30 MW级生物质电厂主厂房布置特点及优化

(中国电力工程顾问集团华东电力设计院，上海 200063)

30 MW级生物质电厂主厂房布置特点及优化

白尊亮

(中国电力工程顾问集团华东电力设计院，上海 200063)

生物质发电是节能减排的手段之一，优化生物质电厂的主厂房布置对电厂的高效运行十分有利。本文以某30 MW生物质直燃发电厂为例，阐述了30 MW级生物质电厂的主机选型及参数，对主厂房布置特点进行了探讨与总结。从节约建设用地、合理组织工艺流程出发，对其主厂房的布置提出了若干优化方案。本文对我国该容量等级的生物质电厂主厂房布置设计具有参考意义。

生物质电厂；30 MW；主厂房；布置设计；优化

生物质发电能有效缓解环境污染压力，改变能源结构。因此，近几年生物质发电成为发电行业关注的一个热点。目前生物质发电以生物质直燃为主，可供利用开发的燃料主要为农作物秸秆、速生林木、工业有机废弃物和城市固体有机垃圾等[1-3]。

本文论述的生物质发电厂主要采用速生林木为发电燃料，其30 MW的发电容量也是国内在建生物质发电项目中的最大级别。发电厂的主厂房是整个电厂核心工艺流程的所在地，有别于传统的燃煤发电厂，生物质发电厂的主厂房布置有其自身的特点，同时，针对这些特点的布置优化也大有潜力可挖。本文从该生物质发电厂的主机选型出发，阐述了其主厂房布置的特点，并提出了若干布置优化方案。

1 工程概述

本工程位于拥有丰富农业与林业资源的贵州某县。电厂规划容量为1×30 MW。电厂以速生能源林、秸秆等为燃料，发电厂年运行小时数为7 500 h，年消耗林木、秸秆等各种燃料约15万t。发电厂出线电压为110 kV，直接并入当地电网。汽轮机为抽凝式机组，可向附近企业提供最大可达70 t/h的蒸汽。同时，电厂灰渣提供给附近钾肥厂进行综合利用，从而形成生物质-电-热-化工循环经济产业链，属国家发改委令第40号《产业结构调整指导目录(2005年本)》中鼓励项目，并符合《国务院关于加快发展循环经济的若干意见(国发[2005]22号)》的要求。

2 主机参数

2.1 锅炉

锅炉采用国产循环流化床锅炉，针对工程所在地区的生物质燃料特性进行了燃烧优化设计。其结构型式为：单炉膛、单汽包、平衡通风、钢架双排柱悬吊式结构[3]。该锅炉采用前墙给料，共布置4个给料口。采用床下启动点火方式，床下布置两只油枪。锅炉在B-MCR工况下的参数如表1。

表1 锅炉(B-MCR工况)主要参数

2.2 汽轮机

汽轮机采用技术成熟的西门子SST-400型汽机，该汽机为超高压参数，为国内现阶段生物质电厂的最高级别参数。汽机热力系统共5级抽汽回热，包括2级低加用抽汽、1级除氧器用抽汽和2级高加用抽汽。汽轮机结构型式单缸、单轴、轴向排汽。汽轮机主要技术参数如表2。

表2 汽轮机主要参数

2.3 发电机

发电机采用配套的西门子SGEN5型发电机，其结构型式为：空气内冷，星型连接，4极三相同步。由于汽机转速为5 500 r/min，故发电机与汽轮机采用齿轮变速箱连接。

表3 发电机主要参数

3 主厂房布置特点

主厂房布置遵循如下主要原则：布局合理、工艺流程顺畅、采用的建筑标准适中，检修设施和场地完备，为电厂的安全运行、操作、维护提供良好的工作环境。

该工程中主厂房采用平行布置方案，布置顺序依次为汽机房—除氧间—锅炉间。扩建端为向右扩建(从汽机房向锅炉房看)。主厂房采用不等柱距，除扩建端一档为6 m柱距外，其余4档均采用8 m柱距。

3.1 汽机房的布置特点

汽轮发电机组(包括减速器)采用低位零米层布置，整个汽机房设轻质汽机房罩壳。汽机房长度占4档共30 m，宽度占1跨共13 m，机组中心距B列柱6.5 m。凝汽器布置在固定端，发电机布置在扩建端。凝汽器为卧式布置，凝汽器抽管方向朝A列柱。各抽汽管道从汽机顶部或底部引出，垂直于汽机轴线方向布置至除氧间。凝结水泵、射汽抽气器布置在凝汽器左侧，其中凝泵坑与凝汽器坑连通为一体，在坑内设有集水井和排污泵。

3.2 除氧间的布置特点

除氧间采用钢筋混凝土结构，跨距为8 m，分设0 m层、3.5 m层、8 m层和15 m层。除氧间0 m层布置有2×50%容量的电动给水泵以及两台立式高压加热器。3.5 m层为占两档的钢平台结构，其上布置有#2卧式低压加热器。8 m层为运转层，布置有机炉电集中控制室、电子设备间，同时在集控室的一侧布置有辅助蒸汽母管和#1低压加热器。8 m层还设有连接除氧间和锅炉间的廊桥。15 m层布置一体化除氧器和连续排污扩容器。除氧间屋面标高为23.5 m。

在除氧间的固定端，还设有辅助车间，包括电气配电间、化学取样间、空压机房、燃油泵房等。

3.3 锅炉间的布置特点

锅炉钢架尺寸深度方向(K0～K5)为32.30 m，宽度方向(B0～B13.2)为13.20 m，锅炉炉顶大板梁标高41.10 m。锅炉房零米层布置有两台冷渣器、两台高压流化风机、定期排污扩容器等设备。锅炉K1排柱前布置K0排，该跨作为炉前给料系统的布置区域，输料皮带从炉前进入锅炉给料系统。

锅炉炉后依次布置一/二次风机、布袋除尘器、引风机、烟囱。烟囱布置在锅炉中心线的右侧(从炉前看)，烟囱为80 m高、出口内径为2.5 m的砖内筒烟囱。

3.4 检修起吊设施

汽轮机基座四周设有通道，本体上需要巡查的设备或部件(如润滑油站、轴封阀门站等)特设有钢平台和扶梯。

汽机房不设固定起吊设施，设备安装和检修均采用移动式起吊设备。在罩壳上事先预留有检修孔，在机组检修时先拆除相应部位的罩壳，利用移动式起吊设备将部件吊出，移至端部检修场地。

除氧间靠近B排侧留有贯通的运行维护通道。8 m运转层留有检修起吊孔，在除氧间15 m层楼板底设置单轨吊，以便立式高加的检修起吊。在除氧间8 m层楼板底、电动给水泵组上方设有单轨吊以便泵组的检修。

主厂房内另配置一台电动液压升降移动平台，以便对布置在高位而又未设固定式平台的阀门、管件等进行维护。

一次风机、二次风机、高压流化风机和引风机上方设置电动检修起吊装置，另外，锅炉房内设置一台从0 m提升至炉顶平台的、起吊重量为1 t的电动单轨吊。

3.5 总体布置尺寸

主厂房总体布置尺寸一览如表4。

表4 主厂房布置尺寸一览(单位：m)

4 主厂房布置优化

4.1 单位发电容量占地面积优化

目前，我国在建的生物质发电厂一般采用已基本成熟的直燃发电技术，单位投资也较合理。根据《电力工程项目建设用地指标(2009版)》，1×25 MW生物质发电厂主厂房区建设用地单项用地面积不大于1 hm2，主厂房纵向尺寸为43 m[4]。

但本项目通过合理组织工艺流程，优化设备布置。作为30 MW级发电容量，主厂房区建设面积仅0.98 hm2，单位发电量主厂房占地指标为0.033 m2/kW。

为了充分利用空间，减少除氧间厂房容积与跨度，取消常规方式的加热器纵列布置而采用集中布置，使得主厂房纵向跨度仅为38.5 m。

4.2 加热器布置优化

加热器分层集中布置在除氧间4～6档内，高低压加热器布置靠近除氧间C列柱并靠近扩建端，主要巡检通道布置在B列。这种布置方式，可使凝结水管道、加热器疏水管道以及抽汽管道布置有序，连接简洁紧凑，有效节省管材。

另外，高压加热器采用小型发电机组常用的立式管壳加热器，能有效节约占地面积。为方便疏水，#1号低加加热器直接置于3.5 m钢平台层。该钢平台恰好和两台立式高加的检修平台整合，使得3.5 m平台下方可腾出充足的检修面积。

4.3 汽机低位布置优化

机组采用轴向排汽为机组低位布置的有利条件，此时凝汽器无需布置在汽缸下方而是布置在汽缸侧方。为避免汽轮机进水，轴向排汽对凝汽器水位以及汽机防进水措施要求十分严格，鉴于西门子汽轮机的高可靠率，此种布置方法不会给汽轮机带来风险。同时取消常规设计的汽机房框架结构设计，汽轮发电机组布置在可拆卸的防护罩内，此举可节约大量的土建成本。防护罩内不设行车，汽轮机的检修考虑采用汽车吊，此举也能有效地降低投资费用。

4.4 料仓间的优化

本工程取消了常规的料仓间，而采用炉前之间上料的方式。如布置常规的料仓间，则料仓间D排柱与锅炉首排间距一般为7 m，用作炉前通道[5]。这样将大大增加螺旋给料机距离，造成运行功耗增大。

4.5 检修通道的布置优化

汽机房、除氧间和锅炉间3个模块之间互设通道，满足结构设计要求并且方便巡检。

除氧间0 m层除靠近B列有贯穿整个厂房的巡检通道外，还在靠近C列有另外一条检修通道，方便加热器及给水泵组的就地检修。除氧间8 m运转层设有通往锅炉间给料机的廊桥，方便运行人员直接从集控室行走至给料机处查看运行情况。

5 总述

本工程主厂房采用汽机房、除氧间和锅炉间三顺列布置模式[6]，与常规燃煤机组的四列式布置模式相比，汽机房采用低位布置，同时取消常规的料仓间，是一种较为理想的布置方式。

生物质能发电适应我国的迫切需要，是解决能源出路的最好途径之一。生物质发电厂的设计和建设在国内处于起步阶段，本文从工程设计角度出发，对30 MW级的生物质电厂主厂房布置特点及优化方案做了归纳，希望今后能对该类项目的优化设计提供有益的参考。

[1]张艳霞，董永平，张桂平，等.河西地区新能源与电网发展之间的问题分析[J].电网与清洁能源，2013，29(11)：11-14.

[2]孙立.生物质发电产业化技术[M].北京：化学工业出版社，2011.

[3]陈波，李果，杨胜辉，等.新能源发电与电能质量问题浅析[J].电网与清洁能源，2012，28(6)：91-96.

[4]姜军海,宫俊亭.生物质发电厂区总平面布置的探讨[J].武汉大学学报:工学版，2009,10(42)：82-84.

[5]赵志华,等.生物质电厂炉前给料方案分析[J].电力建设，2012,33(11)：62-65.

[6]国家质量监督检验检疫总局.GB 50049-2011:小型火力发电厂设计规范[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修订稿日期2013-07-08

白尊亮(1984～)，男，硕士研究生，工程师，从事火力发电厂热机专业的设计及研究工作。

TM621:TK6

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1002-6339 (2014) 01-0092-03