。室外设一循环冷却塔,循环冷却塔的冷却水由循环水泵输送至机组空冷器,再经喷油冷却器、滑油冷却器、淡水冷却器后回到冷却塔。机组设置独立膨胀水箱,使用除盐水。膨胀水箱高位放置,膨胀水箱的水经机组自带淡水泵送至机组增压器,再进入淡水冷却器。

3.4重油发电机组压缩空气系统

机组的启动和停运需要压力为3MPa的压缩空气,燃油分离单元和滑油分离单元、燃油供油单元需要压力为0.8MPa的压缩空气。压缩空气站生产的压缩空气分别储存在3MPa和0.8MPa的空气瓶内,分别供至两台机组和燃油分离机、滑油分离机、燃油供油单元。机组分油单元、供油单元还需要低压蒸汽和工业水:分油系统和供油系统还包括回油系统。故此系统较为复杂,机组附件多,各类管道多,受场地限制,布置困难,应根据实际情况设置地沟,管道沿地沟分两层敷设。

4结语

柴油发电机组应用广泛,应根据实际需要选择合适的机组类型。重油发电机组系统较为复杂,初次投资较大,但收益好。重油发电机组系统设计中要充分考虑并预留各类油、水、气管道和烟道的布置、检修空间。机组供油、润滑油等辅助系统应模块化设计,以降低现场管道布置的复杂程度。系统各种管道复杂,在设计和安装中要核对设备接口,保证准确无误。相对于轻柴油发电机组来说,重柴油发电机工况没有那么稳定,控制更为复杂,因此重柴油发电机组要实时监测和控制的参数更多。