百萬機組擴建工程廠區總平面布置方案精細化設計研究

宋春艷 高補偉

（山東電力工程咨詢院有限公司，山東 濟南250013）

0 引言

根據“十二五”規劃要求，本文從推動傳統能源清潔高效利用（包括大力推進節能降耗、加強水資源節約與集約、節約利用土地）、保護環境等根本點出發，通過對廠區總平面布置影響因素的詳細分析，結合與常規方案的對比，提出適合本工程的經濟合理的特色方案。本文以神華國華壽光電廠二期（2×1 000 MW 級）工程為例，在充分分析廠區總平面布置影響因素的基礎上，廣泛吸取其他工程經驗，結合業主的企業精神、意見及建議，審查單位的意見及建議，對二期廠區總平面進行全方位的精細化設計研究，旨在通過精細化設計推動創新式特色設計。

1 電廠概況

神華國華壽光電廠二期（2×1 000 MW 級）工程為擴建工程，電廠位于山東省壽光市羊口鎮以東約3km 處，南距壽光市約45km 的渤海工業園內，小清河入海口處。規劃容量為4×1 000 MW超超臨界燃煤發電機組，一期建設2×1 013 MW超超臨界燃煤發電機組，二期擴建2×1 000 MW級機組。電廠南鄰工業園區太平東路，場地地貌成因類型為海積平原，地貌類型為濱海低地。場地地勢開闊，自然地面原為蝦池、鹽田，地面標高為1.08～4.94m（1985年國家高程基準，下同），后經人工整治，現為電廠一期工程施工區，地形平坦。場地可利用長度東西約1 000 m，南北約950 m，可利用面積約95hm2，滿足電廠二期2×1 000 MW 機組廠區及施工用地要求。

2 廠區總平面布置影響因素

廠區總平面布置影響因素包括：（1）主廠房朝向的選擇；（2）冷卻方式的選擇；（3）燃煤運輸方式與儲煤設施的選擇；（4）考慮一期建設，結合遠期發展構想，統一規劃附屬及輔助生產設施；（5）響應國家“十二五”規劃要求，集約、節約利用土地資源。

3 廠區總平面布置原則

（1）響應國家“十二五”規劃要求，推動傳統能源清潔高效利用，包括節能、節水、節地三個方面。

（2）與神華集團黃大鐵路同步建設，達到節能降耗、增產減排和改善環境的目的。

（3）吸收國際先進電站技術，建設世界一流電站。

（4）踐行國華集團建設“高效、清潔、零排放的生態文明、美麗電站”的基建理念，建設示范工程，彰顯國華社會責任。

4 廠區總平面布置精細化設計

4.1 主廠房朝向的選擇

4.1.1 基于老廠布置格局的主廠房朝向精細化設計

該工程屬于二期擴建工程，電廠規劃建設容量4×1 000 MW超超臨界燃煤發電機組，一期建設2×1 013MW 超超臨界燃煤發電機組目前正在施工中，計劃2015年12月25日第一臺機組商業運行，2016年2月第二臺機組商業運行。二期工程位于一期工程的擴建端，整個場地開闊且形狀較規則，皆可被利用，且二期場地大部分為一期工程的施工場地，已平整過。受電廠總平面布置一期格局的影響，本期及遠期工程主廠房朝向同一期一致較為合理，即主廠房固定端朝西，向東擴建。

4.1.2 根據園區規劃復核主廠房朝向的精細化設計

電廠一期布置格局為“三列式”格局，由南向北依次布置升壓站（GIS）區—主廠房區—卸煤及貯煤場設施區。場地布置格局由南向北為電廠—灰場。

電廠用地被園區路及北端的防洪堤圍繞，西側為船舶街路，東側為東環路，南側為太平東路。場地用地面積足夠且交通條件便利，特別是場地用地形狀，適合二期主廠房固定端朝西、向東擴建的格局。

4.1.3 基于電廠建設情況與日后生產的安全運行情況對主廠房是否考慮連續擴建的精細化設計

目前，國內并無規范條文對同容量機組的主廠房連續擴建臺數予以明確規定，但在國內4臺同容量機組的主廠房連續擴建已心照不宣，而且也有運行實例。但筆者認為是否連建要具體情況具體分析，而且要符合國家要求的安全生產的精神，不能單純地以“有已建成的電廠”為依據。

首先要明確的一點是，電廠的主廠房為高層廠房，生產的火災危險性類別為丙類。根據GB50016—2014《建筑設計防火規范》第7.1.3條規定：“高層廠房，占地面積大于3 000 m2的甲乙丙類廠房和占地面積大于1 500m2的乙丙類倉庫，應設置環形消防車道，確有困難時，應沿建筑物的兩個長邊設置消防車道。”此舉是考慮保證消防車通行、滅火展開和調度的需要，即根據實際滅火情況，高層建筑需要設置滅火救援操作場地。

本工程為百萬機組，兩臺機汽機房縱向邊長為220m，汽機房A 列至送風機支架約150m，再加上A 列外變壓器區域，橫向邊長約為200 m，占地面積約30 000 m2。若考慮連建，則4臺機汽機房縱向邊長約為470m，從消防安全的角度而論，縱向施救面太大，而且因連續擴建還會出現2#機與3#機之間不能設置有效施救面，導致施救困難的情況。因此，建議：（1）不連續擴建；（2）即使連續擴建，也要底層架空，保持消防通道連通。

上述兩種建議的技術經濟比較如表1所示。

表1 技術經濟比較

4.2 冷卻方式的選擇

根據一期的環評文件，本期本工程仍選擇二次循環冷卻系統，海水高位塔。

電廠位于山東省壽光市羊口鎮以東約3km 處，南距壽光市約45km 的渤海工業園內，小清河入海口處。廠區外村莊分布很少，最近為羊口鎮駐地，相距約3km。由于廠址500m 以內無敏感點，考慮采用“煙塔合一”技術，即將電廠的冷卻塔和煙囪合二為一，取消煙囪，利用冷卻塔巨大的熱空氣量對脫硫后的凈煙氣形成包裹和抬升，增加煙氣的抬升高度，從而促進煙氣中污染物的擴散。

由于煙塔合一排煙方案不屬于環保技術，且在發達國家沒有得到普遍使用，因此在國內并不被普遍使用與推廣。但是煙塔合一技術作為一種技術手段，在合適的條件下被合理使用也并不失為一種特色。因此，建議：（1）采用一機一塔＋煙囪；（2）采用煙塔合一＋兩機一塔。

上述兩種建議的技術經濟比較如表2所示。

表2 技術經濟比較

4.3 燃料運輸及輸煤系統的選擇

根據《大中型火力發電廠設計規范》第7.3.1條：“貯煤設施設計容量應綜合廠外運輸方式，運距，供煤礦點的數量、煤種及品質，燃煤供需關系，火力發電廠在電力系統中的作用，機組形式等因素確定。貯煤設施設計容量應符合下列規定：距大于100km 的火力發電廠，貯煤容量不應小于對應機組15d的耗煤量；對于燃燒褐煤的火力發電廠，在無有效措施防止自燃的情況下，貯煤容量不宜大于對應機組10d的耗煤量，最大不應超過對應機組15d的耗煤量。”

本工程燃煤煤質特性干燥無灰基揮發分Vdaf＝35.61‰＜37‰，為煙煤。所以本期本工程貯煤設施設計容量按應機組15d的耗煤量考慮。一期設計了兩座120m 的圓形煤場，貯煤天數20d，本期本工程貯煤設施設計容量按10d即可。因此，建議：（1）設計一座110m 圓形煤場；（2）設計三座45m 圓形筒倉。

上述兩種建議的技術經濟比較如表3所示。

表3 技術經濟比較

4.4 附屬及輔助生產設施布置

因地制宜，統一規劃本期及遠期附屬設施，在滿足功能分區的同時，合理安排附屬設施的位置，做到潔凈區與污穢區分離，并縮短管線長度。在進行本期及遠期附屬設施規劃時，常規做法是將附屬設施集中布置在主廠房固定端，進行簡單的功能分區。常規布置的優點是廠區較為規整，缺點是污穢區（如灰庫、脫硫后的固體廢物等）呈點源式分散布置在電廠中，較零亂。

本工程因地制宜，充分利用一期已有的附屬設施進行原地擴建，如鍋爐補給水設施、油區、儲氫區、綜合水泵房和水池等。值得一提的是：（1）凈水設施與廢水處理設施分別結合自然通風冷卻塔群區與圓形煤場區分散布置：海水凈化設施、循環水泵房及進水前池、循環水加藥間布置在取水管線來水的方向，方便工藝系統的組合；含煤廢水處理設施、工業廢水處理設施及輸煤綜合樓環圓形煤場布置，方便廢水的收集與處理，既縮短了管線長度，又很好地遵循了電廠布置中功能分區的合理要求。（2）灰庫、石灰石磨制間、石膏脫水及脫硫廢水處理設施布置在二期灰場的西端，與一期的灰庫、石灰石磨制間、石膏脫水及脫硫廢水處理設施關于運灰渣道路對稱布置。灰庫距離電除塵約830m，輸送距離在一級輸送要求的范圍內，系統能耗低、磨損小、簡單可靠。更難能可貴的是，由于本工程事故灰場位于廠區北鄰，將灰庫、石灰石磨制間、石膏脫水及脫硫廢水處理設施布置于灰場中既實現了合理的功能分區，將潔凈區與污穢區徹底分離，減少了運灰車輛對廠區的干擾，又避免了電廠事故時固體廢物對環境的二次污染。

同時，本期工程脫硝系統用的反應劑為尿素，儲存間布置在濕式除塵器支架上，靠近SCR 反應器（SCR 反應器布置在鍋爐鋼架上），采用尿素，既安全又節約土地，而且方便管線敷設。

5 方案優化

根據以上影響因素，提出兩個精細化設計方案。

方案一：采用一機一塔，增設一座圓形煤場方案。廠區由北向南采用三列式布置格局，電氣出線朝南。兩座冷卻塔南北向呈“一字型”排列在擴建端，主廠房區的東側。

方案二：采用兩機一塔，煙塔合一，增設三座貯煤筒倉方案，同時須改造一期的輸煤系統。廠區由北向南采用三列式布置格局，電氣出線朝南。

（1）廠區總平面布置方案主要技術差異比較如表4所示。

（2）廠區總平面布置方案主要經濟差異比較如表5所示。

表5 廠區總平面布置方案主要經濟差異比較表(僅比較本期)

由表4和表5可以看出，在技術方面，兩個方案均可行；在經濟方面，方案二優于方案一，即煙塔合一方案更節地、節省投資。

6 優選方案評析

6.1 從節約、集約用地方面

本方案除了采用模塊化設計，合理壓縮各車間、各模塊的占地面積外，還積極地挖掘本工程特色，因地制宜，根據本工程的特點，優化了電廠總平面布置方案：（1）充分利用一期原有設施，并原地擴建；（2）壓縮氨區儲存用地面積，采用安全性高、占地少的脫硝系統反應劑尿素；（3）主廠房采用側煤倉、穿煙囪的設計方案；（4）采用煙塔合一技術，將電廠的冷卻塔和煙囪合二為一，取消煙囪；（5）采用兩機一塔的高位海水塔方案。

根據國家電力監管委員會2010 年9 月主編的《電力工程建設項目用地指標》，與本期工程（常規方案）廠區用地主要技術條件相同時用地指標為33.282hm2；上述優化方案圍墻內用地24.22hm2，較《電力工程建設項目用地指標》用地指標節省9.062hm2。

6.2 從節能方面

由于廠址500 m 以內無敏感點，本方案采用“煙塔合一”技術，提高了火力發電系統的能源利用效率，而且大大簡化了火電廠的煙氣系統，減少了設備投資，并節約了土地資源。

6.3 從節約用水方面

本方案采用了二次循環冷卻系統，對環境影響小，有利于保護海洋生態環境。

6.4 從環境保護方面

（1）建設全封閉煤場，采用環保性能好、無污染的筒倉。

（2）采用了二次循環冷卻系統，對環境影響小，有利于保護海洋生態環境。

（3）本方案執行的大氣污染物排放標準為：煙塵＜5mg/m3、二氧化硫＜35mg/m3、氮氧化物＜50mg/m3，汞及其化合物＜0.03mg/m3。

7 結語

本文以神華國華壽光電廠二期（2×1 000MW級）工程為例，在充分分析廠區總平面布置影響因素的基礎上，響應國家“十二五”規劃要求，提出基于本工程特點的精細化設計方案，與常規方案對比，證實了優選方案在節能、節水、節地、保護環境方面都經濟合理，為推動創新式特色設計提供了參考。

［1］東北電力設計院.火力發電廠廠址選擇手冊［M］.2版.北京：中國電力出版社，2009.

［2］張玉珩.火力發電廠廠址選擇與總布置［M］.北京：水利電力出版社，1981.