百萬(wàn)機(jī)組擴(kuò)建工程廠區(qū)總平面布置方案精細(xì)化設(shè)計(jì)研究

宋春艷 高補(bǔ)偉

（山東電力工程咨詢?cè)河邢薰荆綎| 濟(jì)南250013）

0 引言

根據(jù)“十二五”規(guī)劃要求，本文從推動(dòng)傳統(tǒng)能源清潔高效利用（包括大力推進(jìn)節(jié)能降耗、加強(qiáng)水資源節(jié)約與集約、節(jié)約利用土地）、保護(hù)環(huán)境等根本點(diǎn)出發(fā)，通過(guò)對(duì)廠區(qū)總平面布置影響因素的詳細(xì)分析，結(jié)合與常規(guī)方案的對(duì)比，提出適合本工程的經(jīng)濟(jì)合理的特色方案。本文以神華國(guó)華壽光電廠二期（2×1 000 MW 級(jí)）工程為例，在充分分析廠區(qū)總平面布置影響因素的基礎(chǔ)上，廣泛吸取其他工程經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合業(yè)主的企業(yè)精神、意見(jiàn)及建議，審查單位的意見(jiàn)及建議，對(duì)二期廠區(qū)總平面進(jìn)行全方位的精細(xì)化設(shè)計(jì)研究，旨在通過(guò)精細(xì)化設(shè)計(jì)推動(dòng)創(chuàng)新式特色設(shè)計(jì)。

1 電廠概況

神華國(guó)華壽光電廠二期（2×1 000 MW 級(jí)）工程為擴(kuò)建工程，電廠位于山東省壽光市羊口鎮(zhèn)以東約3km 處，南距壽光市約45km 的渤海工業(yè)園內(nèi)，小清河入海口處。規(guī)劃容量為4×1 000 MW超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組，一期建設(shè)2×1 013 MW超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組，二期擴(kuò)建2×1 000 MW級(jí)機(jī)組。電廠南鄰工業(yè)園區(qū)太平東路，場(chǎng)地地貌成因類型為海積平原，地貌類型為濱海低地。場(chǎng)地地勢(shì)開(kāi)闊，自然地面原為蝦池、鹽田，地面標(biāo)高為1.08～4.94m（1985年國(guó)家高程基準(zhǔn)，下同），后經(jīng)人工整治，現(xiàn)為電廠一期工程施工區(qū)，地形平坦。場(chǎng)地可利用長(zhǎng)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(jī)組廠區(qū)及施工用地要求。

2 廠區(qū)總平面布置影響因素

廠區(qū)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(yùn)輸方式與儲(chǔ)煤設(shè)施的選擇；（4）考慮一期建設(shè)，結(jié)合遠(yuǎn)期發(fā)展構(gòu)想，統(tǒng)一規(guī)劃附屬及輔助生產(chǎn)設(shè)施；（5）響應(yīng)國(guó)家“十二五”規(guī)劃要求，集約、節(jié)約利用土地資源。

3 廠區(qū)總平面布置原則

（1）響應(yīng)國(guó)家“十二五”規(guī)劃要求，推動(dòng)傳統(tǒng)能源清潔高效利用，包括節(jié)能、節(jié)水、節(jié)地三個(gè)方面。

（2）與神華集團(tuán)黃大鐵路同步建設(shè)，達(dá)到節(jié)能降耗、增產(chǎn)減排和改善環(huán)境的目的。

（3）吸收國(guó)際先進(jìn)電站技術(shù)，建設(shè)世界一流電站。

（4）踐行國(guó)華集團(tuán)建設(shè)“高效、清潔、零排放的生態(tài)文明、美麗電站”的基建理念，建設(shè)示范工程，彰顯國(guó)華社會(huì)責(zé)任。

4 廠區(qū)總平面布置精細(xì)化設(shè)計(jì)

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(xì)化設(shè)計(jì)

該工程屬于二期擴(kuò)建工程，電廠規(guī)劃建設(shè)容量4×1 000 MW超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組，一期建設(shè)2×1 013MW 超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組目前正在施工中，計(jì)劃2015年12月25日第一臺(tái)機(jī)組商業(yè)運(yùn)行，2016年2月第二臺(tái)機(jī)組商業(yè)運(yùn)行。二期工程位于一期工程的擴(kuò)建端，整個(gè)場(chǎng)地開(kāi)闊且形狀較規(guī)則，皆可被利用，且二期場(chǎng)地大部分為一期工程的施工場(chǎng)地，已平整過(guò)。受電廠總平面布置一期格局的影響，本期及遠(yuǎn)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(kuò)建。

4.1.2 根據(jù)園區(qū)規(guī)劃復(fù)核主廠房朝向的精細(xì)化設(shè)計(jì)

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(qū)—主廠房區(qū)—卸煤及貯煤場(chǎng)設(shè)施區(qū)。場(chǎng)地布置格局由南向北為電廠—灰場(chǎng)。

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

4.1.3 基于電廠建設(shè)情況與日后生產(chǎn)的安全運(yùn)行情況對(duì)主廠房是否考慮連續(xù)擴(kuò)建的精細(xì)化設(shè)計(jì)

目前，國(guó)內(nèi)并無(wú)規(guī)范條文對(duì)同容量機(jī)組的主廠房連續(xù)擴(kuò)建臺(tái)數(shù)予以明確規(guī)定，但在國(guó)內(nèi)4臺(tái)同容量機(jī)組的主廠房連續(xù)擴(kuò)建已心照不宣，而且也有運(yùn)行實(shí)例。但筆者認(rèn)為是否連建要具體情況具體分析，而且要符合國(guó)家要求的安全生產(chǎn)的精神，不能單純地以“有已建成的電廠”為依據(jù)。

首先要明確的一點(diǎn)是，電廠的主廠房為高層廠房，生產(chǎn)的火災(zāi)危險(xiǎn)性類別為丙類。根據(jù)GB50016—2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》第7.1.3條規(guī)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(cāng)庫(kù)，應(yīng)設(shè)置環(huán)形消防車道，確有困難時(shí)，應(yīng)沿建筑物的兩個(gè)長(zhǎng)邊設(shè)置消防車道。”此舉是考慮保證消防車通行、滅火展開(kāi)和調(diào)度的需要，即根據(jù)實(shí)際滅火情況，高層建筑需要設(shè)置滅火救援操作場(chǎng)地。

本工程為百萬(wàn)機(jī)組，兩臺(tái)機(jī)汽機(jī)房縱向邊長(zhǎng)為220m，汽機(jī)房A 列至送風(fēng)機(jī)支架約150m，再加上A 列外變壓器區(qū)域，橫向邊長(zhǎng)約為200 m，占地面積約30 000 m2。若考慮連建，則4臺(tái)機(jī)汽機(jī)房縱向邊長(zhǎng)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(xù)擴(kuò)建還會(huì)出現(xiàn)2#機(jī)與3#機(jī)之間不能設(shè)置有效施救面，導(dǎo)致施救困難的情況。因此，建議：（1）不連續(xù)擴(kuò)建；（2）即使連續(xù)擴(kuò)建，也要底層架空，保持消防通道連通。

上述兩種建議的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較如表1所示。

表1 技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

4.2 冷卻方式的選擇

根據(jù)一期的環(huán)評(píng)文件，本期本工程仍選擇二次循環(huán)冷卻系統(tǒng)，海水高位塔。

電廠位于山東省壽光市羊口鎮(zhèn)以東約3km 處，南距壽光市約45km 的渤海工業(yè)園內(nèi)，小清河入海口處。廠區(qū)外村莊分布很少，最近為羊口鎮(zhèn)駐地，相距約3km。由于廠址500m 以內(nèi)無(wú)敏感點(diǎn)，考慮采用“煙塔合一”技術(shù)，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(duì)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(jìn)煙氣中污染物的擴(kuò)散。

由于煙塔合一排煙方案不屬于環(huán)保技術(shù)，且在發(fā)達(dá)國(guó)家沒(méi)有得到普遍使用，因此在國(guó)內(nèi)并不被普遍使用與推廣。但是煙塔合一技術(shù)作為一種技術(shù)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(jī)一塔＋煙囪；（2）采用煙塔合一＋兩機(jī)一塔。

上述兩種建議的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較如表2所示。

表2 技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

4.3 燃料運(yùn)輸及輸煤系統(tǒng)的選擇

根據(jù)《大中型火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)規(guī)范》第7.3.1條：“貯煤設(shè)施設(shè)計(jì)容量應(yīng)綜合廠外運(yùn)輸方式，運(yùn)距，供煤礦點(diǎn)的數(shù)量、煤種及品質(zhì)，燃煤供需關(guān)系，火力發(fā)電廠在電力系統(tǒng)中的作用，機(jī)組形式等因素確定。貯煤設(shè)施設(shè)計(jì)容量應(yīng)符合下列規(guī)定：距大于100km 的火力發(fā)電廠，貯煤容量不應(yīng)小于對(duì)應(yīng)機(jī)組15d的耗煤量；對(duì)于燃燒褐煤的火力發(fā)電廠，在無(wú)有效措施防止自燃的情況下，貯煤容量不宜大于對(duì)應(yīng)機(jī)組10d的耗煤量，最大不應(yīng)超過(guò)對(duì)應(yīng)機(jī)組15d的耗煤量。”

本工程燃煤煤質(zhì)特性干燥無(wú)灰基揮發(fā)分Vdaf＝35.61‰＜37‰，為煙煤。所以本期本工程貯煤設(shè)施設(shè)計(jì)容量按應(yīng)機(jī)組15d的耗煤量考慮。一期設(shè)計(jì)了兩座120m 的圓形煤場(chǎng)，貯煤天數(shù)20d，本期本工程貯煤設(shè)施設(shè)計(jì)容量按10d即可。因此，建議：（1）設(shè)計(jì)一座110m 圓形煤場(chǎng)；（2）設(shè)計(jì)三座45m 圓形筒倉(cāng)。

上述兩種建議的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較如表3所示。

表3 技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

4.4 附屬及輔助生產(chǎn)設(shè)施布置

因地制宜，統(tǒng)一規(guī)劃本期及遠(yuǎn)期附屬設(shè)施，在滿足功能分區(qū)的同時(shí)，合理安排附屬設(shè)施的位置，做到潔凈區(qū)與污穢區(qū)分離，并縮短管線長(zhǎng)度。在進(jìn)行本期及遠(yuǎn)期附屬設(shè)施規(guī)劃時(shí)，常規(guī)做法是將附屬設(shè)施集中布置在主廠房固定端，進(jìn)行簡(jiǎn)單的功能分區(qū)。常規(guī)布置的優(yōu)點(diǎn)是廠區(qū)較為規(guī)整，缺點(diǎn)是污穢區(qū)（如灰?guī)臁⒚摿蚝蟮墓腆w廢物等）呈點(diǎn)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(shè)施進(jìn)行原地?cái)U(kuò)建，如鍋爐補(bǔ)給水設(shè)施、油區(qū)、儲(chǔ)氫區(qū)、綜合水泵房和水池等。值得一提的是：（1）凈水設(shè)施與廢水處理設(shè)施分別結(jié)合自然通風(fēng)冷卻塔群區(qū)與圓形煤場(chǎng)區(qū)分散布置：海水凈化設(shè)施、循環(huán)水泵房及進(jìn)水前池、循環(huán)水加藥間布置在取水管線來(lái)水的方向，方便工藝系統(tǒng)的組合；含煤廢水處理設(shè)施、工業(yè)廢水處理設(shè)施及輸煤綜合樓環(huán)圓形煤場(chǎng)布置，方便廢水的收集與處理，既縮短了管線長(zhǎng)度，又很好地遵循了電廠布置中功能分區(qū)的合理要求。（2）灰?guī)臁⑹沂ブ崎g、石膏脫水及脫硫廢水處理設(shè)施布置在二期灰場(chǎng)的西端，與一期的灰?guī)臁⑹沂ブ崎g、石膏脫水及脫硫廢水處理設(shè)施關(guān)于運(yùn)灰渣道路對(duì)稱布置。灰?guī)炀嚯x電除塵約830m，輸送距離在一級(jí)輸送要求的范圍內(nèi)，系統(tǒng)能耗低、磨損小、簡(jiǎn)單可靠。更難能可貴的是，由于本工程事故灰場(chǎng)位于廠區(qū)北鄰，將灰?guī)臁⑹沂ブ崎g、石膏脫水及脫硫廢水處理設(shè)施布置于灰場(chǎng)中既實(shí)現(xiàn)了合理的功能分區(qū)，將潔凈區(qū)與污穢區(qū)徹底分離，減少了運(yùn)灰車輛對(duì)廠區(qū)的干擾，又避免了電廠事故時(shí)固體廢物對(duì)環(huán)境的二次污染。

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

5 方案優(yōu)化

根據(jù)以上影響因素，提出兩個(gè)精細(xì)化設(shè)計(jì)方案。

方案一：采用一機(jī)一塔，增設(shè)一座圓形煤場(chǎng)方案。廠區(qū)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(kuò)建端，主廠房區(qū)的東側(cè)。

方案二：采用兩機(jī)一塔，煙塔合一，增設(shè)三座貯煤筒倉(cāng)方案，同時(shí)須改造一期的輸煤系統(tǒng)。廠區(qū)由北向南采用三列式布置格局，電氣出線朝南。

（1）廠區(qū)總平面布置方案主要技術(shù)差異比較如表4所示。

（2）廠區(qū)總平面布置方案主要經(jīng)濟(jì)差異比較如表5所示。

表5 廠區(qū)總平面布置方案主要經(jīng)濟(jì)差異比較表(僅比較本期)

由表4和表5可以看出，在技術(shù)方面，兩個(gè)方案均可行；在經(jīng)濟(jì)方面，方案二優(yōu)于方案一，即煙塔合一方案更節(jié)地、節(jié)省投資。

6 優(yōu)選方案評(píng)析

6.1 從節(jié)約、集約用地方面

本方案除了采用模塊化設(shè)計(jì)，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(jù)本工程的特點(diǎn)，優(yōu)化了電廠總平面布置方案：（1）充分利用一期原有設(shè)施，并原地?cái)U(kuò)建；（2）壓縮氨區(qū)儲(chǔ)存用地面積，采用安全性高、占地少的脫硝系統(tǒng)反應(yīng)劑尿素；（3）主廠房采用側(cè)煤倉(cāng)、穿煙囪的設(shè)計(jì)方案；（4）采用煙塔合一技術(shù)，將電廠的冷卻塔和煙囪合二為一，取消煙囪；（5）采用兩機(jī)一塔的高位海水塔方案。

根據(jù)國(guó)家電力監(jiān)管委員會(huì)2010 年9 月主編的《電力工程建設(shè)項(xiàng)目用地指標(biāo)》，與本期工程（常規(guī)方案）廠區(qū)用地主要技術(shù)條件相同時(shí)用地指標(biāo)為33.282hm2；上述優(yōu)化方案圍墻內(nèi)用地24.22hm2，較《電力工程建設(shè)項(xiàng)目用地指標(biāo)》用地指標(biāo)節(jié)省9.062hm2。

6.2 從節(jié)能方面

由于廠址500 m 以內(nèi)無(wú)敏感點(diǎn)，本方案采用“煙塔合一”技術(shù)，提高了火力發(fā)電系統(tǒng)的能源利用效率，而且大大簡(jiǎn)化了火電廠的煙氣系統(tǒng)，減少了設(shè)備投資，并節(jié)約了土地資源。

6.3 從節(jié)約用水方面

本方案采用了二次循環(huán)冷卻系統(tǒng)，對(duì)環(huán)境影響小，有利于保護(hù)海洋生態(tài)環(huán)境。

6.4 從環(huán)境保護(hù)方面

（1）建設(shè)全封閉煤場(chǎng)，采用環(huán)保性能好、無(wú)污染的筒倉(cāng)。

（2）采用了二次循環(huán)冷卻系統(tǒng)，對(duì)環(huán)境影響小，有利于保護(hù)海洋生態(tài)環(huán)境。

（3）本方案執(zhí)行的大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)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(jié)語(yǔ)

本文以神華國(guó)華壽光電廠二期（2×1 000MW級(jí)）工程為例，在充分分析廠區(qū)總平面布置影響因素的基礎(chǔ)上，響應(yīng)國(guó)家“十二五”規(guī)劃要求，提出基于本工程特點(diǎn)的精細(xì)化設(shè)計(jì)方案，與常規(guī)方案對(duì)比，證實(shí)了優(yōu)選方案在節(jié)能、節(jié)水、節(jié)地、保護(hù)環(huán)境方面都經(jīng)濟(jì)合理，為推動(dòng)創(chuàng)新式特色設(shè)計(jì)提供了參考。

［1］東北電力設(shè)計(jì)院.火力發(fā)電廠廠址選擇手冊(cè)［M］.2版.北京：中國(guó)電力出版社，2009.

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