宁海电厂二期总平面布置精细化设计.doc

宁海电厂二期总平面布置精细化设计龙剑锋，周明清（西南电力设计院，四川 成都 610021）摘 要: 为优化宁海电厂二期工程总平面布置，节省投资，实现设计创优，通过多方案技术经济比较，在充分挖掘和利用厂址外部资源及既有设施；近、远期结合，控制投资；集约化布置，节约用地；点面结合，精细化设计优化的基础上确定经济合理的电厂总平面布置方案。在精细化设计优化方面所做的工作、取得的成效和经验，可供大型火力发电厂特别是扩建工程总平面布置优化设计参考。关键词：总平面布置；规划；集约化；精细化；设计Optimization of general layout by elaborate design for Ninghai Power Plant Phase LONG Jian-feng, ZHOU Ming-qing（Southwest Electric Power Design Institute, Chengdu 610021, China）Abstract: In order to create excellent general layout for Ninghai Power Plant Phase and saving investment, by technical and economic comparisons among different schemes, the optimum general layout had been confirmed finally based on full development and utilization of the external resources and existing facilities of the plant site, combination of the short-term and long-term for cost control; mass-compact arrangement for land save; combination of the partial and overall for elaborate optimization. The elaborate optimization work process, results and experience are worthy of reference for general layout of large-scale fossil fuel power plants especially extension projects.Key words: general layout; rational planning; mass-compact arrangement; elaborate optimization.0 引言浙江国华宁海电厂二期21000MW扩建工程是西南电力设计院第1个1000MW等级机组设计项目，为实现设计创优，创造总平面布置精品的目标，从设计投标开始到施工图设计，西南电力设计院广泛吸取业主、审查、咨询、监理、施工方面的意见和建议，以及其他工程的经验，对总平面布置进行了全面充分、深入细致的方案比较和设计优化。在总体规划上，充分利用厂址资源，合理考虑机组容量和电厂规模，近远期结合，既考虑节约初期投资，最大限度地发挥投资效益，又合理考虑电厂的发展和改造，预留必要的条件，使本期工程在后期扩建与前期协调上达到高度协调与统一。在厂区总平面布置上，经多方案优化比选，有效利用厂址的各种有利条件，布置紧凑、用地节省，分区明确、经济合理；厂区、厂前行政管理区与周围环境协调，为本期施工和后期扩建创造方便条件。竖向布置充分利用既有防洪围堤，选择经济合理的防排洪措施和场地设计标高，有效控制土石方量和节省地基处理工程费；排水系统的选择因地制宜，保证厂区排水畅通；工艺流程合理，运行管理方便。建（构）筑物群体在平面和空间相互协调，重点突出，主次分明，和谐美观。1 厂区总平面布置1.1 布置格局布置格局的优化是厂区总平面布置优化的重点。就本工程而言，主要是根据厂址条件、工艺条件，按规划容量近、远期结合，对厂区场地利用、主厂房、配电装置、冷却塔、圆形煤场等可能的位置选择进行分析，然后在此基础上进行布置格局的组合、筛选，再对筛选出的有代表性的多种组合布置格局进行综合技术经济比较，从而确定最经济合理的总平面布置格局。该阶段的优化过程可简单归纳为：影响总平面布置方案的因素及布置选择分析布置格局组合、筛选组合格局技术经济比较确定格局。1.1.1 影响总平面布置方案的因素及布置选择(1) 厂区布置场地选择。二期工程建设场地由于受已建防洪围堤、初期灰场、一期厂前区的限制，厂区布置场地只有充分利用已建200年一遇标准的防洪围堤和经回填处理的一期施工场地，才能避免新建防洪设施和占用灰场用地，才能减少土方和地基处理工程量，从而有效节省工程投资。(2) 主厂房朝向选择。由于受一期总平面布置、出线方向、输煤系统的引接方位、场地条件和地质条件的限制，二期主厂房朝向选择是唯一的，即与一期的一致，主厂房固定端朝西北，汽机房朝西南，扩建端朝东南。(3) 主厂房位置选择。一、二期工程机组容量不一样，主厂房的层高和跨度也不一样，而且按工程进度，二期工程的施工和一期工程的安装存在一定时期的交叉，因此，一、二期主厂房需脱开布置，即以一期扩建端道路为界，二期主厂房布置在该道路东侧。脱开距离需根据输煤系统的合理布置、一期施工需要、管廊布置、以及道路和厂房间协调、主厂房扩建端围堤等关系确定。二期汽机房A排柱与一期A排柱的位置关系则需根据冷却塔和圆形煤场布置选择确定。(4) 500kV GIS位置选择。主厂房的朝向、已规划的出线走廊及场地条件决定了本工程500kV GIS按常规布置在汽机房A排柱外，其具体位置以本期进出线顺畅，满足再扩建21000MW机组时500kV GIS连续扩建的进出线条件的要求，并尽可能减少出线对厂前区的影响为原则确定。(5) 圆形煤场布置选择。圆形煤场的布置有5种选择。一是利用一期按布置2个圆形煤场预留的场地（即“L”场地向一期凸出部分）布置在厂内炉后区的固定端，2个煤场中心与主厂房纵轴垂直；二是利用魏家屿山包布置在厂内炉后区，2个煤场中心与主厂房纵轴垂直；三是布置在厂内炉后区临海侧，2个煤场中心与主厂房纵轴平行；四是布置在厂外码头附近的全挖方区。五是布置在厂外码头附近的半挖半填区。(6) 冷却塔布置选择。冷却塔的布置有4种选择。一是布置在炉后区，2个冷却塔中心与主厂房纵轴垂直；二是布置在厂内炉后区，2个冷却塔中心与主厂房纵轴平行；三是布置在汽机房A排柱外，2个冷却塔中心与主厂房纵轴接近垂直；四是布置在汽机房A排柱外，2个冷却塔中心与主厂房纵轴平行。1.1.2 方案组合及比选从上述分析发现，厂区总平面布置格局的变化主要是由冷却塔和圆形煤场布置的变化而形成的。按照冷却塔和圆形煤场布置的不同选择，对各种组合格局进行分析，筛选出7种有代表性的总平面布置格局进行综合技术经济比较，最终确定二期工程的总平面布置格局为：厂区固定端朝西，由西向东扩建；一、二期主厂房A列对齐，汽机房脱开55.5m；从南向北依次布置500kV GIS、主厂房及脱硫装置区、冷却塔及圆形煤场区；海水冷却塔位于炉后，冷却塔轴线与主厂房纵线垂直；两座120m直径的圆形煤场位于冷却塔西侧，从固定端上煤。 通过详尽、全面、深入的技术经济比较后确定的厂区总平面布置格局，从总体上保证了方案的经济合理，为节省工程投资打下了良好的基础，得到了业主、审查、咨询等单位的充分肯定。图1为电厂一期4600MW、二期21000MW工程鸟瞰图。图1 一、二期工程鸟瞰图Fig.1 Airscape of Phase& 1.2 方案精细化设计在厂区总平面布置格局确定后，业主多次组织了对总平面布置方案进行深入优化的讨论、评审。根据各方面的建议、意见，并结合工艺和建筑方案的优化，逐步深入地对总平面布置方案进行了细部调整、优化。1.2.1 一、二期主厂房脱开距离优化以尽可能紧凑布置为原则，充分考虑输煤系统的顺直、一期施工需要、管廊布置、道路和厂房间的协调、以及主厂房尽可能远离扩建端围堤等条件，确定一、二期主厂房的脱开距离55.5m（见图2）。图2 一、二期主厂房的脱开距离Fig.2 Distance between Main Buildings of Phase& 1.2.2 500kV GIS布置优化充分考虑扩建条件，以进出线顺畅，并尽可能减少出线对厂前区的影响为原则，对500kV GIS的布置进行优化，比初设方案减少了2个500kV GIS出线构架，节省投资约80万元。1.2.3 炉后设施与主厂房之间距离优化主机设备招标后，结合主厂房等工艺系统的优化，将布置在炉后的脱硫设施、冷却塔、海水净水站、循环水泵房等向主厂房方向调整，压缩了距离19.5m，使布置更加紧凑，缩短了循环水管、补给水管等管线长度，节省了用地。仅循环水管节省的材料费和建安费就约195万元。1.2.4 电除尘器电控楼的布置优化将初设阶段布置在脱硫装置固定端、与除灰空压机房合并布置的电除尘器电控楼优化调整到两炉之间与集控楼合并布置，缩短了电气部分的控制电缆3km，减小了电除尘器电控楼和除灰空压机房所组成的联合建筑的体量，解决了除灰空压机房与输煤栈桥之间的防火间距问题。1.2.5 冷却塔间距优化根据专业规范及工程实践情况，冷却塔间距采用0.5D和0.45D均是可行的。对于本工程，二者相比，采用0.45D时（D143.5m），可压缩冷却塔间距0.05D即7.1m，可缩短循环水管长度14.2m，缩短循环水进水沟7.1m，节省循环水管投资43.31万元，同时还可减少用地1580m2。但由于本工程采用目前国内最大的13000m2冷却塔，又地处海边，受台风影响，风荷载大，冷却塔周围又布置有圆形煤场、脱硫吸收塔等大体量建筑，因此，采用0.45D时，塔体的结构设计需要考虑塔群的影响。为了确定影响程度，需要增加风洞试验组数，增加试验费用约30万元；按加大风压系数计算，筒壁厚度增大，增加砼约1470m3，相应增加投资约388万元，大于压缩塔距节省的循环水管沟投资；另一方面冷却塔间距越小，塔群的影响就越大，对冷却塔进风效果影响就越大，对冷却塔安全影响也越大。根据冷却塔风洞试验结论，并考虑三期工程冷却塔布置可能与二期冷却塔形成塔群，经过业主组织的讨论、评审，最终确定冷却塔间距为0.5D。1.2.6 冷却塔与脱硫装置间距优化本工程脱硫装置的布置较为紧凑，常规600MW机组脱硫场地宽度（即烟道中心距脱硫装置区主干道内侧的距离）约80m，本工程仅59.1m。考虑脱硫装置的施工条件、地下管线的布置、避免预留的石膏输送栈桥受冷却塔的漂滴影响等因素，确定冷却塔与脱硫装置区主干道边的距离为13.4m。2 集约化布置集约化布置是实现紧凑布置、节约占地、节省工程投资的有效措施。二期工程总平面布置通过集约化在充分利用厂址资源和已建设施、减少建、构筑物等方面取得了显著成效。如二期工程的建设场地完全利用一期工程征地范围内经过排水固结处理的施工场地，且不需新建防洪设施，大大节省了征地、土石方和地基处理、以及新建围堤、排洪沟等防洪设施的投资。淡水取水及处理、工业废水处理、锅炉补给水处理、制氢站、启动蒸汽、检修维护车间、点火油罐、输煤系统的控制等设施一、二期结合集中布置，一次建成，集约化规模达到了4600MW21000MW容量，大大节省了工程用地和投资。卸煤码头按4600MW21000MW容量、一、二期工程运煤系统相互支援考虑集中利用岸线布置，节省了岸线和航道资源。2.1充分利用一期工程已建设施二期工程新建主要工艺设施仅有主厂房、配电装置、脱硫、脱硝系统、输煤系统、除灰渣系统、循环水系统；新建辅助、附属设施仅有生产检修综合楼、集控楼、脱硫电控楼、点火油泵房、推煤机库、雨水排水泵房、材料库、值班公寓等。淡水取水及处理、工业废水处理、锅炉补给水处理、生活污水处理、制氢站、启动蒸汽、检修维护车间、点火油罐、输煤系统的控制等都充分利用了一期已建设施，大大节省了厂区用地和工程投资。2.2充分利用一期工程空地和预留场地点火油泵房利用一期空地就地扩建；圆形煤场、运煤码头、码头至厂区输煤栈桥利用一期预留场地布置。值班公寓、食堂等附属设施充分利用一期，本期在充分利用一期的基础上，考虑施工需求和二期人员增加对办公和值班公寓的实际增加需求，仅增设了生产检修综合楼和值班公寓，值班公寓利用一期厂前区空地布置。2.3采用集约化工艺 圆形煤场：仍采用封闭式圆形煤场，占地面积约4.05hm2，比相应的普通斗轮堆取料机煤场节约占地约3.15hm2。配电装置：仍采用500kVGIS屋内式配电装置，占地面积（包括装置和进出线占地）比常规敞开式配电装置节省约40%。2.4联合与合并布置杂用（仪用）空压机、凝结水精处理装置布置在汽机房内；柴油发电机房、电除尘器电控室与集控楼合并布置在两炉之间；除灰水泵房与气化风机房、除灰配电间合并布置；全厂控制集中，输煤系统的控制与一期的合并；输煤系统的电气设备与输煤转运站合并布置；脱硫废水处理车间和石膏脱水车间合并布置。2.5重叠布置高效浓缩机底浆输送设备布置在浓缩机底部；利用综合管架下的空间布置管道。厂区采用综合管架，多层布置；固定端管架利用输煤栈桥下的空间布置，除尘器区管架利用除尘器和引风机支架间的空间布置。3 厂区竖向布置3.1合理的设计防洪标高二期工程场地西、北、东三面在一期工程建设时已形成了满足标准的可靠的防洪设施。二期500kV GIS布置在厂区南面，突破了既有围堤的保护范围，该区域场地标高在3.24.3m，面积约2.62hm2。根据“大火规”及“总规”的要求，厂区场地设计标高应不低于200年一遇的高潮位6.30m，否则应修建防洪标准为200年一遇的围堤。故该区域场地标高有2种选择，一种是场地标高与厂前区的一致取4.5m，并新建长470m、顶标高8.2m的200年一遇防洪标准的围堤；另一种是场地标高取6.3m，不建围堤。通过比较，在经济上，标高取4.5m，新建围堤费用约493.5万元；标高取6.3m，场地处理费用约19.65万元。在技术上，场地标高取4.5m，比相邻的一期厂区场地低约2m，且围堤顶标高有8.2m，比周围场地都高，场地衔接和道路连接不顺畅、场地排水困难。因此，该区域场地标高确定为 6.3m即200年一遇设计高潮位，并在该区围墙下部设500mm高的防浪墙基。不仅可节省投资473.85万元，而且厂区场地衔接、道路连接、以及场地排水也较合理顺畅。根据初设审查和咨询单位的意见，对于主厂房、冷却塔区场地标高的优化，设计选择了两种有代表性的标高进行比较。一种是与一期的一致，即场地标高取6.55m（下面简称高标高方案）；另一种是比一期的低0.5m，即场地标高取6.05m（下面简称低标高方案）。通过比较选择了低标高方案。低标高方案可基本实现二期工程厂区和施工区土石方平衡，比高标高方案减少土方约20万m3，节省外购土方工程费约500万元，节省桩基工程费约360万元。场地设计标高的选择是竖向设计的基础。二期工程场地设计标高的确定以全面、深入的技术经济比较为基础，并充分考虑了一、二期工程的总体协调、场地的自然衔接、场地排水的合理顺畅等因素，因而从根本上保证了竖向布置方案的经济、合理。3.2准确计算土方为了节省工程投资，避免工程中土方计算与实际情况常有较大出入的问题，力求做到本工程土方挖填平衡。本工程根据实测的1/1000地形图和场地设计等高线采集场地自然高程和设计高程、采用精度较高的20m20m方格网法进行计算，同时，对基础、管沟、路槽等余土进行了详细计算，并根据地质资料充分考虑了场地沉降、挖方松散等因素对土方工程量的影响。3.3优化场地排水设计场地竖向设计采用等高线法具有符合实际、全面、直观等优点，本工程场地竖向设计采用等高线法不仅可为基础、地下管沟、场地排水通过三维设计进行优化提供直观的设计平台，而且可全面、直观地分区进行场地排水组织，准确反映场地汇水低点，切实保证场地排水快捷顺畅，有效避免场地积水，并可从细部节省土方工程量。4 厂区管线布置二期工程总平面布置集约化程度较高，布置十分紧凑，为了充分利用一期已建管架、方便管线安装检修、减少直埋管线与施工的相互干扰、有利于文明施工和工程进度、节省管线开挖土方，二期工程除循环水管、循环水补给水管等管径大于500mm的水管、含煤废水管、消防水管和自流管道如雨水管、生活污水管采用直埋敷设外，其余管线主要采用架空敷设。汽机房A排柱外的管线，考虑景观因素，除共箱母线采用架空敷设外，其余均采用直埋敷设。4.1地下管线本工程地下管线布置优化的重点是循环水管的布置。根据2个冷却塔中心垂直于主厂房纵向轴线布置在炉后的特点，5号机的进、回水管、6号机的进水管布置在固定端，6号机的回水管布置在扩建端，最大程度地缩短了循环水管长度。在司令图阶段，结合集控楼建筑方案的优化，对汽机房A排柱外循环水管的布置进行优化，减少了8个45弯头，缩短了管线长度，节省投资162万元。其余地下管线如循环水补给水管、消防水管、雨水管、生活污水管等均按常规以满足工艺流程要求、便于施工和检修、减少交叉、路径短捷和顺畅为原则沿厂区道路布置。4.2综合管架本工程综合管架以工艺流程合理顺畅、路径短捷、满足运输要求、便于施工和检修、全厂协调美观、集约布置、节约用地、充分利用一期已建管架为原则进行布置优化。（1）锅炉补给水管、工业废水管、氢气管、油管、启动蒸汽管充分利用一期管架敷设。（2）利用输煤栈桥下、除尘器和引风机支架间的空间布置管架，既兼顾了景观，更节约了用地。（3）针对本期主厂房固定端是否新建综合管架进行了新建管架，新建电缆隧道，利用一期主厂房扩建端的综合管架加以改造、并新建电缆桥架或电缆隧道与本期相连等4个方案的比较。通过比较发现，在本期主厂房固定端新建综合管架不仅投资节省，而且施工简单，有利于一、二期主厂房之间通道景观。因此，本期工程主厂房固定端采用新建综合管架的方案，考虑景观和节约用地，管架利用输煤栈桥下的空间布置。（4）对脱硫装置区综合管架进行了采用多层管架沿装置区外侧主干道边布置、采用单层管架布置在主干道上空2个方案的比较。通过比较发现，管架布置在主干道上空，虽然可压缩管廊宽度2m，缩短