東營2×1 000 MW電廠總平面優(yōu)化設(shè)計

成 韓，張 彬，陳增輝，宋 松

(1.中國電力工程顧問集團(tuán)東北電力設(shè)計院有限公司，長春 130021；2.大唐東營發(fā)電有限公司，山東 東營 257000)

隨著近年來我國電力事業(yè)的發(fā)展和電力生產(chǎn)技術(shù)水平的提高，更加高效、節(jié)能的大型機(jī)組在發(fā)電項(xiàng)目中的占比逐漸增加。采用大型機(jī)組的電廠往往具有用地面積較大、投資較高以及建設(shè)工期較長的特點(diǎn)?？偲矫嬖O(shè)計作為電廠設(shè)計中的重要環(huán)節(jié)，對于廠區(qū)用地、基建投資、建設(shè)進(jìn)度、運(yùn)營管理等方面具有較大影響，因此，針對大型機(jī)組發(fā)電廠進(jìn)行總平面優(yōu)化設(shè)計，對于提高電力企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益是十分必要的。

本文以大唐東營發(fā)電有限公司(以下簡稱東營電廠)2×1 000 MW機(jī)組為例，提出總平面布置與工藝方案之間的融合設(shè)計理念，重點(diǎn)剖析了機(jī)、電、煤、水四大工藝系統(tǒng)的總平面優(yōu)化設(shè)計特色。

1 當(dāng)前電廠總平面布置優(yōu)化思路

通過對近年來電廠總平面布置設(shè)計優(yōu)化的方法進(jìn)行分析，優(yōu)化方向主要體現(xiàn)在：

a.對于布局的優(yōu)化，主要通過合理布局，實(shí)現(xiàn)與外部環(huán)境和用地條件的適應(yīng)性，達(dá)到內(nèi)外銜接的優(yōu)化，例如通過與水源、出線、擴(kuò)建以及用地邊界的協(xié)調(diào)與優(yōu)化，合理確定廠區(qū)方位；

b.對于布置的優(yōu)化，在整體布局確定之后，通過對各工藝系統(tǒng)的方案進(jìn)行合理的選擇和組合，形成與場地條件適應(yīng)度較好的廠區(qū)總平面布置方案，達(dá)到投資節(jié)省和功能優(yōu)化的目的，例如采用冷卻設(shè)施A排前布置、輸煤系統(tǒng)擴(kuò)建端上煤等；

c.對于用地的優(yōu)化，在設(shè)計過程中，通過選擇節(jié)省占地的工藝方案、采用建、構(gòu)筑物聯(lián)合和成組布置、充分利用空間進(jìn)行集約整合布置、壓縮各類通道的寬度，從而達(dá)到節(jié)約用地的目的，例如配電裝置采用氣體絕緣金屬封閉組合電器(gas insulated metal-enclosed switchgear, GIS)、水務(wù)設(shè)施集中布置、采用綜合管架壓縮管廊寬度等。

由上述優(yōu)化思路可以得出，無論是布置，還是用地的優(yōu)化，都與工藝方案息息相關(guān)，因此，在外部條件完成布局優(yōu)化的前提下，從總平面布置與工藝方案協(xié)調(diào)性的角度，仍然存在一定的優(yōu)化空間。本文將著重從工藝的角度分析總平面布置的優(yōu)化設(shè)計。

2 電廠概況

東營電廠位于山東省東營市北側(cè)約110 km的東營港區(qū)，規(guī)劃容量為4×1 000 MW超超臨界燃煤濕冷機(jī)組，一期工程建設(shè)2×1 000 MW機(jī)組。廠址東北距海堤約350 m，東距東港路約160 m，北側(cè)和南側(cè)臨近港區(qū)規(guī)劃路。

電廠燃煤采用鐵路運(yùn)輸，設(shè)電廠站。循環(huán)冷卻水系統(tǒng)采用海水直流供水，明渠取水。采用兩回500 kV出線。設(shè)一座事故貯灰場。電廠整體布局如下[1]。

a.廠區(qū)方位：固定端朝東南，向西北方向擴(kuò)建；主廠房A排朝東北，出線先朝東北，再沿廠界折向西南。

b.廠區(qū)格局：由南向北呈三列式布置，即卸儲煤設(shè)施區(qū)—主廠房區(qū)—配電裝置區(qū)。

c.功能分區(qū)：主廠房區(qū)、配電裝置區(qū)、循環(huán)水設(shè)施區(qū)、卸儲煤設(shè)施區(qū)、水務(wù)設(shè)施區(qū)、廠前區(qū)、其他輔助設(shè)施區(qū)。以主廠房區(qū)為核心，各區(qū)域按工藝流程緊密圍繞于主廠房周圍。

d.出入口設(shè)置：設(shè)3個出入口，主入口—人流入口，1號次入口—煤、石灰石、尿素及其他材料的運(yùn)輸，2號次入口—灰渣運(yùn)輸。

e.廠區(qū)用地：廠區(qū)圍墻內(nèi)用地約2.45×105m2(不含鐵路電廠站)。

3 總平面布置與工藝方案的融合設(shè)計

全廠工藝流程是構(gòu)成總平面布置的關(guān)鍵因素，電廠總平面布置應(yīng)首先滿足生產(chǎn)工藝流程及使用功能的要求[2]。在設(shè)計過程中，總平面布置影響各工藝方案的設(shè)計，各工藝方案又不同程度地制約了總平面布置，因此，二者需要相互協(xié)調(diào)、有機(jī)融合，一方面，通過更加科學(xué)合理和靈活多樣的總平面布置促進(jìn)各工藝方案的創(chuàng)新與應(yīng)用，另一方面，通過采用與總平面布置相適應(yīng)的工藝方案有效提高電廠的經(jīng)濟(jì)效益，打造出技術(shù)領(lǐng)先型和投資節(jié)約型電廠。下面將從機(jī)、電、煤、水四大系統(tǒng)的角度分別剖析東營電廠總平面布置與工藝方案的融合設(shè)計特色。

3.1 主廠房區(qū)平面與立體空間綜合布局

該項(xiàng)目主廠房主要工藝特征：鍋爐采用超超臨界、二次再熱、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、切圓燃燒方式塔式鍋爐；汽輪發(fā)電機(jī)組采用超超臨界、二次再熱、六缸六排氣凝汽式汽輪機(jī)和水氫冷卻、無刷勵磁汽輪發(fā)電機(jī)；設(shè)有選擇性催化劑還原(selective catalytic reduction，SCR)煙氣脫硝裝置；每臺機(jī)組配兩臺三室五電場低低溫靜電除塵器、預(yù)留濕式除塵器位置；前煤倉、擴(kuò)建端上煤形式。綜合以上技術(shù)條件總結(jié)出主廠房區(qū)域的平面與空間特點(diǎn)：六缸六排氣的汽輪機(jī)室縱向尺寸較長，爐中心線距離較大，兩爐中央的空余場地開闊；除塵器臺數(shù)較多、爐后煙道鋪開范圍較大，煙道下方區(qū)域剩余空間大；前煤倉、擴(kuò)建端上煤，靠近爐側(cè)區(qū)域的棧橋下方空間充裕。

總平面布置充分利用主廠房區(qū)可獲得的平面和立體空間，因地制宜地布局與主廠房工藝聯(lián)系密切的輔助設(shè)施：充分利用兩爐之間的空余場地，將凝結(jié)水精處理再生間、尿素站、機(jī)組排水池布置于兩爐中央，縮短了各工藝管道長度；充分利用爐后煙道下方空間，將柴油發(fā)電機(jī)室和電除塵器配電間布置于爐后煙道下方，縮短了電纜長度；充分利用爐側(cè)棧橋下方空間，將空壓機(jī)室布置于靠近爐側(cè)區(qū)域棧橋的下方，縮短了壓縮空氣管的長度。

通過主廠房區(qū)平面與立體空間的綜合布局，不但適應(yīng)工藝系統(tǒng)的設(shè)計需要，最大限度地利用剩余空間，避免了土地資源的浪費(fèi)，而且縮短了各類工藝管道的長度，節(jié)約了運(yùn)營成本，實(shí)現(xiàn)了總平面布置與工藝方案相互適應(yīng)的互補(bǔ)融合。

3.2 500 kV室外GIS進(jìn)、出線構(gòu)架合并

該項(xiàng)目配電裝置主要技術(shù)特征：采用500 kV雙母線接線；三回進(jìn)線，兩回出線；室外GIS；出線先朝向北，通過第一級出線塔后折向東。

該項(xiàng)目廠區(qū)北側(cè)為園區(qū)道路，該期出線走廊規(guī)劃于廠區(qū)北側(cè)圍墻和園區(qū)道路之間，考慮出線走廊的用地要求，廠區(qū)用地受到一定限制，故配電裝置采用設(shè)備布置緊湊、占地面積小的GIS方案是非常合理的，但是考慮到第一級出線塔與出線構(gòu)架的距離要求，配電裝置需向廠內(nèi)平移，繼而使得廠區(qū)內(nèi)空間進(jìn)一步壓縮，建、構(gòu)筑物布置也受到影響，而且電氣進(jìn)線角度加大。

在上述條件下，為使廠區(qū)內(nèi)部獲得更多的布置空間，并獲得更合理的進(jìn)線角度，從減少進(jìn)、出線構(gòu)架的數(shù)量的角度出發(fā)，提出了合并進(jìn)、出線構(gòu)架的創(chuàng)新方案。該方案與常規(guī)屋外GIS方案相比，通過取消出線側(cè)構(gòu)架，不但有效縮短了配電裝置縱向長度，減少了配電裝置用地和構(gòu)架土建工程量；而且通過合并，對于進(jìn)線側(cè)來說，相當(dāng)于構(gòu)架位置向出線側(cè)推移，拉大了構(gòu)架至變壓器之間的距離，有效減小了電氣進(jìn)線角度。同樣地，對于出線側(cè)來說，相當(dāng)于構(gòu)架向廠內(nèi)側(cè)推移，拉大了構(gòu)架至廠外第一級出線塔之間的距離，使出線更加順暢合理。該方案的平面布置見圖1。

圖1 500 kV屋外GIS進(jìn)、出線構(gòu)架合并平面圖

從工藝角度看，該方案進(jìn)、出線更為順暢，降低了設(shè)備和土建投資，獲得了明顯的技術(shù)效益和經(jīng)濟(jì)效益；從總圖角度看，該方案有效縮短了配電裝置縱向長度，減小了配電裝置用地，為廠區(qū)內(nèi)布置優(yōu)化提供了更大的空間。該設(shè)計已獲得實(shí)用新型專利[3]，在東營電廠首次應(yīng)用，是總平面布置與工藝方案相互激發(fā)的創(chuàng)新融合。

3.3 翻車機(jī)入廠端布置

該項(xiàng)目卸煤設(shè)施主要技術(shù)特征：采用鐵路運(yùn)輸，設(shè)置電廠鐵路專用線和電廠站，鐵路有效長度1 050 m；采用翻車機(jī)卸煤，該期配置一臺C型雙車翻車機(jī)。

鐵路專用線由廠區(qū)東南側(cè)進(jìn)廠，通過翻車機(jī)卸煤，若采用傳統(tǒng)的盡頭端布置方案，翻車機(jī)位于鐵路盡端，卸煤點(diǎn)遠(yuǎn)離廠區(qū)，需通過幾乎等同于鐵路電廠站長度的棧橋折返至該期煤場。該方案輸煤系統(tǒng)迂回冗長，運(yùn)煤效率低下，投資和運(yùn)行費(fèi)用高，盡頭端平面布置見圖2(a)。

考慮到上述問題，靈活調(diào)整翻車機(jī)位置，將其移動至鐵路入廠端側(cè)，重新組織機(jī)車、重車和空車的作業(yè)流程，修改廠內(nèi)鐵路配線方式，在保證不降低電廠站卸煤效率的前提下，優(yōu)化輸煤系統(tǒng)。該方案的平面布置見圖2(b)。

圖2 翻車機(jī)盡頭端及入廠端布置示意圖

該方案使得卸煤點(diǎn)靠近該期煤場，大大縮短了輸煤棧橋長度，避免了燃煤運(yùn)輸?shù)恼鄯担岣吡诉\(yùn)煤效率，降低了投資和運(yùn)行費(fèi)用，是總平面布置與工藝方案相互順應(yīng)的靈動融合。

3.4 水務(wù)設(shè)施的整合與分散

該項(xiàng)目水務(wù)設(shè)施包括：工業(yè)水處理(包含海水淡化和鍋爐補(bǔ)給水處理)、廢水處理(包含生產(chǎn)廢水和生活污水)、生活消防水設(shè)施。各設(shè)施工藝特征：海水淡化采用超濾+反滲透處理工藝；鍋爐補(bǔ)給水采用反滲透+離子交換處理工藝；生產(chǎn)廢水采用調(diào)節(jié)+斜板沉淀+氣浮+過濾工藝；生活污水采用生化工藝；生活消防水采用城市自來水。

水務(wù)設(shè)施為全廠服務(wù)，通常布置于固定端的中央地帶。由于受廠區(qū)用地邊界限制，固定端側(cè)的用地形狀不規(guī)則，而水務(wù)設(shè)施在廠區(qū)用地的占比較大，如果一味追求集約整合，勢必會降低土地利用率，不利于全廠輔助設(shè)施的統(tǒng)籌布局。因此，總平面布置采用了整合與分散并用的設(shè)計思路，形成如下布置方案。

a.相似處理工藝的設(shè)施盡量整合。海水淡化與鍋爐補(bǔ)給水處理設(shè)施整合，廢水處理與鍋爐酸洗水池整合，減少了建、構(gòu)筑物數(shù)量。

b.不同處理工藝的設(shè)施適當(dāng)分散。分別形成工業(yè)水處理設(shè)施區(qū)、廢水處理設(shè)施區(qū)和生活消防水區(qū)。

c.凈、污分離。工業(yè)水、生活消防水、廢水相互隔離，有效保證凈水區(qū)水質(zhì)不受污染。

d.分區(qū)內(nèi)剩余空間布置其他輔助設(shè)施，最大程度利用土地資源。消防站與生活消防水設(shè)施同區(qū)布置、啟動鍋爐與廢水處理站同區(qū)布置。

最終各個分區(qū)設(shè)施既相鄰又相隔，形成了一個擴(kuò)大范圍的“水務(wù)中心”，為運(yùn)行管理提供了便利條件，是總平面布置與工藝方案的多樣融合。水務(wù)中心平面布置見圖3。

圖3 水務(wù)中心平面布置圖

4 結(jié)語

本文通過采用總平面布置和工藝方案之間互補(bǔ)、創(chuàng)新、靈動和多樣的融合設(shè)計，實(shí)現(xiàn)了布局合理、用地緊湊、技術(shù)創(chuàng)新、投資節(jié)省的總平面優(yōu)化設(shè)計成果，有效提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，為大型機(jī)組總平面優(yōu)化設(shè)計提供了更加多元的設(shè)計思路。在做電廠總體布局設(shè)計規(guī)劃時，通過深入研究工藝特征，充分發(fā)揮融合設(shè)計優(yōu)勢，對于提升電廠整體設(shè)計水平、實(shí)現(xiàn)電力技術(shù)創(chuàng)新將會產(chǎn)生積極的促進(jìn)作用。