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,經閉合的負載回路產生電流。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。燃油分離單元產生的渣油和供油單元產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機組自帶的預供滑油泵供給機組使用,使用后的滑油經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。滑油分油機產生的渣油經渣油泵排至渣油箱。

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。