柴油机重油发电站设计介绍

彭义林

（湖北省电力勘测设计院，湖北 武汉 430040）

柴油机重油发电站设计介绍

彭义林

（湖北省电力勘测设计院，湖北 武汉 430040）

摘要：针对国外柴油机重油发电站实际工程设计与施工中出现的问题进行分析和处理方案介绍，并对工程中出现的一些问题进行提醒和总结。

重油发电；柴油机；联合循环；电站设计

一、工程概况

近几年非洲、亚洲等欠发达地区由于发展的需要，大批量地建设柴油机发电站。重油由于价格低廉，被广泛使用在柴油机发电站中，我院第一个重油发电项目在非洲。

由于该工程为我院设计的第一个柴油机重油电站，无该类型设计经验，我院在主机设备供货方的技术支持下进行了该项目的初步设计和施工图设计。在主机设备供货方提供的主要系统流程图的基础上拟定了燃烧系统各分系统图，在主机设备供货方提供的主厂房推荐布置的基础上进行了主厂房主要设备布置，并根据设备布置进行了管线布置。

主机设备供货方负责主机（柴油机、余热锅炉、汽轮机）和柴油机辅助设备的订货，我院配合总包方负责重油、柴油、润滑油卸油、供油系统除重油供应模块、柴油供应模块外设备（主要为油泵和油过滤器）的订货并负责柴油机系统（燃料和烟气）所有管道（含保温）的设计。

二、主要系统介绍

本工程为较少见的柴油机-汽机联合循环系统，装机为10台18H32/40V型柴油发电机组，配10台4.15t/h蒸发量的余热锅炉和1台6MW凝汽式汽轮发电机组。柴油机主燃料为重油，柴油为启动用燃料。

1.重油系统

重油采用汽车运输进厂后由两台卸油泵（一运一备）输送至罐区的4座5000m3储油罐储存。储油罐内的重油经两台输送泵（一运一备）将重油输送到300m3缓冲罐内。缓冲罐内的重油进入重油分离模块进行分离、过滤，然后由重油分离模块内的油泵输送到500m3日用油罐；分离出来的渣油用油泵输送到油渣罐储存，储存一定量后由渣油泵输送到焚烧炉内进行焚烧处理。日用油罐内的重油进入两台重油供应模块通过两根供油母管分别向10台柴油机供油。重油供应模块还设置有柴油置换接口，在需要全厂停机时可通过该接口利用柴油将供应模块后管道内的重油全部输送到柴油机消耗完。

2.柴油系统

柴油采用汽车运输进厂后由两台卸油泵（一运一备）输送至罐区的1座1000m3储油罐储存。储油罐内的柴油通过柴油母管输送到两台柴油供应模块后通过两根柴油母管分别向10台柴油机提供启动用油，其中一根母管还向黑启动柴油机提供用油。

3.润滑油系统

柴油机润滑油采用汽车运输进厂后由一台卸油泵输送至罐区的1座100m3储油罐储存。储油罐内的润滑油通过润滑油母管输送到两台润滑油泵后通过一根润滑油母管分别向10台柴油机提供润滑油。柴油机检修维护时根据需要可将柴油机内的润滑油输送到罐区的润滑油检修罐，并通过检测决定该部分润滑油是遗弃还是回用。

4.空气、烟气系统

柴油机燃烧所需空气通过柴油机房外的进气过滤器、进气消音器从柴油机两侧的进气管进入柴油机。柴油机排出的360℃热烟气通过两根排气管排出柴油机引出柴油机房后合并为一根烟气母管。通过烟气母管接入余热锅炉进行换热，经过余热锅炉后的烟气温度约为180℃，直接通过余热锅炉后的钢烟囱排入大气。考虑到余热锅炉故障时柴油机仍能正常运行，烟气母管进锅炉前设置了一路烟气旁路，烟气进入烟气旁路后通过排气消音器直通余热锅炉后的钢烟囱。烟气由设置在三通管处的烟气换向挡板门控制流向。

5.蒸汽系统

10台余热锅炉加热产生的新蒸汽汇集到1台分汽缸内，再由分汽缸内引一根母管接出。一路接入汽轮机主汽门；一路经减温减压器后接至厂区重油加热蒸汽母管，作为重油加热蒸汽的备用汽源。汽机正常运行时，由汽轮机的一级非调整抽汽供重油系统加热用汽。

三、设计改进与优化

1.取消烟气脱硫系统

本工程投标方案按当地其他工程常规做法在余热锅炉与烟囱之间设置了引风机和脱硫设备。我方在设计校核计算中发现只要重油中S的含量小于3%则可保证烟气中SO2的含量达到世行的排放要求。在经总包方与业主协商，改用了含S量在2%左右品质较好的重油，因此在初步设计时取消了烟气系统中的引风机和脱硫设备，同时获得了业主的认可。

2.增加重油储罐蒸汽加热器

主机设备供货方在投标阶段为进一步降低油耗增加竞争力，设置了柴油机高温缸套水热回收系统，利用回收的热量加热重油储罐。但我院在进行油罐加热器加热面积计算时发现，要想利用低温热水加热重油储罐，所需加热器的加热面积远远超出预期。如本工程5000m3重油储油罐如想达到设想效果则加热面积约为1800m2，而根据工程经验同容积的油罐加热器面积最大为200m2。经分析，重油粘度大导致流动性差，而热水与重油的温差又小造成两者之间的换热系数过小，导致热水与重油换热效果差。特别是在重油储罐保温阶段，重油温度与热水温度的温差只有10℃～15℃，此时换热效果非常差。而由于投标阶段已设置了该系统，而发现该问题时间较晚，总包方担心造成合同纠纷不同意取消。因此在施工图阶段重油储罐增加了蒸汽加热器，以保证油罐的加热效果。

3.辅助间设备架空布置

在进行主厂房布置时，根据常规火电布置方式将辅助设备布置在辅助间0m地面，管道布置在设备周围，母管布置在两排辅助设备之间。为保持厂房内通道顺畅，管道可布置在地沟或架空在2.5m以上。但此处母管过于密集，布置在地沟则沟道过深，如架空则需增加辅助间的高度，增加造价。因此最终在0～1.2m之间分横、纵各两层布置，同时将辅助间的设备增加支腿，便于管道在设备下方穿插。

四、现场问题处理

1.柴油机曲轴排气管道改进

厂家提供的柴油机曲轴排气介质为油气，考虑到现场的环境保护，在设计时将10台柴油机的曲轴排气引接为到一根母管通向主厂房外的集油池。柴油机厂家工程师对此表示应该每台柴油机单独引接到主厂房顶部排放。原因是柴油机的曲轴排气是由于柴油机高温导致润滑油蒸发成气体，需要及时排出。向上引接是形成负压便于油气顺畅排出，单独引接是防止相互影响，引起着火的事故。

2.增加油泵房重油回收系统

油泵房内重油供油模块自带过滤器的反冲洗，介质为重油。我方设计为直排地沟进入油水分离池，现场运行时发现该设备排出废油量较大，使污油回收系统运行较频繁。根据厂家资料发现该设备的冲洗为自动冲洗，正常运行时冲洗频率为两小时冲洗一次，但同时通过压降监测会不定时冲洗。单台每次排出油量为6L～8L，单台一天排油量在0.1m3左右，现场共两台设备。但运行初期，由于重油系统设备的调试，造成该设备的频繁冲洗排油。考虑到性能测试和最终验收需要，经过总包方同意为该设备专门设置一套废油回收系统。回收系统由一个1m3的集油箱收集反冲洗的排油，由一台2m3/h螺杆油泵将集油箱收集的反冲洗排油输送到重油缓冲罐进行回收利用。

3.增加柴油机烟气旁路

现场反馈余热锅炉蒸汽参数达不到设计值。经了解，10台柴油机出口烟气温度在307℃～325℃，而到余热锅炉进口烟气温度则只有302℃～312℃，与原设计值355℃相差较大。经现场测量发现，引起烟气温度偏离设计值的原因是烟气流量远超出设计值，经现场与柴油机厂家沟通后改造柴油机的烟气系统，从柴油机烟气透平机前引接旁路到排烟口使排烟温度恢复到设计值。

五、心得与体会

本工程是我院设计的第一个柴油机重油电站，安装地点位于国外；同时本工程采用了非常规的柴油机联合循环，并且柴油机及辅助系统和锅炉没有整体供货，由主机设备供货方分别采购；布置方面也未采用国外主机厂家推荐的典型布置，施工单位也非国内的成熟施工队伍。因此在设计与施工调试过程出现很多意想不到的问题，同时也是在国外工程中经常会出现的问题。

1.国外工程验收严格

国外业主方虽然对工程过程不太关注，但对总包工程的验收非常严格，因此对合同需要提供数据应进行严格地计算。例如本工程对净出力要求和净油耗要求都分为单循环和联合循环进行考核，而净出力中对联合循环时开启不同台数柴油机时汽轮机的出力都作出详细的规定，导致本工在调试验收期间增加了废油回收系统、改造柴油机烟气系统而推迟了交付时间。

2.柴油机宜采用单循环系统

本工程柴油机后设置余热发电系统，虽然可以增加约6000kW左右的发电量，约占整个电厂出力的7.5%，但增加了10台余热锅炉和1台汽轮机，导致整个电厂系统复杂，设备采购和安装工作量大大增加。而像非洲等不发达国家，电负荷的需求不稳定，而根据现场实际情况大部分时间外部实际电负荷需求只需运行2～4台柴油机即可，只有其他电厂检修期间才需要全厂10台柴油机满负荷运行。这样导致余热系统基本无法运行，而多余的蒸汽也无其他用途只能排空，造成极大浪费。因此在非洲等欠发达地区的柴油机发电项目，其余热量相对较小，单循环系统具有启停灵活的特点，是恰当的选择。

3.柴油机电站宜采用模块化设计

本工程在厂房内母管全部集中布置在两排辅助设备之间，过于集中，检修维护仍然不太方便。经了解，瓦锡兰、曼等柴油机生产厂家已经形成了柴油机辅助设备的配套模块化供货，母管直接布置在辅助模块的底部，模块内部管道直接与母管连接，可大大节约布置空间，可减小主厂房跨距，可节约主厂房造价。

[1]郭江荣.基于PLC的柴油机重油动态乳化过程控制系统[J].机电工程，2006，23（7）：49-51.

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