印尼生物质电站设计布局、设备选型优化研究

1. 关光周 2.李开

1. PT SENTOSA JAYA PURNAMA

2. 中国电建集团山东电力建设第一工程有限公司 山东济南 250102

【摘 要】本文依托印尼邦加地区某生物质电站，该电站采用中国设计、设备、标准建设，结合印尼燃料、气候环境，建设前期充分调研中国和印尼现有生物质电站现状、问题，从电站布局、主辅机设备选型、全场系统等方面组织设计优化，使电站达到布局合理、系统简洁，操作便捷等效果，同时工程造价进一步降低，为印尼的生物质电站投建营提供参考及借鉴。

【关键词】生物质燃料；电站布局；设备选型；设计优化。

1 引言

共建21世纪海上丝路倡议提出后，中印尼战略伙伴关系得到进一步发展，电力能源是双方经济合作的重要领域。生物质电站作为可再生能源得到印尼政府的重视和支持，预计到2030年，总装机量将从现有1.5GW提升到8.6GW，印尼生物质电站已经进入发展快车道，研究生物质电站的设计、设备选型优化有助于推动技术革新和发展，提升经济效益及社会效益。

印尼邦加地区某生物质电站由香港企业投资建设，采用中国设计、设备、标准建设，电站采用系统思维进行设计优化。在电站建设前期，考察了国内外大量生物质电站，调研了中国及印尼的生物质电站运行状态、存在的问题及处理方案，研究通过主机选型优化降厂房面积；进料系统设备优化解决堵料问题，提升燃烧稳定性；多水路供水增加备用水源，提升电站用水可靠性；电控设备选型考虑了系统的简洁性，提高了操作的便利性，降低长期厂用电能耗。全面统筹设计及设备选型优化，建立EPC+O系统优化思维模式，达到降低电站造价，解决突出问题，简化人员操作，增加长期运行稳定性的目的，取得全面技术优化成果。

2 电站总体布局及主机设备优化

2.1优化电站主机布局，减少用地及厂房面积

从目前已建成投产的发电站看，无论是生物质电站还是燃煤电站，主机设备、厂房及燃料系统总体布局相对固定，同质化严重。本项目因地制宜，依据系统流程及场地特点，根据燃料、蒸汽、电能转换过程及生产流程，结合辅机设备优化布局，将干料棚、锅炉、炉后至烟囱同轴布局，将汽轮机厂房与锅炉房顺列布置，将化水车间与汽机房并列布置，使生产流程与建筑物布局全面结合，达到紧凑合理，提升土地利用率的效果，符合“四节一环保”的绿色理念。厂房的合理布局，有效减少了燃料的转运通道，蒸汽管道的连接长度，降低了场内高压电缆的用量，达到降低工程造价、提高转运效率、降低中间损耗的效果（图1）。

2.2锅炉主机统筹兼顾汽机辅机，增加功能附加值

生物质电站建设初期建立EPC+O的系统思维，统筹主机及辅机的优化结合，在主机设计采购之初，统筹考虑布置给水泵、除氧器、扩容器等设备，将通常布置于汽机房的附属设备调整至锅炉布置，大幅提升锅炉结构功能附加值。通过协调设计与设备的配合，核算锅炉钢结构载荷，将上述设备布置于锅炉（图2），这种布局有以下优点：

（1）提高锅炉钢结构的附加值，除了作为各种管道及平台的支撑作用外，使钢结构提供更多附加功能；

（2）无需单独设计除氧间，建少工程用地、厂房面积，降低工程EPC各环节成本；

（3）给水泵炉底布置，减少管道路径、减少损耗，降低采购施工成本。

2.3优化锅炉结构，兼顾上料装置支撑，降低工程造价

锅炉炉排进料口位于炉前侧，系统考虑上料系统与锅炉主机的配套，利用锅炉前侧钢结构作为链槽输送机、液压给料机的支撑平台，锅炉厂同步设计配合。同时，将锅炉炉顶罩壳向前延伸，覆盖炉前上料系统，其功能性得到全面提升，此优化增加的锅炉钢结构的附加功能，达到上料设备支撑功能，利用系统优化思维降本增效，降低了工程总体造价。

2.4汽轮机采用轴排布局，优化汽轮机基础，降低厂房高度及钢结构用量

凝汽式汽轮机常规布置于汽轮机岛框架平台基础，汽轮机布置于基础平台二层，凝汽器布置于基础平台一层，发电机与汽轮机低压缸转子端连接。这种布局需要设计建筑复杂的汽轮机岛基础，同时要考虑复杂的地质条件，提高了工程造价和建设周期。本项目在保证机组性能的基础上，采用汽轮机轴向排气，取消基础框架平台，汽轮机布置于零米基础，（图3）采用此种布局有以下优点：

（1）汽机基础结构简化，取消框架，高度降低约6米，减少钢筋混凝土用量约170方，降低工程造价，提高施工效率；

（2）凝汽器与汽轮机由立体改为平面布局，设备安装及检修难度降低，效率提高；

（3）汽轮机布置高度降低，汽轮机厂房高度同步降低，厂房钢结构用钢量降低，工程造价降低。

3.解决突出问题及辅机设计优化

3.1采用新型液压给料机，解决上料堵料问题

项目前期走访调研中国及印尼多个生物质电站，了解到锅炉上料系统普遍采用双螺旋给料机，这种给料机容易在运行中堵塞，导致锅炉燃烧不稳定，严重时可能出现锅炉熄火。堵料的主要原因是潮湿多样化的燃料导致螺旋机构缠绕，为解决这一问题，本项目引进全新液压推进给料机（图4），由于采用液压推进原理，彻底解决了燃料缠绕问题，燃料适用性强，运行稳定性强，有效保障锅炉燃烧稳定。

3.2系统优化流通面积，提升循泵能效，降低厂用电能耗

工程设计期间，计算循环水泵的流量不满足凝汽器冷却效果，需要增大水泵选型，同步增加电机功率，造成此问题的主要原因是管道及附件阻力、凝汽器通流面积不足等，循环水泵是电厂长期运行的大型设备，加大循环水泵型号功率，将造成未来电站运行生命周期厂用电能耗增加，为解决这一问题，系统考虑电站全生命周期的运行经济性，项目通过与主机厂谈判，调整凝汽器通流面积；设计优化管道路径等措施，最终选用满足最佳运行经济条件下的循泵设备，从而达到降低厂用电能耗效果。

4.电控设备及水源地的设计优化

4.1优化变频器选型，简化采购流程，提高一次设备采购率

生物质电站的辅机设备种类相对较少，由于大功率辅机设备电压等级差异，如按照常规设计，极易出现高低压等级不一的变频器选型。本项目在设计时充分考虑变频器电压等级，统一将引风机、送风机、给水泵等辅机设备的电机设计为低压变频器，这一优化有以下优点：

（1）在设备采购时，可一次同步采购全部变频器，提高采购效率；

（2）统一低电压变频器后，电气系统相对简单，运行维护简单便捷；

（3）使得设备的备品备件得以统一，降低备件成本。

4.2采用三路水源供水，保障特殊情况下电厂用水

由于印尼地下水资源匮乏，电站用水量较大，单一水源容易在枯水期导致电站缺水，严重时可能造成机组停运。项目在建设初期全面考虑当地水源情况，开发项目周边可取水源，经过对水源环境的全面调研，将电站所在园区水库、外部水库及电站南侧蓄水池作为三路水源地纳入设计范畴，原水取水管线统筹考虑接入三路水源，保障电站投运后备用水源，提升机组运行稳定性。

5燃料系统设计优化

5.1统筹策划干料棚先期投用，保障工程雨季建设，增加使用周期及附加值

印尼地处热带雨林气候，干料棚的设计应充分考虑工程建设期间的实用价值，新建电站通常地处郊外偏远位置，工程前期基础设施不足，先行建设干料棚可作为设备材料仓储场地、设备组装场地等。本项目在建设之初统筹策划，通过优化干料棚的结构，采用膜式轻钢铝合金结构，作为工程最早的建筑物先行完工投用，具有以下优点：

（1）优化干料棚结构，采用可更换膜式轻钢快装结构，低成本快速建设，快速投用；

（2）将干料棚作为所有设备材料的仓储场地，避免设备遭受雨淋水泡；

（3）将干料棚作为施工组合场作业区，雨季时将露天变为厂房作业，提高雨季工效。

5.2创新全流程、双通道上料系统，提升生产效率及系统稳定性

印尼生物质电站普遍采用棕榈油残渣，燃料发热量低，水分大、容积大，这导致燃料周转倒运量大，上料频繁。为保证生产效率及稳定性，燃料的破碎、传送、中间储仓、上料、喂料系统必须统筹考虑。本项目创新采用双通道燃料传输系统，该系统包括进场双通道、转运双通道、上料双通道（图5），该系统优化有以下优点：

（1）进场双通道是根据进场燃料的状态、仓储情况确定是否进行破碎或直接进入上料区，进行分区分类进场，存储至不同堆场，实现燃料的使用状态达标，使后续仓储及燃烧更稳定；

（2）转运双通道是进入中间储仓前的燃料分区分类管理，入炉前的中间储仓布置于干料棚前端，由于干料棚长达127米，燃料使用机械转运将导致效率变低。转运双通道是将料棚分为前后仓储区域，前端区域燃料采用机械直接转运至中间储仓，后端区域的燃料通过在料棚中间增设的一条头部可伸缩皮带，使用机械将燃料转运至皮带，通过皮带使之快速传送到入炉前中间储仓间。转运双通道的设计大幅增加了燃料的转运效率，降低机械能耗。

（3）上料双通道主要设置两个中间储仓间，两套液压推料地板、两套链槽上料、两套液压给料机，正常情况下，一套装置即可满足锅炉燃料用量，一运一备，满足应急检修要求。

6结束语

工程筹建及项目设计规划利用本文提出的全面统筹设计及设备选型优化，建立EPC+O系统优化思维模式，通过设计及设备选型的优化，使工程造价明显降低，突出问题得以解决，系统简洁可操作性强，大幅提高了工程建设的附加值，具有深远的经济效益及社会效益，

参考文献

[1] 陆东海、李伟、李阳、刘增华.强泰邦加南生物质电站施工图总说明 2021.09

[2] 熊克、牛兵、王峰.浅谈生物质发电厂总图运输设计——以国电东海龙源生物质发电厂为例[J];水电与新能源;2011年04期

[3] 尹冉春雨、刘颖超、王春清.可再生能源在国内外应用现状分析，电力需求侧管理;2009年03期

作者简介

关光周 本科，高级工程师，PT SENTOSA JAYA PURNAMA，从事生物质电站开发、项目管理。

李开 本科，工程师，山东电力建设第一工程有限公司海外事业部印尼公司，从事EPC项目管理。