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星耀两江——重庆两江电厂刷新F级燃机电厂设计新高度

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来源:《中国电力报》 作者:吕晴朗 张涵静 添加时间:2016-11-07 点击数:

在嘉陵江和长江的交汇处,有这样一座燃机电厂:头衔涵盖多个“第一”、“最大”,各项运行指标跻身国际先进水平,与巴蜀山川融为一体……实际上,这几个专属华能重庆两江燃机电厂新建工程(以下简称“两江电厂”)的特色,还不足以表达出一个被雕刻出来的精品之丰富内涵。作为川渝地区最大的天然气发电工程,两江电厂自20141228日正式移交生产至今,两台F46.7万千瓦燃气机组始终保持稳定、安全、高效运行,完美执行着为重庆两江新区水土高新技术产业园区进行冷、热、电三联供的重要使命。

2项电力科学技术进步奖、4项专利、5QC成果奖、16项设计创新专题、百余个设计优化方案、节省投资5000万元……可以肯定,这些还不是河北省电力勘测设计研究院(以下简称“河北院”)耕耘燃机业务多年之后,在两江电厂中的全部收获。700多个日夜过去,从“两条腿走路”到“不走寻常路”,具有里程碑意义的智慧集成背后,是多年的坚守和理念的升级。

志在创新的竞逐之旅

重庆两江新区,成立于2010618日,是我国内陆地区第一个国家级开发开放新区,也是继上海浦东新区、天津滨海新区后,由国务院直接批复的第三个国家级开发开放新区。坐落其中的水土高新技术产业园,以高新技术产业区、高端人群居住区和数据处理中心、医药外包服务中心、电子信息软件研发中心的“两高三心”为发展目标,备受社会各界关注。在为该区域寻找可靠的清洁能源支撑时,华能集团对两江电厂做出了“打造西部清洁能源标杆工程”的定位,并配以“管理一流、质量精准、效益显著、技术先进、节能环保”的建设目标。

任务艰巨,机会空前。河北院对该项目的志在必得,来源于自身在燃机领域多年的积淀。该院副院长邹红告诉记者:“河北院的燃机业务起步早、发展快,在技术、人才、工程业绩等方面都已经有了深厚基础,是我国燃机设计业务第一梯队的重要一员。2002年,我们参与了中国首批燃机电厂的设计建设,通过金陵、石洞口等高水平项目的提升,先后在国内外市场配合山东电建、华能、华电、保利协鑫、华润、新奥燃气等业主,圆满完成了项目交付20多个,实现了燃机类型的全覆盖,具有很强的比较优势。”

项目的高端优势,再加上设计团队的扎实功底,一个优质工程就此奠基。“从接到这个项目任务开始,我们就组织了最精干的团队,将中国华能集团‘高速度、高质量、低造价’的基建方针和‘安、快、好、省、廉’的基建总体要求,与国内外的先进设计理念和河北院的优秀基因深度融合,力求打造一个高质量、低造价、低运行成本的示范工程。”河北院副院长李智谈起两江电厂,满满的幸福感。

“设计过程中,我们严格执行了中国华能集团‘安全可靠、以人为本、高效环保、节能降耗、系统优化、配置合理、经济适用、投资节约’的优化设计原则,全方位控制电厂占地及其它实物工程量指标和工程造价,使全厂热效率、供电气耗、厂用电率、水耗、污染物排放、人员数量等均达到最理想状态,确保各项技术经济指标领先国内同类机组,用内在和外在诠释去工业化思想。”河北院发电事业部总经理江松与各个专业专家一起,围绕全球主流的F级燃机项目,展开了一次志在领跑的集中式问答。

超越自我的实力优化

在一个人人都谈优化的时代,如何将创新进行到底?关键看实力。

两江电厂不仅采用燃气轮机、蒸汽轮机与发电机同轴布置方式,还不走寻常路地应用了M701F4型单轴高位布置,为世界首台F级单轴联合循环抽汽机组搭建了不一样的首秀舞台。关于单轴与分轴布置形式的研判,该项目经验丰富的年轻设计总工程师董舟给出了自己的注解:“单轴与分轴主要是形式不同,各有千秋。目前,国际主流技术路线采用的是分轴布置。单轴机能够效率更高,造价更低,但是对设备的可靠性和项目的设计深度都会有更高要求,可供借鉴的成熟经验比较少。”

既然没有经验可循,就按照科学的思维方法,自己闯出一条新路。在设计与设备制造、安装过程中,河北院与各个设备供应厂家密切沟通,确认设备参数和尺寸,用全产业链的整合创新,为新路线的顺利实施提供保障。“投运后的性能测试表明:单轴方案比分轴方案的总体效率高1%2%。”机务专业主设人耿晓明告诉记者,“这是达到国际先进水平的指标。”

单轴布置形式一经确立,意味着主厂房内的“心脏”设备也要随之进行全方位调整。精致的电厂,需要精致的设计。河北院设计团队利用三维建模手段,在保证检修、通行的前提下,通过设备、管道和桥梁的合理布局,将主厂房运转层标高由典型设计的13米降低至12.2米。别看这不到1米的压缩,打破的是典型设计的框框,树立的是我们自主设计燃机电厂的信心。主厂房整体优化下来体积减少近38800立方米,意味着工程造价近1100余万元的节约。通过进一步优化布置,该项目动力电缆用量较同类电厂减少20%,又节省了670万元。

惊艳的数据背后,凝聚着设计团队超乎想象的付出:方案审查期间,各专业配合默契、同心协力、你进我退,连续加班至深夜的场景已是常态,半个月去北京“报到”一次也成了基本功,各种友谊的小船说翻就翻,只为项目最终能够满足多方的共同价值。电气专业主设人陈松说:“在电厂大偏角的条件下,为了实现架空线路的优化设计,最大程度节约电缆投资,我们无数次进行过碰撞计算,就是想做点不一样的东西。”

2014年夏天,正值该项目设备安装施工高峰期,河北院派出了“史上最强工代团队”——设总董舟带领各专业主设人,驻扎“火炉”现场,一待就是两个多月,既保证了项目建设的顺利推进,又为该院赢取国内燃机业务话语权进一步奠定了实战基础。

三维数字化设计的效率优势,不仅体现在主厂房布置上,也体现在全厂区的优化设计之中:总平面设计紧凑、功能区分明确、全厂水资源规划统一,锅炉补给水处理系统综合水泵房和净水站合并布置,再度展现了一个“省”字的科学之道。

两江电厂采用的数字化控制系统,不仅实现了自启停功能,而且缩短了启停时间,还节约了启停过程中的能耗。该项目自投运以来,已完成自启停109次,虽然超出设计预期值,但机组却一直运行稳定、指标优异。“机组控制能否实现自启停(APS)功能,是燃气电厂与燃煤电厂的一个重要差异,也是考验燃气电厂设计质量与运行可靠性的关键点。我们成熟的数字化技术和信息控制系统经验,为目标的实现提供了有力支撑。”说起该工程进入运行实战的优异表现,江松倍感欣慰。

因地制宜的绿色创造

在河北院为两江项目倾情打造的百余项设计优化中,考虑到自然环境的妙笔多次闪现,尤以得到媒体广泛关注的取水泵房故事最为典型。

该项目的水源嘉陵江,地质、地形十分复杂,松软的土质加上频繁变化的大高差水位,让安全高效取水成了课题。该项目水工结构专业主设人刘安荣说:“我们将取水泵房设计成‘下圆上方’的结构,并非哗众取宠,而是基于当地环境客观限制的一个创新。泵房下部在江水中,水流冲击力非常大的情况下,从物理上说,圆形比方形更能抵抗冲击力。但如果上半部分也设计成圆形,那么布置设备的可利用面积又不够,所以改成了方形。”如此创新的设计,还没有成熟软件可以提供支撑,设计团队只能反复进行人工计算,最终给出了一个完美方案。201312月到次年4月是嘉陵江枯水期,取水泵房终于有了天时地利的施工机遇,刘安荣带领设计人员驻守现场,随时解疑答惑,给这个同类工程中最高难度的项目画上了一个“人和”的满圆。

两江电厂的环保指标与经济技术指标同样出色:机组实现无尘排放、废水零排放,氮氧化物和二氧化硫排放浓度低于国家标准,厂界噪音优于国家三类标准。这是设计团队在每个细节都落实绿色环保理念的成果。结构专业主设人苑森在该项目中采用的全厂整体降噪设计方案,获得了中国电建科技进步三等奖。“重庆地区为丘陵地貌,地势起伏大,为项目的建筑外观与整体设计风格提出了更高的人文要求。我们的去工业化视觉表达,是一大亮点。”建筑专业主设人杜辉,是河北院从事后工业化风格建筑设计的资深人士,他突破电厂设计传统,结合建筑特色,采用多层次、庭院式的绿化设计,将该项目打造成了一座园林式的电厂。

在安静现代的云计算产业园里,用一颗明珠来比喻两江电厂是再贴切不过了,它低调又高效地为这里的智慧产业输送着能源。虽是国内已投运的最大容量联合循环冷、热、电三联供清洁能源站,但在外人看来,倒更像一个写字楼建筑群——无烟煤、无粉尘、无噪音。远远望去,巴蜀山水的风韵里,一处坐观峰林。

在一个燃气电厂快速发展的环保电力时代,正是这里,“气”贯巴蜀,星耀两江。