柴油機重油發電站設計介紹

彭義林

（湖北省電力勘測設計院，湖北 武漢 430040）

柴油機重油發電站設計介紹

彭義林

（湖北省電力勘測設計院，湖北 武漢 430040）

摘要：針對國外柴油機重油發電站實際工程設計與施工中出現的問題進行分析和處理方案介紹，并對工程中出現的一些問題進行提醒和總結。

重油發電；柴油機；聯合循環；電站設計

一、工程概況

近幾年非洲、亞洲等欠發達地區由于發展的需要，大批量地建設柴油機發電站。重油由于價格低廉，被廣泛使用在柴油機發電站中，我院第一個重油發電項目在非洲。

由于該工程為我院設計的第一個柴油機重油電站，無該類型設計經驗，我院在主機設備供貨方的技術支持下進行了該項目的初步設計和施工圖設計。在主機設備供貨方提供的主要系統流程圖的基礎上擬定了燃燒系統各分系統圖，在主機設備供貨方提供的主廠房推薦布置的基礎上進行了主廠房主要設備布置，并根據設備布置進行了管線布置。

主機設備供貨方負責主機（柴油機、余熱鍋爐、汽輪機）和柴油機輔助設備的訂貨，我院配合總包方負責重油、柴油、潤滑油卸油、供油系統除重油供應模塊、柴油供應模塊外設備（主要為油泵和油過濾器）的訂貨并負責柴油機系統（燃料和煙氣）所有管道（含保溫）的設計。

二、主要系統介紹

本工程為較少見的柴油機-汽機聯合循環系統，裝機為10臺18H32/40V型柴油發電機組，配10臺4.15t/h蒸發量的余熱鍋爐和1臺6MW凝汽式汽輪發電機組。柴油機主燃料為重油，柴油為啟動用燃料。

1.重油系統

重油采用汽車運輸進廠后由兩臺卸油泵（一運一備）輸送至罐區的4座5000m3儲油罐儲存。儲油罐內的重油經兩臺輸送泵（一運一備）將重油輸送到300m3緩沖罐內。緩沖罐內的重油進入重油分離模塊進行分離、過濾，然后由重油分離模塊內的油泵輸送到500m3日用油罐；分離出來的渣油用油泵輸送到油渣罐儲存，儲存一定量后由渣油泵輸送到焚燒爐內進行焚燒處理。日用油罐內的重油進入兩臺重油供應模塊通過兩根供油母管分別向10臺柴油機供油。重油供應模塊還設置有柴油置換接口，在需要全廠停機時可通過該接口利用柴油將供應模塊后管道內的重油全部輸送到柴油機消耗完。

2.柴油系統

柴油采用汽車運輸進廠后由兩臺卸油泵（一運一備）輸送至罐區的1座1000m3儲油罐儲存。儲油罐內的柴油通過柴油母管輸送到兩臺柴油供應模塊后通過兩根柴油母管分別向10臺柴油機提供啟動用油，其中一根母管還向黑啟動柴油機提供用油。

3.潤滑油系統

柴油機潤滑油采用汽車運輸進廠后由一臺卸油泵輸送至罐區的1座100m3儲油罐儲存。儲油罐內的潤滑油通過潤滑油母管輸送到兩臺潤滑油泵后通過一根潤滑油母管分別向10臺柴油機提供潤滑油。柴油機檢修維護時根據需要可將柴油機內的潤滑油輸送到罐區的潤滑油檢修罐，并通過檢測決定該部分潤滑油是遺棄還是回用。

4.空氣、煙氣系統

柴油機燃燒所需空氣通過柴油機房外的進氣過濾器、進氣消音器從柴油機兩側的進氣管進入柴油機。柴油機排出的360℃熱煙氣通過兩根排氣管排出柴油機引出柴油機房后合并為一根煙氣母管。通過煙氣母管接入余熱鍋爐進行換熱，經過余熱鍋爐后的煙氣溫度約為180℃，直接通過余熱鍋爐后的鋼煙囪排入大氣。考慮到余熱鍋爐故障時柴油機仍能正常運行，煙氣母管進鍋爐前設置了一路煙氣旁路，煙氣進入煙氣旁路后通過排氣消音器直通余熱鍋爐后的鋼煙囪。煙氣由設置在三通管處的煙氣換向擋板門控制流向。

5.蒸汽系統

10臺余熱鍋爐加熱產生的新蒸汽匯集到1臺分汽缸內，再由分汽缸內引一根母管接出。一路接入汽輪機主汽門；一路經減溫減壓器后接至廠區重油加熱蒸汽母管，作為重油加熱蒸汽的備用汽源。汽機正常運行時，由汽輪機的一級非調整抽汽供重油系統加熱用汽。

三、設計改進與優化

1.取消煙氣脫硫系統

本工程投標方案按當地其他工程常規做法在余熱鍋爐與煙囪之間設置了引風機和脫硫設備。我方在設計校核計算中發現只要重油中S的含量小于3%則可保證煙氣中SO2的含量達到世行的排放要求。在經總包方與業主協商，改用了含S量在2%左右品質較好的重油，因此在初步設計時取消了煙氣系統中的引風機和脫硫設備，同時獲得了業主的認可。

2.增加重油儲罐蒸汽加熱器

主機設備供貨方在投標階段為進一步降低油耗增加競爭力，設置了柴油機高溫缸套水熱回收系統，利用回收的熱量加熱重油儲罐。但我院在進行油罐加熱器加熱面積計算時發現，要想利用低溫熱水加熱重油儲罐，所需加熱器的加熱面積遠遠超出預期。如本工程5000m3重油儲油罐如想達到設想效果則加熱面積約為1800m2，而根據工程經驗同容積的油罐加熱器面積最大為200m2。經分析，重油粘度大導致流動性差，而熱水與重油的溫差又小造成兩者之間的換熱系數過小，導致熱水與重油換熱效果差。特別是在重油儲罐保溫階段，重油溫度與熱水溫度的溫差只有10℃～15℃，此時換熱效果非常差。而由于投標階段已設置了該系統，而發現該問題時間較晚，總包方擔心造成合同糾紛不同意取消。因此在施工圖階段重油儲罐增加了蒸汽加熱器，以保證油罐的加熱效果。

3.輔助間設備架空布置

在進行主廠房布置時，根據常規火電布置方式將輔助設備布置在輔助間0m地面，管道布置在設備周圍，母管布置在兩排輔助設備之間。為保持廠房內通道順暢，管道可布置在地溝或架空在2.5m以上。但此處母管過于密集，布置在地溝則溝道過深，如架空則需增加輔助間的高度，增加造價。因此最終在0～1.2m之間分橫、縱各兩層布置，同時將輔助間的設備增加支腿，便于管道在設備下方穿插。

四、現場問題處理

1.柴油機曲軸排氣管道改進

廠家提供的柴油機曲軸排氣介質為油氣，考慮到現場的環境保護，在設計時將10臺柴油機的曲軸排氣引接為到一根母管通向主廠房外的集油池。柴油機廠家工程師對此表示應該每臺柴油機單獨引接到主廠房頂部排放。原因是柴油機的曲軸排氣是由于柴油機高溫導致潤滑油蒸發成氣體，需要及時排出。向上引接是形成負壓便于油氣順暢排出，單獨引接是防止相互影響，引起著火的事故。

2.增加油泵房重油回收系統

油泵房內重油供油模塊自帶過濾器的反沖洗，介質為重油。我方設計為直排地溝進入油水分離池，現場運行時發現該設備排出廢油量較大，使污油回收系統運行較頻繁。根據廠家資料發現該設備的沖洗為自動沖洗，正常運行時沖洗頻率為兩小時沖洗一次，但同時通過壓降監測會不定時沖洗。單臺每次排出油量為6L～8L，單臺一天排油量在0.1m3左右，現場共兩臺設備。但運行初期，由于重油系統設備的調試，造成該設備的頻繁沖洗排油。考慮到性能測試和最終驗收需要，經過總包方同意為該設備專門設置一套廢油回收系統。回收系統由一個1m3的集油箱收集反沖洗的排油，由一臺2m3/h螺桿油泵將集油箱收集的反沖洗排油輸送到重油緩沖罐進行回收利用。

3.增加柴油機煙氣旁路

現場反饋余熱鍋爐蒸汽參數達不到設計值。經了解，10臺柴油機出口煙氣溫度在307℃～325℃，而到余熱鍋爐進口煙氣溫度則只有302℃～312℃，與原設計值355℃相差較大。經現場測量發現，引起煙氣溫度偏離設計值的原因是煙氣流量遠超出設計值，經現場與柴油機廠家溝通后改造柴油機的煙氣系統，從柴油機煙氣透平機前引接旁路到排煙口使排煙溫度恢復到設計值。

五、心得與體會

本工程是我院設計的第一個柴油機重油電站，安裝地點位于國外；同時本工程采用了非常規的柴油機聯合循環，并且柴油機及輔助系統和鍋爐沒有整體供貨，由主機設備供貨方分別采購；布置方面也未采用國外主機廠家推薦的典型布置，施工單位也非國內的成熟施工隊伍。因此在設計與施工調試過程出現很多意想不到的問題，同時也是在國外工程中經常會出現的問題。

1.國外工程驗收嚴格

國外業主方雖然對工程過程不太關注，但對總包工程的驗收非常嚴格，因此對合同需要提供數據應進行嚴格地計算。例如本工程對凈出力要求和凈油耗要求都分為單循環和聯合循環進行考核，而凈出力中對聯合循環時開啟不同臺數柴油機時汽輪機的出力都作出詳細的規定，導致本工在調試驗收期間增加了廢油回收系統、改造柴油機煙氣系統而推遲了交付時間。

2.柴油機宜采用單循環系統

本工程柴油機后設置余熱發電系統，雖然可以增加約6000kW左右的發電量，約占整個電廠出力的7.5%，但增加了10臺余熱鍋爐和1臺汽輪機，導致整個電廠系統復雜，設備采購和安裝工作量大大增加。而像非洲等不發達國家，電負荷的需求不穩定，而根據現場實際情況大部分時間外部實際電負荷需求只需運行2～4臺柴油機即可，只有其他電廠檢修期間才需要全廠10臺柴油機滿負荷運行。這樣導致余熱系統基本無法運行，而多余的蒸汽也無其他用途只能排空，造成極大浪費。因此在非洲等欠發達地區的柴油機發電項目，其余熱量相對較小，單循環系統具有啟停靈活的特點，是恰當的選擇。

3.柴油機電站宜采用模塊化設計

本工程在廠房內母管全部集中布置在兩排輔助設備之間，過于集中，檢修維護仍然不太方便。經了解，瓦錫蘭、曼等柴油機生產廠家已經形成了柴油機輔助設備的配套模塊化供貨，母管直接布置在輔助模塊的底部，模塊內部管道直接與母管連接，可大大節約布置空間，可減小主廠房跨距，可節約主廠房造價。

[1]郭江榮.基于PLC的柴油機重油動態乳化過程控制系統[J].機電工程，2006，23（7）：49-51.

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