山西大唐國際臨汾河西熱電廠工程設(shè)計特點(diǎn)

林建勇

(山西省電力勘測設(shè)計院，太原市，030001)

0 引言

山西大唐國際臨汾河西熱電廠工程安裝2臺300 MW亞臨界直接空冷供熱機(jī)組，同步建設(shè)脫硫、脫硝設(shè)施。該工程按照國家“上大壓小”節(jié)能減排政策，替代原臨汾河西熱電廠2臺135 MW機(jī)組及供熱范圍內(nèi)的燃煤小鍋爐，以滿足臨汾市日益增長的電力和供熱需求。該工程2009年9月開工，1號機(jī)組于2010年12月完成168 h試運(yùn)行，2號機(jī)組于2011年1月完成168 h試運(yùn)行。山西省電力勘測設(shè)計院承擔(dān)該工程的設(shè)計工作。

由于該工程建設(shè)場地狹小，周邊限制條件多，所以在設(shè)計過程中總平面布置及確定有關(guān)系統(tǒng)方案成了難點(diǎn)。經(jīng)過反復(fù)推敲，多次修改，最終形成了相對合理的總體布置，同時在工藝系統(tǒng)的選擇上也有較多的亮點(diǎn)。該工程是近年來國內(nèi)同類電廠設(shè)計中非常有特點(diǎn)的工程，具有一定的借鑒意義，為此，本文從總體設(shè)計的角度分析、介紹該工程的一些設(shè)計特點(diǎn)。

1 總平面布置

該工程位于原臨汾河西熱電廠(2×135 MW機(jī)組)舊廠址內(nèi)。廠址東西向長約400 m，南北向長約400 m，呈正四方形。在該區(qū)域中部有辦公樓、宿舍樓及公寓樓各2座，還有合作方的水泥廠和硅鐵廠。由于既有建筑不能拆遷，可利用面積極其有限，總面積約13.723 hm2。因此，在如此多的限制條件下該工程總平面布置困難非常大。經(jīng)設(shè)計人員與項(xiàng)目建設(shè)單位多次討論、推敲，歷經(jīng)10余次重大修改，最終確定了相對合理的全廠總平面布置方案。

考慮到廠址處夏季主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)镾SW、冬季主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)镾W及全年主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)镾SW，為了保證機(jī)組空冷系統(tǒng)正常運(yùn)行，將直接空冷裝置的長邊面向夏季盛行風(fēng)向。根據(jù)場地實(shí)際情況，按照分區(qū)集中布置的原則，主廠房布置在廠區(qū)西側(cè)，其固定端朝東，向西擴(kuò)建。由南向北依次為空冷區(qū)(220 kV屋外GIS裝置區(qū)布置在空冷平臺下)、主廠房區(qū)及貯灰?guī)靺^(qū)(含制氨區(qū)、空壓機(jī)房)，呈三列式布置形式。廠區(qū)東側(cè)布置圓形煤場、鍋爐補(bǔ)給水車間、廢污水處理車間、燃油泵房、儲氫站等輔助車間。這種布置形式提高了場地利用率，廠區(qū)占地較小，廠區(qū)面積僅為13.693 hm2，單位容量用地面積為0.228 m2/kW，比2010版《電力工程項(xiàng)目建設(shè)用地指標(biāo)》［1］中規(guī)定的火力發(fā)電廠建設(shè)用地指標(biāo)19.01 hm2節(jié)省了5.317 hm2，也比同期、同類機(jī)組占地少很多，有關(guān)比較見表1。

2 給水泵乏汽直排主機(jī)空冷系統(tǒng)

在可行性研究階段，為提高機(jī)組發(fā)電量，建設(shè)單位提出給水泵按1×100%容量汽動給水泵+1×50%容量電動啟動備用給水泵考慮。但是由于該工程受建設(shè)用地的限制，汽動給水泵冷卻塔無放置位置。山西省電力勘測設(shè)計院根據(jù)多年研究的成果提出了汽動給水泵乏汽直接排入主機(jī)空冷系統(tǒng)的方案，經(jīng)充分的技術(shù)論證后得到了建設(shè)單位的認(rèn)可，此方案在后續(xù)的設(shè)計工作中順利實(shí)施。

該工程每臺機(jī)組給水系統(tǒng)配置1×100%容量汽動給水泵+1×50%容量電動啟動備用給水泵，3臺高壓加熱器串聯(lián)運(yùn)行，設(shè)置1個三通大旁路閥。給水泵汽輪機(jī)型號為NK63/56，單缸、單軸、反動式、純冷凝、冷端汽外切換，最大功率12 000 kW，額定功率8 000 kW，最高轉(zhuǎn)速6 000 r/min。汽動給水泵型號為80CHTA4SP，多級節(jié)段式，流量 1 352 m3/h，揚(yáng)程(水柱)2 247 m，軸功率9 158 kW，轉(zhuǎn)速5 260 r/min［2］。

該工程是目前國內(nèi)已投產(chǎn)300 MW直接空冷供熱機(jī)組中第1個采用了100%容量汽動給水泵的工程，也是國內(nèi)外直接空冷機(jī)組中第1個采用給水泵汽輪機(jī)排汽直接進(jìn)入主機(jī)排汽聯(lián)合裝置與主機(jī)排汽混合后進(jìn)入空冷凝汽器冷卻的工程。隨著該工程的順利投產(chǎn)，證明了此項(xiàng)技術(shù)經(jīng)受了實(shí)際運(yùn)行的檢驗(yàn)，達(dá)到了降低初投資、節(jié)約廠用電、減少耗煤量、節(jié)約運(yùn)行水的目的，也為汽動給水泵乏汽冷卻技術(shù)的發(fā)展起了重要的推進(jìn)作用。

3 大容量斗提機(jī)在輸煤系統(tǒng)中的應(yīng)用

由于受建設(shè)用地限制，輸煤系統(tǒng)在設(shè)計中也存在諸多困難，如貯煤場的面積不足，輸煤皮帶線路的角度超出規(guī)程要求等。經(jīng)與建設(shè)單位協(xié)商，最終確定了圓形儲煤場方案。同時，由于碎煤機(jī)室距圓煤場中心約70 m，普通設(shè)備提升高度很難滿足要求，經(jīng)充分論證，確定了先在碎煤機(jī)室使用大容量斗提機(jī)將物料提升到一定高度，再通過帶式輸送機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)至圓形煤場堆取料機(jī)，完成煤場堆料作業(yè)的方案。

該工程儲煤場為一座直徑90 m的全封閉圓形煤場，儲煤量約8萬t，滿足電廠2×300 MW機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行時燃用約12天。煤場的主要設(shè)備為1臺YDQ600/1000-90型堆取料機(jī)，堆料能力為1 200 t/h，取料能力為600 t/h。煤場設(shè)1個4 m×4 m的地下煤斗，作為備用取煤設(shè)施，煤斗給煤設(shè)備為出力600 t/h的活化給料機(jī)［3］。

碎煤機(jī)室尺寸為20 m×20 m，室內(nèi)布置有碎煤機(jī)、斗式提升機(jī)、緩沖滾筒，同時交叉布置了碎煤機(jī)入料皮帶機(jī)、輸入主系統(tǒng)的出料皮帶機(jī)、經(jīng)提升機(jī)給料輸入煤場的皮帶機(jī)。碎煤機(jī)室凈高度44 m，碎煤機(jī)布置在6.5 m層。破碎后的物料從-6.60 m層提升到17.30 m層，然后卸料到皮帶機(jī)上轉(zhuǎn)運(yùn)至圓形堆取料機(jī)堆料，斗式提升機(jī)選型出力為600 t/h，該出力與整個運(yùn)行系統(tǒng)相匹配。

碎煤機(jī)室斗式提升機(jī)選用的是中央鏈提升機(jī)，具體參數(shù)見表2。臨汾河西熱電廠帶載運(yùn)行表明，在保證物料粒度≤30 mm的工況下，設(shè)備運(yùn)行狀況滿足設(shè)計要求。

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目前，出力為600 t/h的大容量斗式提升機(jī)在國內(nèi)火電廠工程中還是第1次被采用，較好地解決了因場地不足而影響輸煤、貯煤設(shè)計的問題，因此該方案具有創(chuàng)新性，為其他工程提供了借鑒。

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4 輸煤系統(tǒng)組合除塵

該工程在輸煤除塵系統(tǒng)的設(shè)計中，采用了先進(jìn)的分散物料集流技術(shù)散料抑塵輸送系統(tǒng)、微動力除塵系統(tǒng)及干霧除塵系統(tǒng)等，取代了常規(guī)的水膜式除塵器;在輸煤系統(tǒng)的1～4號轉(zhuǎn)運(yùn)站中采用了曲線落煤管系統(tǒng)和微動力除塵系統(tǒng)組合方式;在汽車卸煤溝及煤倉間原煤斗區(qū)域采用了干霧除塵系統(tǒng)。

分散物料集流技術(shù)散料抑塵輸送系統(tǒng)是通過三維模型對物料的下落軌跡進(jìn)行動態(tài)模擬，繼而優(yōu)化煤流下落軌跡，實(shí)現(xiàn)流線型落煤管內(nèi)物料流動規(guī)律化，避免物料之間頻繁的相互撞擊，最終實(shí)現(xiàn)對煤流的全過程導(dǎo)流。該系統(tǒng)保證煤流出口速度接近于接料皮帶機(jī)運(yùn)行速度，使煤流能夠平緩地滑落至接料皮帶上，從而在源頭上控制粉塵的產(chǎn)生［4］。

同時，該系統(tǒng)對滑道中氣流分布進(jìn)行模擬，優(yōu)化滑道的內(nèi)部空間設(shè)計，以保證攜帶風(fēng)量最小并避免出現(xiàn)空氣壓差。此功能大大減小誘導(dǎo)風(fēng)，控制粉塵的產(chǎn)生，減少轉(zhuǎn)運(yùn)站沖洗次數(shù)，節(jié)水節(jié)能，降低運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。

微動力除塵系統(tǒng)采用空氣壓力平衡原理，實(shí)現(xiàn)多次壓力平衡處理，使皮帶輸運(yùn)過程中產(chǎn)生的沖擊粉塵空氣壓力降至最低，從而減少粉塵量。飛濺起的粉塵沿特有的蝸殼(具有仿生學(xué)原理)曲線順利回流到來料處，并同新的來料一同下落至二級皮帶上。該設(shè)備由于合理利用了物料的勢能與動能之間的轉(zhuǎn)化，所以極大地降低了除塵所需外部能耗［4］。

該工程汽車卸煤溝的除塵采用了干霧抑塵裝置。該裝置能夠產(chǎn)生直徑為1～10 μm的水霧顆粒，有效地吸附懸浮在空氣中的粉塵，特別是直徑在10 μm以下的可吸入顆粒，使粉塵受重力作用而沉降，從而達(dá)到抑塵作用［5］。

經(jīng)過運(yùn)行檢驗(yàn)，以上3個系統(tǒng)的除塵效果非常明顯，大大減少了清掃工作量，使輸煤系統(tǒng)粉塵控制保持在較高水平。這種組合除塵方式在電廠輸煤系統(tǒng)中尚屬首次應(yīng)用，若能經(jīng)受長期運(yùn)行的考驗(yàn)，應(yīng)極具推廣應(yīng)用價值。

5 輔機(jī)循環(huán)水泵房組合布置

該工程受建設(shè)用地限制，整個廠區(qū)布置極其緊張，為了提高土地利用率，山西省電力勘測設(shè)計院在借鑒其他行業(yè)設(shè)計經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上首次在電廠設(shè)計中提出，將輔機(jī)循環(huán)水機(jī)械通風(fēng)蒸發(fā)式冷卻器布置在輔機(jī)循環(huán)水泵房屋頂?shù)姆桨浮?/p>

該方案中，輔機(jī)循環(huán)水泵房水泵間、配電間、加藥間被設(shè)計為聯(lián)合建筑，單層工業(yè)廠房，平面軸線尺寸為49.5 m，跨度9 m，柱距4.5 m，凈高5 m，總高6.2 m。其中5個開間內(nèi)設(shè)地下泵坑，用于布置輔機(jī)循環(huán)水泵，其余6個開間為電氣配電間及循環(huán)水加藥間。泵坑部分采用地下鋼筋混凝土箱型結(jié)構(gòu)，地上部分采用單層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。

該工程共采用10組蒸發(fā)冷卻器，它們被縱向單排布置于輔機(jī)循環(huán)水泵房屋頂。每個蒸發(fā)冷卻器基礎(chǔ)的平面尺寸為3.4 m×9.3 m，相鄰2個基礎(chǔ)凈間距為1.1 m，中心間距為4.5 m。為了使結(jié)構(gòu)受力均勻合理，在結(jié)構(gòu)布置時，房屋縱向開間確定為4.5 m，即橫向框架的中心間距為4.5 m。輔機(jī)循環(huán)水泵房共11個開間，12榀框架。每個蒸發(fā)冷卻器長9.437 m，寬 3.058 m，高4.95 m，為減小屋頂荷載，蒸發(fā)冷卻器直接置于屋面梁板上，不另設(shè)基礎(chǔ)［6］。

該方案與蒸發(fā)冷卻器布置于地面方案的經(jīng)濟(jì)比較見表3。2種方案中工藝設(shè)備材料費(fèi)和工藝運(yùn)行費(fèi)相同。

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通過比較可以看出，蒸發(fā)冷卻器置于輔機(jī)循環(huán)水泵房頂，可節(jié)約占地828 m2，盡管建筑工程費(fèi)增加27.46萬元，計入征地費(fèi)后，總費(fèi)用仍然節(jié)省約7.11萬元［6］。尤其重要的是該工程存在用地緊張的具體情況，所以節(jié)約用地更具有重大意義。

6 結(jié)語

山西大唐國際臨汾河西熱電廠雖然是一個常規(guī)的燃煤直接空冷供熱機(jī)組，其設(shè)計技術(shù)應(yīng)該是成熟的，但是該工程受到建設(shè)用地的限制，產(chǎn)生了諸多設(shè)計難題。在項(xiàng)目建設(shè)方的全力支持下，山西省電力勘測設(shè)計院采用了許多具有創(chuàng)新性的解決方案，同時在工藝系統(tǒng)的選擇上也有較多的優(yōu)化和改進(jìn)，出色地完成了該工程的設(shè)計任務(wù)。目前，該工程2臺機(jī)組早已投入運(yùn)行，生產(chǎn)情況良好，證明本文所述的這些設(shè)計技術(shù)是成功的。該工程的設(shè)計經(jīng)驗(yàn)可供同類電廠的規(guī)劃建設(shè)參考。

［1］國家電力監(jiān)管委員會.電力工程項(xiàng)目建設(shè)用地指標(biāo)(火電廠、核電廠、變電站和換流站)［M］.北京:中國電力出版社，2010.

［2］白金德，劉俊然，等.施工圖總說明及卷冊目錄［R］.太原:山西省電力勘測設(shè)計院，2010.

［3］黃琪.大出力斗提機(jī)在輸煤系統(tǒng)中的應(yīng)用［R］.太原:山西省電力勘測設(shè)計院，2010.

［4］黃琪.輸煤系統(tǒng)轉(zhuǎn)運(yùn)站落料管及除塵方式的優(yōu)化設(shè)計［R］.太原:山西省電力勘測設(shè)計院，2010.

［5］梁世俊.干霧抑塵系統(tǒng)在地下卸煤溝的方案設(shè)計［R］.太原:山西省電力勘測設(shè)計院，2010.

［6］張俊雙.蒸發(fā)冷卻器置于輔機(jī)循環(huán)水泵房屋頂優(yōu)化設(shè)計［R］.太原:山西省電力勘測設(shè)計院，2010.