生物質(zhì)能發(fā)電廠汽機(jī)房布置優(yōu)化設(shè)計(jì)

孫萍，趙淵，程亮平

(武漢凱迪電力工程有限公司，湖北 武漢 430223)

0 引言

當(dāng)前，世界一次能源缺乏，而我國一次能源更是緊缺，各國都在尋找開發(fā)可再生能源，如太陽能、風(fēng)能、垃圾廢料、生物質(zhì)能等。利用生物質(zhì)能發(fā)電是我國解決能源出路的重要途徑。

按照國家出臺的對可再生能源發(fā)展的規(guī)劃，到2020年生物質(zhì)能發(fā)電裝機(jī)容量將達(dá)24 GW左右，其發(fā)展前景廣闊，不僅可減少SO2的排放，實(shí)現(xiàn)CO2的減排，而且可保持國家經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。到2011年，已建的生物質(zhì)能發(fā)電廠裝機(jī)容量約為5 500 MW，這意味著在今后的一段時(shí)間內(nèi)生物質(zhì)能發(fā)電廠將步入高速發(fā)展階段，如何在技術(shù)合理的前提下進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，有效降低造價(jià)及運(yùn)行費(fèi)用是目前亟待解決的問題［1－2］。

汽機(jī)房是電廠的重要建筑物，汽機(jī)房布置是設(shè)計(jì)優(yōu)化的重點(diǎn)，生物質(zhì)能發(fā)電廠汽機(jī)房布置的優(yōu)化設(shè)計(jì)是有效降低生物質(zhì)能發(fā)電廠造價(jià)及運(yùn)行費(fèi)用的手段。

1 生物質(zhì)能發(fā)電廠汽機(jī)房的傳統(tǒng)布置

國內(nèi)30 MW級別的生物質(zhì)能發(fā)電廠的汽機(jī)系統(tǒng)采用的是汽機(jī)房+除氧燃料間的典型布置方式，具體如下:

(1)汽機(jī)房結(jié)構(gòu)形式及尺寸。汽機(jī)房采用單排架結(jié)構(gòu)形式，跨度為18.0～21.0 m，柱距為8.0～9.0 m，汽機(jī)房共5個(gè)柱距，汽機(jī)房總長度為43.0 m。汽輪機(jī)向下排汽，汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組高位布置，汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組中心線距汽機(jī)房A列柱8.0 m，汽機(jī)房采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或鋼結(jié)構(gòu)。

(2)除氧燃料間結(jié)構(gòu)形式及尺寸。除氧燃料間為單框架結(jié)構(gòu)，跨度為8.0 m，除氧燃料間總長度為43.0 m。

(3)汽機(jī)房各層布置。汽機(jī)房±0.0 m層布置電動給水泵、高/低壓加熱器及其他輔助設(shè)備;8.0 m為汽輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)層。汽機(jī)房行車軌頂標(biāo)高15.5 m，汽機(jī)房屋架下弦標(biāo)高18.3 m，汽輪機(jī)、電動給水泵均采用行車檢修起吊。

(4)除氧燃料間各層布置:除氧燃料間±0.0 m層布置有高/低壓配電裝置、照明檢修室、蓄電池室;5.0 m層布置有電纜夾層、汽水管道等;8.0 m為運(yùn)行層，布置機(jī)爐集控室、不間斷電源(UPS)室、電子設(shè)備間;14.0 m為除氧層，布置除氧器、給料機(jī)、連續(xù)排污擴(kuò)容器等。

2 汽機(jī)房布置的優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 汽機(jī)房優(yōu)化措施

某30 MW生物質(zhì)能發(fā)電廠汽機(jī)房采用先進(jìn)的工藝技術(shù)，優(yōu)化布置措施如下:

(1)采用進(jìn)口高溫超高壓單缸軸向排汽凝汽式汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組，該機(jī)組在國外生物質(zhì)能發(fā)電廠有運(yùn)行業(yè)績，而在國內(nèi)的生物質(zhì)能發(fā)電廠是首次使用。目前，國內(nèi)的生物質(zhì)電廠多采用中溫次高壓、高溫高壓機(jī)組，高溫超高壓機(jī)組比國內(nèi)常規(guī)機(jī)組的發(fā)電效率高2%～4%。

(2)汽輪機(jī)軸向排汽，汽輪發(fā)電機(jī)組低位0.0 m層布置，降低汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組標(biāo)高，取消汽輪機(jī)運(yùn)行層，整體降低汽機(jī)房標(biāo)高;同時(shí)，縮短汽輪機(jī)組距汽機(jī)房A列柱的距離，汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組緊湊式布置，減小汽機(jī)房長度。

(3)縮短汽機(jī)房的跨度，電動給水泵移至除氧燃料間。

(4)優(yōu)化汽機(jī)房結(jié)構(gòu)形式，不設(shè)常規(guī)的汽機(jī)房，取消汽機(jī)房單排架結(jié)構(gòu)，汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組布置在可拆卸的輕型汽機(jī)罩殼內(nèi);汽機(jī)罩殼內(nèi)不設(shè)行車，檢修時(shí)用汽車式起重機(jī)將相應(yīng)部位的罩殼移走后進(jìn)行設(shè)備的檢修。

2.2 汽機(jī)房優(yōu)化布置設(shè)計(jì)

汽機(jī)房、除氧燃料間二列式布置，具體優(yōu)化布置如下:

(1)汽機(jī)房結(jié)構(gòu)形式及尺寸。汽機(jī)房采用可拆卸的汽機(jī)輕型罩殼形式，汽機(jī)罩殼跨度為13.0 m，長32.0 m，汽機(jī)罩殼頂最高標(biāo)高8.5 m，頂部呈弧形，汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組中心線距汽機(jī)房A列柱6.5 m。

(2)除氧燃料間結(jié)構(gòu)形式及尺寸。除氧燃料間為單框架，跨度為8.0 m，除氧燃料間總長度為8.0×5=40.0(m)。

(3)汽機(jī)房各層布置:汽機(jī)房±0.0 m層布置汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組、凝結(jié)水泵坑、凝結(jié)水泵、射汽抽氣器、軸封、膠球清洗裝置等輔助設(shè)備。

(4)除氧燃料間各層布置:除氧燃料間±0.0 m層布置電動給水泵組、高/低壓加熱器、蓄電池室，并設(shè)有電動給水泵組的檢修起吊設(shè)備;8.0 m為運(yùn)行層，布置機(jī)爐集控室、工程師室、UPS室、電子設(shè)備間、高/低壓配電裝置;14.0 m為除氧層，布置除氧器、給料機(jī)、連續(xù)排污擴(kuò)容器等。

3 汽機(jī)房布置優(yōu)化技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

該30 MW生物質(zhì)能發(fā)電廠選用了高效率的高溫超高壓汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組，雖然初期投資比國內(nèi)傳統(tǒng)的高溫高壓機(jī)組及中溫次高壓機(jī)組高，但由于發(fā)電效率高，每年的運(yùn)行費(fèi)用均比國內(nèi)傳統(tǒng)的機(jī)組低。在發(fā)電量相等的情況下，高溫超高壓機(jī)組至少可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤30 g/(kW·h)，每年至少可節(jié)約600萬元燃料費(fèi)(按全年發(fā)電7500 h計(jì));在燃料相等的情況下，高溫超高壓發(fā)電機(jī)組比國內(nèi)常規(guī)機(jī)組全年至少可多發(fā)電17.5 GW·h(按全年發(fā)電7500 h計(jì))。電廠運(yùn)行時(shí)間越長，高溫超高壓機(jī)組節(jié)約的運(yùn)行費(fèi)用越多，2年內(nèi)高溫超高壓汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組增加的初期投資費(fèi)用與節(jié)約的運(yùn)行費(fèi)用基本持平。

該30 MW生物質(zhì)能發(fā)電廠的汽機(jī)房優(yōu)化布置同傳統(tǒng)的汽機(jī)房布置主要尺寸對比見表1。

該30 MW生物質(zhì)能發(fā)電廠汽機(jī)房、除氧燃料間布局合理、工藝流程順暢、功能明確、檢修合理，與國內(nèi)傳統(tǒng)的汽機(jī)房相比屬緊湊型布置形式。

表1 主廠房布置主要尺寸對比

由于取消汽機(jī)房單排架結(jié)構(gòu)，采用輕型汽機(jī)罩殼的結(jié)構(gòu)形式，不僅節(jié)約了大量的土建費(fèi)用，還縮短了汽機(jī)房施工工期，可節(jié)約初投資約200萬元;同時(shí)，減少汽機(jī)房占地面積約358 m2，減少汽機(jī)房容積約10000 m3。

4 結(jié)束語

該30 MW生物質(zhì)能發(fā)電廠在安全、經(jīng)濟(jì)且便于運(yùn)行維護(hù)的前提下，選用了高性能的高溫超高壓機(jī)組，不僅提高了汽輪機(jī)的熱效率，提高了生物質(zhì)能源利用率，還減少了汽機(jī)房占地面積和容積，使汽機(jī)房的系統(tǒng)效率達(dá)到了同類型機(jī)組的國內(nèi)領(lǐng)先水平，技術(shù)、經(jīng)濟(jì)性良好。

［1］徐中華.上海崇明生物質(zhì)能發(fā)電工程技術(shù)方案研究［J］.華電技術(shù)，2012，34(S1):86 －88.

［2］張瑾.生物質(zhì)能電廠的“小”與“精”［J］.華電技術(shù)，2010，32(10):72－75.

［3］高永芬，侯振，胡訓(xùn)棟.單縣龍基生物發(fā)電工程秸稈電廠設(shè)計(jì)研究［J］.熱機(jī)技術(shù)，2006(3):15－18.