30 MW級生物質(zhì)電廠主廠房布置特點及優(yōu)化

(中國電力工程顧問集團華東電力設(shè)計院，上海 200063)

30 MW級生物質(zhì)電廠主廠房布置特點及優(yōu)化

白尊亮

(中國電力工程顧問集團華東電力設(shè)計院，上海 200063)

生物質(zhì)發(fā)電是節(jié)能減排的手段之一，優(yōu)化生物質(zhì)電廠的主廠房布置對電廠的高效運行十分有利。本文以某30 MW生物質(zhì)直燃發(fā)電廠為例，闡述了30 MW級生物質(zhì)電廠的主機選型及參數(shù)，對主廠房布置特點進行了探討與總結(jié)。從節(jié)約建設(shè)用地、合理組織工藝流程出發(fā)，對其主廠房的布置提出了若干優(yōu)化方案。本文對我國該容量等級的生物質(zhì)電廠主廠房布置設(shè)計具有參考意義。

生物質(zhì)電廠；30 MW；主廠房；布置設(shè)計；優(yōu)化

生物質(zhì)發(fā)電能有效緩解環(huán)境污染壓力，改變能源結(jié)構(gòu)。因此，近幾年生物質(zhì)發(fā)電成為發(fā)電行業(yè)關(guān)注的一個熱點。目前生物質(zhì)發(fā)電以生物質(zhì)直燃為主，可供利用開發(fā)的燃料主要為農(nóng)作物秸稈、速生林木、工業(yè)有機廢棄物和城市固體有機垃圾等[1-3]。

本文論述的生物質(zhì)發(fā)電廠主要采用速生林木為發(fā)電燃料，其30 MW的發(fā)電容量也是國內(nèi)在建生物質(zhì)發(fā)電項目中的最大級別。發(fā)電廠的主廠房是整個電廠核心工藝流程的所在地，有別于傳統(tǒng)的燃煤發(fā)電廠，生物質(zhì)發(fā)電廠的主廠房布置有其自身的特點，同時，針對這些特點的布置優(yōu)化也大有潛力可挖。本文從該生物質(zhì)發(fā)電廠的主機選型出發(fā)，闡述了其主廠房布置的特點，并提出了若干布置優(yōu)化方案。

1 工程概述

本工程位于擁有豐富農(nóng)業(yè)與林業(yè)資源的貴州某縣。電廠規(guī)劃容量為1×30 MW。電廠以速生能源林、秸稈等為燃料，發(fā)電廠年運行小時數(shù)為7 500 h，年消耗林木、秸稈等各種燃料約15萬t。發(fā)電廠出線電壓為110 kV，直接并入當?shù)仉娋W(wǎng)。汽輪機為抽凝式機組，可向附近企業(yè)提供最大可達70 t/h的蒸汽。同時，電廠灰渣提供給附近鉀肥廠進行綜合利用，從而形成生物質(zhì)-電-熱-化工循環(huán)經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)鏈，屬國家發(fā)改委令第40號《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導目錄(2005年本)》中鼓勵項目，并符合《國務(wù)院關(guān)于加快發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟的若干意見(國發(fā)[2005]22號)》的要求。

2 主機參數(shù)

2.1 鍋爐

鍋爐采用國產(chǎn)循環(huán)流化床鍋爐，針對工程所在地區(qū)的生物質(zhì)燃料特性進行了燃燒優(yōu)化設(shè)計。其結(jié)構(gòu)型式為：單爐膛、單汽包、平衡通風、鋼架雙排柱懸吊式結(jié)構(gòu)[3]。該鍋爐采用前墻給料，共布置4個給料口。采用床下啟動點火方式，床下布置兩只油槍。鍋爐在B-MCR工況下的參數(shù)如表1。

表1 鍋爐(B-MCR工況)主要參數(shù)

2.2 汽輪機

汽輪機采用技術(shù)成熟的西門子SST-400型汽機，該汽機為超高壓參數(shù)，為國內(nèi)現(xiàn)階段生物質(zhì)電廠的最高級別參數(shù)。汽機熱力系統(tǒng)共5級抽汽回熱，包括2級低加用抽汽、1級除氧器用抽汽和2級高加用抽汽。汽輪機結(jié)構(gòu)型式單缸、單軸、軸向排汽。汽輪機主要技術(shù)參數(shù)如表2。

表2 汽輪機主要參數(shù)

2.3 發(fā)電機

發(fā)電機采用配套的西門子SGEN5型發(fā)電機，其結(jié)構(gòu)型式為：空氣內(nèi)冷，星型連接，4極三相同步。由于汽機轉(zhuǎn)速為5 500 r/min，故發(fā)電機與汽輪機采用齒輪變速箱連接。

表3 發(fā)電機主要參數(shù)

3 主廠房布置特點

主廠房布置遵循如下主要原則：布局合理、工藝流程順暢、采用的建筑標準適中，檢修設(shè)施和場地完備，為電廠的安全運行、操作、維護提供良好的工作環(huán)境。

該工程中主廠房采用平行布置方案，布置順序依次為汽機房—除氧間—鍋爐間。擴建端為向右擴建(從汽機房向鍋爐房看)。主廠房采用不等柱距，除擴建端一檔為6 m柱距外，其余4檔均采用8 m柱距。

3.1 汽機房的布置特點

汽輪發(fā)電機組(包括減速器)采用低位零米層布置，整個汽機房設(shè)輕質(zhì)汽機房罩殼。汽機房長度占4檔共30 m，寬度占1跨共13 m，機組中心距B列柱6.5 m。凝汽器布置在固定端，發(fā)電機布置在擴建端。凝汽器為臥式布置，凝汽器抽管方向朝A列柱。各抽汽管道從汽機頂部或底部引出，垂直于汽機軸線方向布置至除氧間。凝結(jié)水泵、射汽抽氣器布置在凝汽器左側(cè)，其中凝泵坑與凝汽器坑連通為一體，在坑內(nèi)設(shè)有集水井和排污泵。

3.2 除氧間的布置特點

除氧間采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，跨距為8 m，分設(shè)0 m層、3.5 m層、8 m層和15 m層。除氧間0 m層布置有2×50%容量的電動給水泵以及兩臺立式高壓加熱器。3.5 m層為占兩檔的鋼平臺結(jié)構(gòu)，其上布置有#2臥式低壓加熱器。8 m層為運轉(zhuǎn)層，布置有機爐電集中控制室、電子設(shè)備間，同時在集控室的一側(cè)布置有輔助蒸汽母管和#1低壓加熱器。8 m層還設(shè)有連接除氧間和鍋爐間的廊橋。15 m層布置一體化除氧器和連續(xù)排污擴容器。除氧間屋面標高為23.5 m。

在除氧間的固定端，還設(shè)有輔助車間，包括電氣配電間、化學取樣間、空壓機房、燃油泵房等。

3.3 鍋爐間的布置特點

鍋爐鋼架尺寸深度方向(K0～K5)為32.30 m，寬度方向(B0～B13.2)為13.20 m，鍋爐爐頂大板梁標高41.10 m。鍋爐房零米層布置有兩臺冷渣器、兩臺高壓流化風機、定期排污擴容器等設(shè)備。鍋爐K1排柱前布置K0排，該跨作為爐前給料系統(tǒng)的布置區(qū)域，輸料皮帶從爐前進入鍋爐給料系統(tǒng)。

鍋爐爐后依次布置一/二次風機、布袋除塵器、引風機、煙囪。煙囪布置在鍋爐中心線的右側(cè)(從爐前看)，煙囪為80 m高、出口內(nèi)徑為2.5 m的磚內(nèi)筒煙囪。

3.4 檢修起吊設(shè)施

汽輪機基座四周設(shè)有通道，本體上需要巡查的設(shè)備或部件(如潤滑油站、軸封閥門站等)特設(shè)有鋼平臺和扶梯。

汽機房不設(shè)固定起吊設(shè)施，設(shè)備安裝和檢修均采用移動式起吊設(shè)備。在罩殼上事先預留有檢修孔，在機組檢修時先拆除相應(yīng)部位的罩殼，利用移動式起吊設(shè)備將部件吊出，移至端部檢修場地。

除氧間靠近B排側(cè)留有貫通的運行維護通道。8 m運轉(zhuǎn)層留有檢修起吊孔，在除氧間15 m層樓板底設(shè)置單軌吊，以便立式高加的檢修起吊。在除氧間8 m層樓板底、電動給水泵組上方設(shè)有單軌吊以便泵組的檢修。

主廠房內(nèi)另配置一臺電動液壓升降移動平臺，以便對布置在高位而又未設(shè)固定式平臺的閥門、管件等進行維護。

一次風機、二次風機、高壓流化風機和引風機上方設(shè)置電動檢修起吊裝置，另外，鍋爐房內(nèi)設(shè)置一臺從0 m提升至爐頂平臺的、起吊重量為1 t的電動單軌吊。

3.5 總體布置尺寸

主廠房總體布置尺寸一覽如表4。

表4 主廠房布置尺寸一覽(單位：m)

4 主廠房布置優(yōu)化

4.1 單位發(fā)電容量占地面積優(yōu)化

目前，我國在建的生物質(zhì)發(fā)電廠一般采用已基本成熟的直燃發(fā)電技術(shù)，單位投資也較合理。根據(jù)《電力工程項目建設(shè)用地指標(2009版)》，1×25 MW生物質(zhì)發(fā)電廠主廠房區(qū)建設(shè)用地單項用地面積不大于1 hm2，主廠房縱向尺寸為43 m[4]。

但本項目通過合理組織工藝流程，優(yōu)化設(shè)備布置。作為30 MW級發(fā)電容量，主廠房區(qū)建設(shè)面積僅0.98 hm2，單位發(fā)電量主廠房占地指標為0.033 m2/kW。

為了充分利用空間，減少除氧間廠房容積與跨度，取消常規(guī)方式的加熱器縱列布置而采用集中布置，使得主廠房縱向跨度僅為38.5 m。

4.2 加熱器布置優(yōu)化

加熱器分層集中布置在除氧間4～6檔內(nèi)，高低壓加熱器布置靠近除氧間C列柱并靠近擴建端，主要巡檢通道布置在B列。這種布置方式，可使凝結(jié)水管道、加熱器疏水管道以及抽汽管道布置有序，連接簡潔緊湊，有效節(jié)省管材。

另外，高壓加熱器采用小型發(fā)電機組常用的立式管殼加熱器，能有效節(jié)約占地面積。為方便疏水，#1號低加加熱器直接置于3.5 m鋼平臺層。該鋼平臺恰好和兩臺立式高加的檢修平臺整合，使得3.5 m平臺下方可騰出充足的檢修面積。

4.3 汽機低位布置優(yōu)化

機組采用軸向排汽為機組低位布置的有利條件，此時凝汽器無需布置在汽缸下方而是布置在汽缸側(cè)方。為避免汽輪機進水，軸向排汽對凝汽器水位以及汽機防進水措施要求十分嚴格，鑒于西門子汽輪機的高可靠率，此種布置方法不會給汽輪機帶來風險。同時取消常規(guī)設(shè)計的汽機房框架結(jié)構(gòu)設(shè)計，汽輪發(fā)電機組布置在可拆卸的防護罩內(nèi)，此舉可節(jié)約大量的土建成本。防護罩內(nèi)不設(shè)行車，汽輪機的檢修考慮采用汽車吊，此舉也能有效地降低投資費用。

4.4 料倉間的優(yōu)化

本工程取消了常規(guī)的料倉間，而采用爐前之間上料的方式。如布置常規(guī)的料倉間，則料倉間D排柱與鍋爐首排間距一般為7 m，用作爐前通道[5]。這樣將大大增加螺旋給料機距離，造成運行功耗增大。

4.5 檢修通道的布置優(yōu)化

汽機房、除氧間和鍋爐間3個模塊之間互設(shè)通道，滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計要求并且方便巡檢。

除氧間0 m層除靠近B列有貫穿整個廠房的巡檢通道外，還在靠近C列有另外一條檢修通道，方便加熱器及給水泵組的就地檢修。除氧間8 m運轉(zhuǎn)層設(shè)有通往鍋爐間給料機的廊橋，方便運行人員直接從集控室行走至給料機處查看運行情況。

5 總述

本工程主廠房采用汽機房、除氧間和鍋爐間三順列布置模式[6]，與常規(guī)燃煤機組的四列式布置模式相比，汽機房采用低位布置，同時取消常規(guī)的料倉間，是一種較為理想的布置方式。

生物質(zhì)能發(fā)電適應(yīng)我國的迫切需要，是解決能源出路的最好途徑之一。生物質(zhì)發(fā)電廠的設(shè)計和建設(shè)在國內(nèi)處于起步階段，本文從工程設(shè)計角度出發(fā)，對30 MW級的生物質(zhì)電廠主廠房布置特點及優(yōu)化方案做了歸納，希望今后能對該類項目的優(yōu)化設(shè)計提供有益的參考。

[1]張艷霞，董永平，張桂平，等.河西地區(qū)新能源與電網(wǎng)發(fā)展之間的問題分析[J].電網(wǎng)與清潔能源，2013，29(11)：11-14.

[2]孫立.生物質(zhì)發(fā)電產(chǎn)業(yè)化技術(shù)[M].北京：化學工業(yè)出版社，2011.

[3]陳波，李果，楊勝輝，等.新能源發(fā)電與電能質(zhì)量問題淺析[J].電網(wǎng)與清潔能源，2012，28(6)：91-96.

[4]姜軍海,宮俊亭.生物質(zhì)發(fā)電廠區(qū)總平面布置的探討[J].武漢大學學報:工學版，2009,10(42)：82-84.

[5]趙志華,等.生物質(zhì)電廠爐前給料方案分析[J].電力建設(shè)，2012,33(11)：62-65.

[6]國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB 50049-2011:小型火力發(fā)電廠設(shè)計規(guī)范[S].GB 50049-2011.

30MWBiomassPowerPlantMainpowerBuildingArrangementFeaturesandOptimization

BAI Zun-liang

(East China Electric Power Design Institute of China Power Engineering Consulting Group，Shanghai 200063，China)

Biomass power is one of the ways of energy conservation and emission reduction, and the optimization of main power building arrangement is beneficial to plant operation. One 30 MW biomass power plant is used as an example in this paper.The main equipments and its parameters are stated,and the main power building arrangement features are discussed and summarized, Based on saving construction land and rational organization of process flow, a few optimization scheme have been put forward. This paper is valuable for the further arrangement design of same capacity biomass power plant in our country.

Biomass power plant;30 MW;main power building;arrangement design;optimization

2013-05-28修訂稿日期2013-07-08

白尊亮(1984～)，男，碩士研究生，工程師，從事火力發(fā)電廠熱機專業(yè)的設(shè)計及研究工作。

TM621:TK6

A

1002-6339 (2014) 01-0092-03