生物质发电厂区总平面布置的探讨

生物质发电厂区总平面布置的探讨

陈飘水

中国电建集团江西省电力设计院有限公司   江西省南昌市   330096

摘要：秸秆发电厂在电厂容量、土地利用、内外运输、燃料堆放、防火、上料等各方面都有自己的特点和布局，在选址和总体布局时要充分考虑。文章从生物质发电厂的实际情况出发，对秸秆发电厂的总体布置进行了归纳，并就其规划、用地使用等问题进行了探讨，为今后的发展提供参考。

关键词：生物质发电厂；厂区总平面布置；厂区用地

引言

随着全球能源短缺，许多国家纷纷寻求太阳能、风能、垃圾、生物质能等新的能源，生物质能是由植物在地表进行的光合作用而产生的。农作物秸秆、薪柴、禽粪、有机工业垃圾、城市有机垃圾等是我国目前最重要的生物质能资源。

目前，我国能源短缺，发展生物能源是解决能源问题的最佳途径。与发达国家相比，我国的生物能源发电技术发展相对滞后，而生物能源项目在初期的仓促开工后，也出现了各种问题，因此，对生物质能电站的总图运输设计对新一轮的建设热潮具有很好的意义。

生物质能源发电系统包括秸秆发电和垃圾发电两大类，本文就秸秆发电厂的总体布局进行了初步的讨论。

一、秸秆发电厂的特征和布置要求

（1）秸秆发电厂需要大量的秸秆，燃料分布半径在30公里以内为宜。选址应选择在稻草丰产地区的城镇附近，并位于城市、文化遗址、旅游景点等最小风频的上风侧。

（2）发电厂的燃料场粉尘大，异味重，对主要生产区域有很大的影响。在确定主要主厂区与燃料堆场的相对位置时，应注意附近的常年最大和次要的风向。并以风向为基础，以此考虑主厂区和燃料堆场的位置。

（3）我国的秸秆发电厂主要采用公路运输方式，其类型多样、结构复杂、来源渠道多、交通分布较分散；低热值、高耗能。比如某项目1×30兆瓦的项目，每天消耗的燃油是720t。以8t车的载重5t计算，每天可进入173台车左右，车辆的运输量很大，对周边环境有很大的影响。在厂区总体布局中，应充分考虑到火力发电厂的燃油运输防火要求、严重环境影响以及原料流向等方面的要求。

（4）秸秆是可燃的，堆存的燃料对火灾有很高的要求。厂区总体规划对堆场之间、堆场与建筑结构之间的距离有很高的要求。应注意秸秆种类、储量等满足有规范要求。

（5）该类型火力发电厂的规模较小，目前主要是1×30MW、1×25MW、1×12MW、2×12MW、2×15 MW，国内最大的秸秆发电厂是2×50 MW，根据主要生产区、燃料通道、燃料堆场的需要，多采用联合式结构，合理紧凑布置。

（6）生物质电站的建设规模较小，与燃煤电厂相比，投资较少。然而，地基设施建设的成本在工程建设中的比重较大。为了节约工程建设成本，必须对天然基础和地质条件较好的地区进行合理的利用。

（7）厂区环境要充分反映生物能源发电厂与自然环境的特征，营造一个具有生态景观的火力发电厂，并充分考虑到对周围村庄和城市规划的影响。

二、生物质发电厂的概况

2.1生物质发电厂的建设容量

由于当前国内对秸秆燃料的需求量较大，国内第一批发电机组一般为25MW级汽轮发电机和一台130t/h振动炉高温高压锅炉。

从目前已经投入使用的电厂来看，发电厂的秸秆回收并没有达到预期的效果。为了满足火力发电厂的燃料需要，发电厂必须使用其它的替代品.为缓解火力发电厂“没有燃料”的窘境，许多尚未投产的火力发电厂，都将其改造成一台12 MW级汽轮发电机组，配1台48t/h振动炉排高温高压锅炉。由于秸秆发电厂在考虑到集料的范围和运输问题时，通常仅考虑一台机组，而不考虑厂址的扩建要求。

2.2生物质发电厂厂址

从秸秆发电厂原材料的角度来看，发电厂选址一般都是位于燃料供给的中心位置，这样可以缩短燃料到发电厂的输送距离。但是，在实际选址时，由于秸秆供给主要集中在乡村地区，所以其土地性质通常是耕地。按照国家相关规定，火力发电厂选址要尽量避免占用耕地，尽量占用建设用地、未利用土地等。所以，工厂选址通常不会选择在核心地带，而是选择在城市规划的工业区，这样可以最大限度的利用现有的基础设施，从而降低前期投入。

2.3生物质发电厂的燃料及运输

我国现有的生物能源主要有两种：一种是黄色秸秆，一种是灰色秸秆。黄色的秸秆一般是小麦、玉米等作物，而灰色的秸秆则是棉花、树木等。由于这些秸秆都是零零散散的，一般都是由汽车或者是农业车辆来运送，没有办法用火车来运送[1]。

2.4生物质发电厂的主要生产工艺

2.41卸料系统

生物质发电厂的燃料以秸秆为主，其卸料和储存方式等燃料设施布局与燃煤电厂有很大区别。由于生物质发电厂在我国尚属新生事物，缺乏成熟的经验作为基础，所以其卸料和储存系统都处于试验性阶段，而秸秆电厂的卸料系统的安全、高效的运转，是保证火力发电厂的正常运转。秸秆电厂的卸料装置目前还处在试验阶段，尽管已有若干座已投入使用，但其卸料系统仍有不足之处，没有成熟的模型可供借鉴。

2.42灰色秸秆卸、输料系统

单县生物质发电厂采用了一种地下卸料槽与储料仓相结合的形式，它包括一台皮带机、一台斗链式升降机。单县秸秆发电厂是我国第一个采用秸秆直接燃烧的发电厂，其卸料系统还不够完善，从以往的运行经验看来，系统复杂，斗链式升降机出力不足，易堵塞。

鉴于单县生物质发电厂的排料系统比较复杂，为使系统更加简单，本文对后续工程的排料系统进行了优化。例如高唐、垦利两家发电厂使用活底料仓和带式输送机，尽管两家发电厂已经投入使用，但在使用过程中却出现了作业效率低下、不能满足要求、运输不均等问题。

针对当前电厂卸料系统存在的问题，对巨野和阿瓦提等多家秸秆发电厂进行了优化，经过优化，所有电厂都采用了地下卸料仓，皮带式皮带输送机。该系统是基于活底料仓方案的优化，充分吸取了以前项目的成功经验，并解决了一些问题，可以很好地适应实际工程的要求。

由于优化的地下卸料仓系统前期投入较高，而我国现有的垃圾发电站大多采用堆场+抓斗的方式，操作相对简单，并且经过多年的运行，系统已经比较成熟，为节约投资，国能公司在扶沟电厂采取了卸料棚+抓斗式的卸料方式，这一方案投资较省，但是自动化水平不高。

现有的最佳卸料系统还处在施工图设计的阶段，还没有正式投入使用，是否能够达到预期的效果还不得而知，但是由于生物质电厂的建设，未来的生物质发电厂将会采取“地下卸料仓+皮带机”的卸、输系统方案或卸料棚+抓斗的方案[1]。

2.43黄色秸秆卸、输料系统

关于黄色秸秆，我国目前还没有任何一家发电厂投入使用。黄色的稻草通常是在田间或收集中心进行包装，所以运送到发电厂后，通常是用稻草包起来，在工厂使用抓斗进行卸料，卸料后由输料机将物料送入锅炉。

2.5主厂房区的布置

对于25MW机组的主厂区布置，汽室、除氧室、锅炉布置与传统电厂相同，但因其布置方式为布袋式除尘器，且布袋式除尘器布置在锅炉的侧面，与传统的发电站的布置方式有所不同。

在12MW汽轮发电机组中，汽机房占地面积大，而电站的供水室占地少，为充分利用汽机房，可将汽机房与锅炉补给水处理室结合。

2.51冷却水系统

在这以前，我国的小型涡轮循环水冷却系统大多采用自然风冷却塔与机械通风冷却塔[2]。自然通风式冷却塔投资高，年运行费用较低，而采用机械通风式冷却塔的使用则正好相反。根据水利行业的对比分析，在成本电价过高时，应该选择机械通风冷却塔。现在除单县电站项目中采用的是自然通风，其他项目都是机械通风。这主要是因为当前的秸秆发电项目投资大、成本高，为了节约投资，采用了机械通风式冷却塔。

2.52电厂出线

根据秸秆发电厂的上网需求，火力发电厂的输电线一般为110kv，在厂区内，通常使用发变线组供电。

2.53其他辅助附属系统

对25 MW机组，其补给水处理设备分别设置为独立的锅炉补给水处理区。而对于12MW机组，采用了锅炉补给和蒸汽机房的组合结构，从而降低了电厂的建设规模。

考虑到电厂的消防、生活用水和工业用水需求，在电厂内部设有一个综合水泵房和蓄水池。同时，为了达到环境保护的需要，在工厂中建立了废水处理设备。

考虑到火力发电厂启动、助燃用油量较低，为了节约投资，常规秸秆发电厂取消了电厂的燃油罐、油泵房，启动锅炉房，锅炉点火采用临时油罐车供油，除氧器加热和轴封供汽采用电加热锅炉。

秸秆发电厂的职工数量通常在50-100人之间，电厂选址靠近县城，所以，秸秆发电厂一般没有公寓、食堂；建设综合办公大楼，将实验室、夜班公寓等功能与办公建筑有机结合。另外，由于电厂备品备件比较传统，在市场上比较容易购买，故通常不设物料仓库和维修车间。

2.6厂区总平面布置

秸秆发电厂通常是三列式布局，以某生物质发电厂为例，该电厂由北到南依次是110 kv配电装置、主厂房、秸秆卸料装置和料仓。鉴于电站的计划能力通常为一台机组，并未进行扩容，故将其设于110 kV配电设备的扩建端侧。

在主厂房区固定端侧由北往南依次布置综合办公楼、锅炉补水处理设施、综合水泵房和污水处理设施。主厂房区北部通常设置秸秆露天物料堆放场地。

12MW机组与25MW机组的布局基本一致，12MW机组容量不大，故将其汽机房与锅炉补给水处理设备结合，取消了锅炉补水处理设备区域。另外，循环水泵房与综合水泵房结合设置，故其水工设备区域由机械通风冷却塔、综合水泵房、贮水池组成，设置于110kV配电设备的固定端侧，综合办公大楼位于综合水泵房的南侧。

三、厂区征地

3.1电厂厂区占地面积

按照上述设计原理所确定的总体布局，对灰色秸秆25 MW机组而言，考虑可堆放14500吨秸秆的露天堆场的基础上，厂区围墙内占地规模约为4.8公顷。

对12 MW的灰色秸秆机组，采取了卸料仓+抓斗的卸料方式，厂区主体面积约2.1公顷。如果卸料系统采用地下卸料仓方案，厂区的面积为3.1公顷。

对于25 MW的黄色秸秆机组，在考虑到可堆放4500吨秸秆的露天堆场的情况下，厂区围墙内的面积为5.3公顷。

3.2实际征地面积

   按照发电厂的主要建设用地来看，25 MW级电厂占地约为5.6公顷，12 MW的土地约为3.5公顷，但实际的土地占用面积比较大。目前，我国已有的若干秸秆发电厂土地征用面积，见下表1。

表1秸秆电厂的征地面积统计表

尽管各个发电站的用地分布不同，但是根据各个发电站的布局，发电站所占用的土地并未被浪费，大部分都被露天堆放的秸秆堆放场地所占用，这主要是因为秸秆的生产具有季节性。对电厂而言，需要将一部分燃料集中起来，以保证其正常运转。目前，生物质发电厂通常会在火力发电厂附近设立秸秆收购站和存放地点，若发电厂厂区土地征用面积大，可降低收购地点的仓储用地空间。

四、结束语

文章介绍了生物质电厂的基本情况，指出我国现有的生物质发电企业规模较大，虽然我国国土面积较大，但是人均耕地面积较小，应尽量节省土地。作者认为，随着生物质发电厂的逐渐投产，秸秆的收储能够正常运转，电厂可以逐渐减少收购地点，把秸秆存放在民间，从而减少土地的使用。对于12MW的发电厂，其厂房的占地不能超过公顷，每1公顷的收购地点可以建3个，总用地不能超过公顷。

参考文献：

[1]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(S1):3.

[2]杨子江. 室内空调条件下孝感市建筑物屋顶、墙体的隔热节能指标的选取[J]. 节能， 2006, 25(6):3.

[3]陈洁. 秸秆发电厂总平面布置探讨[C]/ 中国电机工程学会电力土建专委会2011年“低碳经济与电力土建”学术交流会. 2011.

[4]中国电力出版社. 电力工程项目建设用地指标（火电厂，核电厂，变电站和换流站）[M]. 中国电力出版社， 2010.