百万机组扩建工程厂区总平面布置方案精细化设计研究

宋春艳高补伟

（山东电力工程咨询院有限公司，山东济南250013）

摘要：响应国家“十二五”规划要求，从推动传统能源清洁高效利用、保护环境等根本点出发，通过对厂区总平面布置影响因素的详细分析，结合与常规方案的对比，提出最适合神华国华寿光电厂二期工程的经济合理的特色方案，旨在尝试打破千篇一律的设计模式，通过精细化设计推动创新式特色设计。

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关键词 ：精细化设计；总平面布置；扩建工程；百万机组

0引言

根据“十二五”规划要求，本文从推动传统能源清洁高效利用（包括大力推进节能降耗、加强水资源节约与集约、节约利用土地）、保护环境等根本点出发，通过对厂区总平面布置影响因素的详细分析，结合与常规方案的对比，提出适合本工程的经济合理的特色方案。本文以神华国华寿光电厂二期（2×1000MW级）工程为例，在充分分析厂区总平面布置影响因素的基础上，广泛吸取其他工程经验，结合业主的企业精神、意见及建议，审查单位的意见及建议，对二期厂区总平面进行全方位的精细化设计研究，旨在通过精细化设计推动创新式特色设计。

1电厂概况

神华国华寿光电厂二期（2×1000MW级）工程为扩建工程，电厂位于山东省寿光市羊口镇以东约3km处，南距寿光市约45km的渤海工业园内，小清河入海口处。规划容量为4×1000MW超超临界燃煤发电机组，一期建设2×1013MW超超临界燃煤发电机组，二期扩建2×1000MW级机组。电厂南邻工业园区太平东路，场地地貌成因类型为海积平原，地貌类型为滨海低地。场地地势开阔，自然地面原为虾池、盐田，地面标高为1.08～4.94m（1985年国家高程基准，下同），后经人工整治，现为电厂一期工程施工区，地形平坦。场地可利用长度东西约1000m，南北约950m，可利用面积约95hm2，满足电厂二期2×1000MW机组厂区及施工用地要求。

2厂区总平面布置影响因素

厂区总平面布置影响因素包括：（1）主厂房朝向的选择；（2）冷却方式的选择；（3）燃煤运输方式与储煤设施的选择；（4）考虑一期建设，结合远期发展构想，统一规划附属及辅助生产设施；（5）响应国家“十二五”规划要求，集约、节约利用土地资源。

3厂区总平面布置原则

（1）响应国家“十二五”规划要求，推动传统能源清洁高效利用，包括节能、节水、节地三个方面。

（2）与神华集团黄大铁路同步建设，达到节能降耗、增产减排和改善环境的目的。

（3）吸收国际先进电站技术，建设世界一流电站。

（4）践行国华集团建设“高效、清洁、零排放的生态文明、美丽电站”的基建理念，建设示范工程，彰显国华社会责任。

4厂区总平面布置精细化设计

4.1主厂房朝向的选择

4.1.1基于老厂布置格局的主厂房朝向精细化设计

该工程属于二期扩建工程，电厂规划建设容量4×1000MW超超临界燃煤发电机组，一期建设2×1013MW超超临界燃煤发电机组目前正在施工中，计划2015年12月25日第一台机组商业运行，2016年2月第二台机组商业运行。二期工程位于一期工程的扩建端，整个场地开阔且形状较规则，皆可被利用，且二期场地大部分为一期工程的施工场地，已平整过。受电厂总平面布置一期格局的影响，本期及远期工程主厂房朝向同一期一致较为合理，即主厂房固定端朝西，向东扩建。

4.1.2根据园区规划复核主厂房朝向的精细化设计

电厂一期布置格局为“三列式”格局，由南向北依次布置升压站（GIS）区—主厂房区—卸煤及贮煤场设施区。场地布置格局由南向北为电厂—灰场。

电厂用地被园区路及北端的防洪堤围绕，西侧为船舶街路，东侧为东环路，南侧为太平东路。场地用地面积足够且交通条件便利，特别是场地用地形状，适合二期主厂房固定端朝西、向东扩建的格局。

4.1.3基于电厂建设情况与日后生产的安全运行情况对主厂房是否考虑连续扩建的精细化设计

目前，国内并无规范条文对同容量机组的主厂房连续扩建台数予以明确规定，但在国内4台同容量机组的主厂房连续扩建已心照不宣，而且也有运行实例。但笔者认为是否连建要具体情况具体分析，而且要符合国家要求的安全生产的精神，不能单纯地以“有已建成的电厂”为依据。

首先要明确的一点是，电厂的主厂房为高层厂房，生产的火灾危险性类别为丙类。根据GB50016—2014《建筑设计防火规范》第7.1.3条规定：“高层厂房，占地面积大于3000m2的甲乙丙类厂房和占地面积大于1500m2的乙丙类仓库，应设置环形消防车道，确有困难时，应沿建筑物的两个长边设置消防车道。”此举是考虑保证消防车通行、灭火展开和调度的需要，即根据实际灭火情况，高层建筑需要设置灭火救援操作场地。

本工程为百万机组，两台机汽机房纵向边长为220m，汽机房A列至送风机支架约150m，再加上A列外变压器区域，横向边长约为200m，占地面积约30000m2。若考虑连建，则4台机汽机房纵向边长约为470m，从消防安全的角度而论，纵向施救面太大，而且因连续扩建还会出现2#机与3#机之间不能设置有效施救面，导致施救困难的情况。因此，建议：（1）不连续扩建；（2）即使连续扩建，也要底层架空，保持消防通道连通。

上述两种建议的技术经济比较如表1所示。

4.2冷却方式的选择

根据一期的环评文件，本期本工程仍选择二次循环冷却系统，海水高位塔。

电厂位于山东省寿光市羊口镇以东约3km处，南距寿光市约45km的渤海工业园内，小清河入海口处。厂区外村庄分布很少，最近为羊口镇驻地，相距约3km。由于厂址500m以内无敏感点，考虑采用“烟塔合一”技术，即将电厂的冷却塔和烟囱合二为一，取消烟囱，利用冷却塔巨大的热空气量对脱硫后的净烟气形成包裹和抬升，增加烟气的抬升高度，从而促进烟气中污染物的扩散。

由于烟塔合一排烟方案不属于环保技术，且在发达国家没有得到普遍使用，因此在国内并不被普遍使用与推广。但是烟塔合一技术作为一种技术手段，在合适的条件下被合理使用也并不失为一种特色。因此，建议：（1）采用一机一塔+烟囱；（2）采用烟塔合一+两机一塔。

上述两种建议的技术经济比较如表2所示。

4.3燃料运输及输煤系统的选择

根据《大中型火力发电厂设计规范》第7.3.1条：“贮煤设施设计容量应综合厂外运输方式，运距，供煤矿点的数量、煤种及品质，燃煤供需关系，火力发电厂在电力系统中的作用，机组形式等因素确定。贮煤设施设计容量应符合下列规定：距大于100km的火力发电厂，贮煤容量不应小于对应机组15d的耗煤量；对于燃烧褐煤的火力发电厂，在无有效措施防止自燃的情况下，贮煤容量不宜大于对应机组10d的耗煤量，最大不应超过对应机组15d的耗煤量。”

本工程燃煤煤质特性干燥无灰基挥发分Vdaf=35.61‰＜37‰，为烟煤。所以本期本工程贮煤设施设计容量按应机组15d的耗煤量考虑。一期设计了两座?120m的圆形煤场，贮煤天数20d，本期本工程贮煤设施设计容量按10d即可。因此，建议：（1）设计一座?110m圆形煤场；（2）设计三座?45m圆形筒仓。

上述两种建议的技术经济比较如表3所示。

4.4附属及辅助生产设施布置

因地制宜，统一规划本期及远期附属设施，在满足功能分区的同时，合理安排附属设施的位置，做到洁净区与污秽区分离，并缩短管线长度。在进行本期及远期附属设施规划时，常规做法是将附属设施集中布置在主厂房固定端，进行简单的功能分区。常规布置的优点是厂区较为规整，缺点是污秽区（如灰库、脱硫后的固体废物等）呈点源式分散布置在电厂中，较零乱。

本工程因地制宜，充分利用一期已有的附属设施进行原地扩建，如锅炉补给水设施、油区、储氢区、综合水泵房和水池等。值得一提的是：（1）净水设施与废水处理设施分别结合自然通风冷却塔群区与圆形煤场区分散布置：海水净化设施、循环水泵房及进水前池、循环水加药间布置在取水管线来水的方向，方便工艺系统的组合；含煤废水处理设施、工业废水处理设施及输煤综合楼环圆形煤场布置，方便废水的收集与处理，既缩短了管线长度，又很好地遵循了电厂布置中功能分区的合理要求。（2）灰库、石灰石磨制间、石膏脱水及脱硫废水处理设施布置在二期灰场的西端，与一期的灰库、石灰石磨制间、石膏脱水及脱硫废水处理设施关于运灰渣道路对称布置。灰库距离电除尘约830m，输送距离在一级输送要求的范围内，系统能耗低、磨损小、简单可靠。更难能可贵的是，由于本工程事故灰场位于厂区北邻，将灰库、石灰石磨制间、石膏脱水及脱硫废水处理设施布置于灰场中既实现了合理的功能分区，将洁净区与污秽区彻底分离，减少了运灰车辆对厂区的干扰，又避免了电厂事故时固体废物对环境的二次污染。

同时，本期工程脱硝系统用的反应剂为尿素，储存间布置在湿式除尘器支架上，靠近SCR反应器（SCR反应器布置在锅炉钢架上），采用尿素，既安全又节约土地，而且方便管线敷设。

5方案优化

根据以上影响因素，提出两个精细化设计方案。

方案一：采用一机一塔，增设一座圆形煤场方案。厂区由北向南采用三列式布置格局，电气出线朝南。两座冷却塔南北向呈“一字型”排列在扩建端，主厂房区的东侧。

方案二：采用两机一塔，烟塔合一，增设三座贮煤筒仓方案，同时须改造一期的输煤系统。厂区由北向南采用三列式布置格局，电气出线朝南。

（1）厂区总平面布置方案主要技术差异比较如表4所示。

（2）厂区总平面布置方案主要经济差异比较如表5所示。

由表4和表5可以看出，在技术方面，两个方案均可行；在经济方面，方案二优于方案一，即烟塔合一方案更节地、节省投资。

6优选方案评析

6.1从节约、集约用地方面

本方案除了采用模块化设计，合理压缩各车间、各模块的占地面积外，还积极地挖掘本工程特色，因地制宜，根据本工程的特点，优化了电厂总平面布置方案：（1）充分利用一期原有设施，并原地扩建；（2）压缩氨区储存用地面积，采用安全性高、占地少的脱硝系统反应剂尿素；（3）主厂房采用侧煤仓、穿烟囱的设计方案；（4）采用烟塔合一技术，将电厂的冷却塔和烟囱合二为一，取消烟囱；（5）采用两机一塔的高位海水塔方案。

根据国家电力监管委员会2010年9月主编的《电力工程建设项目用地指标》，与本期工程（常规方案）厂区用地主要技术条件相同时用地指标为33.282hm2；上述优化方案围墙内用地24.22hm2，较《电力工程建设项目用地指标》用地指标节省9.062hm2。

6.2从节能方面

由于厂址500m以内无敏感点，本方案采用“烟塔合一”技术，提高了火力发电系统的能源利用效率，而且大大简化了火电厂的烟气系统，减少了设备投资，并节约了土地资源。

6.3从节约用水方面

本方案采用了二次循环冷却系统，对环境影响小，有利于保护海洋生态环境。

6.4从环境保护方面

（1）建设全封闭煤场，采用环保性能好、无污染的筒仓。

（2）采用了二次循环冷却系统，对环境影响小，有利于保护海洋生态环境。

（3）本方案执行的大气污染物排放标准为：烟尘＜5mg/m3、二氧化硫＜35mg/m3、氮氧化物＜50mg/m3，汞及其化合物＜0.03mg/m3。

7结语

本文以神华国华寿光电厂二期（2×1000MW级）工程为例，在充分分析厂区总平面布置影响因素的基础上，响应国家“十二五”规划要求，提出基于本工程特点的精细化设计方案，与常规方案对比，证实了优选方案在节能、节水、节地、保护环境方面都经济合理，为推动创新式特色设计提供了参考。

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参考文献］

［1］东北电力设计院.火力发电厂厂址选择手册［M］.2版.北京：中国电力出版社，2009.

［2］张玉珩.火力发电厂厂址选择与总布置［M］.北京：水利电力出版社，1981.

收稿日期：2015?07?20

作者简介：宋春艳（1979—），女，山东济南人，工程师，研究方向：总图运输、环保。