山西大唐國際臨汾河西熱電廠工程設計特點

林建勇

(山西省電力勘測設計院，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組，同步建設脫硫、脫硝設施。該工程按照國家“上大壓小”節能減排政策，替代原臨汾河西熱電廠2臺135 MW機組及供熱范圍內的燃煤小鍋爐，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號機組于2010年12月完成168 h試運行，2號機組于2011年1月完成168 h試運行。山西省電力勘測設計院承擔該工程的設計工作。

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

1 總平面布置

該工程位于原臨汾河西熱電廠(2×135 MW機組)舊廠址內。廠址東西向長約400 m，南北向長約400 m，呈正四方形。在該區域中部有辦公樓、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。經設計人員與項目建設單位多次討論、推敲，歷經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風向為SSW、冬季主導風向為SW及全年主導風向為SSW，為了保證機組空冷系統正常運行，將直接空冷裝置的長邊面向夏季盛行風向。根據場地實際情況，按照分區集中布置的原則，主廠房布置在廠區西側，其固定端朝東，向西擴建。由南向北依次為空冷區(220 kV屋外GIS裝置區布置在空冷平臺下)、主廠房區及貯灰庫區(含制氨區、空壓機房)，呈三列式布置形式。廠區東側布置圓形煤場、鍋爐補給水車間、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，廠區占地較小，廠區面積僅為13.693 hm2，單位容量用地面積為0.228 m2/kW，比2010版《電力工程項目建設用地指標》［1］中規定的火力發電廠建設用地指標19.01 hm2節省了5.317 hm2，也比同期、同類機組占地少很多，有關比較見表1。

2 給水泵乏汽直排主機空冷系統

在可行性研究階段，為提高機組發電量，建設單位提出給水泵按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。山西省電力勘測設計院根據多年研究的成果提出了汽動給水泵乏汽直接排入主機空冷系統的方案，經充分的技術論證后得到了建設單位的認可，此方案在后續的設計工作中順利實施。

該工程每臺機組給水系統配置1×100%容量汽動給水泵+1×50%容量電動啟動備用給水泵，3臺高壓加熱器串聯運行，設置1個三通大旁路閥。給水泵汽輪機型號為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，最高轉速6 000 r/min。汽動給水泵型號為80CHTA4SP，多級節段式，流量 1 352 m3/h，揚程(水柱)2 247 m，軸功率9 158 kW，轉速5 260 r/min［2］。

該工程是目前國內已投產300 MW直接空冷供熱機組中第1個采用了100%容量汽動給水泵的工程，也是國內外直接空冷機組中第1個采用給水泵汽輪機排汽直接進入主機排汽聯合裝置與主機排汽混合后進入空冷凝汽器冷卻的工程。隨著該工程的順利投產，證明了此項技術經受了實際運行的檢驗，達到了降低初投資、節約廠用電、減少耗煤量、節約運行水的目的，也為汽動給水泵乏汽冷卻技術的發展起了重要的推進作用。

3 大容量斗提機在輸煤系統中的應用

由于受建設用地限制，輸煤系統在設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程要求等。經與建設單位協商，最終確定了圓形儲煤場方案。同時，由于碎煤機室距圓煤場中心約70 m，普通設備提升高度很難滿足要求，經充分論證，確定了先在碎煤機室使用大容量斗提機將物料提升到一定高度，再通過帶式輸送機轉運至圓形煤場堆取料機，完成煤場堆料作業的方案。

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機組滿負荷運行時燃用約12天。煤場的主要設備為1臺YDQ600/1000-90型堆取料機，堆料能力為1 200 t/h，取料能力為600 t/h。煤場設1個4 m×4 m的地下煤斗，作為備用取煤設施，煤斗給煤設備為出力600 t/h的活化給料機［3］。

碎煤機室尺寸為20 m×20 m，室內布置有碎煤機、斗式提升機、緩沖滾筒，同時交叉布置了碎煤機入料皮帶機、輸入主系統的出料皮帶機、經提升機給料輸入煤場的皮帶機。碎煤機室凈高度44 m，碎煤機布置在6.5 m層。破碎后的物料從-6.60 m層提升到17.30 m層，然后卸料到皮帶機上轉運至圓形堆取料機堆料，斗式提升機選型出力為600 t/h，該出力與整個運行系統相匹配。

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

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目前，出力為600 t/h的大容量斗式提升機在國內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、貯煤設計的問題，因此該方案具有創新性，為其他工程提供了借鑒。

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4 輸煤系統組合除塵

該工程在輸煤除塵系統的設計中，采用了先進的分散物料集流技術散料抑塵輸送系統、微動力除塵系統及干霧除塵系統等，取代了常規的水膜式除塵器;在輸煤系統的1～4號轉運站中采用了曲線落煤管系統和微動力除塵系統組合方式;在汽車卸煤溝及煤倉間原煤斗區域采用了干霧除塵系統。

分散物料集流技術散料抑塵輸送系統是通過三維模型對物料的下落軌跡進行動態模擬，繼而優化煤流下落軌跡，實現流線型落煤管內物料流動規律化，避免物料之間頻繁的相互撞擊，最終實現對煤流的全過程導流。該系統保證煤流出口速度接近于接料皮帶機運行速度，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生［4］。

同時，該系統對滑道中氣流分布進行模擬，優化滑道的內部空間設計，以保證攜帶風量最小并避免出現空氣壓差。此功能大大減小誘導風，控制粉塵的產生，減少轉運站沖洗次數，節水節能，降低運行維護費用。

微動力除塵系統采用空氣壓力平衡原理，實現多次壓力平衡處理，使皮帶輸運過程中產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。該設備由于合理利用了物料的勢能與動能之間的轉化，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，從而達到抑塵作用［5］。

經過運行檢驗，以上3個系統的除塵效果非常明顯，大大減少了清掃工作量，使輸煤系統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中尚屬首次應用，若能經受長期運行的考驗，應極具推廣應用價值。

5 輔機循環水泵房組合布置

該工程受建設用地限制，整個廠區布置極其緊張，為了提高土地利用率，山西省電力勘測設計院在借鑒其他行業設計經驗的基礎上首次在電廠設計中提出，將輔機循環水機械通風蒸發式冷卻器布置在輔機循環水泵房屋頂的方案。

該方案中，輔機循環水泵房水泵間、配電間、加藥間被設計為聯合建筑，單層工業廠房，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個開間內設地下泵坑，用于布置輔機循環水泵，其余6個開間為電氣配電間及循環水加藥間。泵坑部分采用地下鋼筋混凝土箱型結構，地上部分采用單層鋼筋混凝土框架結構。

該工程共采用10組蒸發冷卻器，它們被縱向單排布置于輔機循環水泵房屋頂。每個蒸發冷卻器基礎的平面尺寸為3.4 m×9.3 m，相鄰2個基礎凈間距為1.1 m，中心間距為4.5 m。為了使結構受力均勻合理，在結構布置時，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。輔機循環水泵房共11個開間，12榀框架。每個蒸發冷卻器長9.437 m，寬 3.058 m，高4.95 m，為減小屋頂荷載，蒸發冷卻器直接置于屋面梁板上，不另設基礎［6］。

該方案與蒸發冷卻器布置于地面方案的經濟比較見表3。2種方案中工藝設備材料費和工藝運行費相同。

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通過比較可以看出，蒸發冷卻器置于輔機循環水泵房頂，可節約占地828 m2，盡管建筑工程費增加27.46萬元，計入征地費后，總費用仍然節省約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，所以節約用地更具有重大意義。

6 結語

山西大唐國際臨汾河西熱電廠雖然是一個常規的燃煤直接空冷供熱機組，其設計技術應該是成熟的，但是該工程受到建設用地的限制，產生了諸多設計難題。在項目建設方的全力支持下，山西省電力勘測設計院采用了許多具有創新性的解決方案，同時在工藝系統的選擇上也有較多的優化和改進，出色地完成了該工程的設計任務。目前，該工程2臺機組早已投入運行，生產情況良好，證明本文所述的這些設計技術是成功的。該工程的設計經驗可供同類電廠的規劃建設參考。

［1］國家電力監管委員會.電力工程項目建設用地指標(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:山西省電力勘測設計院，2010.

［3］黃琪.大出力斗提機在輸煤系統中的應用［R］.太原:山西省電力勘測設計院，2010.

［4］黃琪.輸煤系統轉運站落料管及除塵方式的優化設計［R］.太原:山西省電力勘測設計院，2010.

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

［6］張俊雙.蒸發冷卻器置于輔機循環水泵房屋頂優化設計［R］.太原:山西省電力勘測設計院，2010.