摘要：近年来，随着电力市场竞争的加剧，火力发电厂设计优化的重要性日益突出。本文结合实例，在保证安全稳定运行的基础上，对火力发电厂的厂区布置、土建工程、工艺系统及设备及控制系统方面提出设计优化的措施，分析了设计优化后的成效及注意事项，以保证火力发电厂运行经济效益的最优化。

关键词：厂区布置；土建工程；设计优化；控制系统；可靠性

Abstract: In recent years, along with the power market competition intensifies, the paper introduces the design optimization of thermal power plant of the growing importance of outstanding. This paper, in order to ensure the safe and stable operation, on the basis of thermal power plant factory layout, civil engineering, process systems and equipment and control system design optimization measures put forward, this paper analyzes the design optimization of the effectiveness and the matters needing attention after, in order to ensure that the thermal power plant operation optimization of economic benefit.

Keywords: Factory decorate; Civil engineering; Design optimization; Control system; Reliability

　　 电力行业是国民经济的重要基础工业，与人们生活生产密切相关。当前我国能源结构是以火电为主、水电为辅的格局，预计未来火力发电所占比重仍在70%以上，火力发电仍然会是我国主要的发电手段。近年来，随着电力负荷的高速发展和煤炭资源的收缩、煤炭原料价格的日益递增，电力行业的竞争日趋激烈, 火力发电厂的运行安全可靠性亟待提高，环境保护压力严峻，因此，如何对火力发电厂进行设计优化，达到“经济适用、系统简单、备用减少、安全可靠、高效环保、以人为本”的目标。本文以某火电厂设计为例，并对该厂设计优化进行了详细的阐述。

1厂区布置的设计优化

1.1厂区布置的设计优化措施及成效

（1）主厂房采用侧煤仓布置

主厂房设计突破常规四列式布置，厂区布置选择二列式，把煤仓间集中布置在两炉中间。此外，将集控室布置在两炉之间的炉前通道运转层上，引风机横向布置在水平烟道下方，使得主厂房A排至烟囱的距离大为缩短，仅为131.0m，主厂房占地面积大大减少，其建筑总体积为161554m3，比限额设计降低48.75％，节省投资约3000万元。

（2）汽机房空间布局合理

结合主厂房工艺平面布置方式和非抗震区的特点，汽轮发电机组中心线偏向A排布置，除氧器布置在B－K1之间的平台上（18.5m层），缩短了A排至K1之间距离，减少了四大管道和电缆用量，并消除了给水泵汽蚀，有利于给水泵的安全运行。此外，集控室采用“二机一控”方案，布置在B－K1之间的运转层上（12.6m层）；锅炉电子设备间和汽机电子设备间实现物理分散布置，电子设备间尽量靠近被控对象，大大减少控制电缆用量。

1.2厂区布置设计优化应注意的问题

（1）本工程为首台国产350MW超临界机组，在同类机组中首次采用侧煤仓布置方案，无成熟参考设计经验可循，设计难度大。如主厂房夹层B排12.6m以下在K1封墙，而施工时锅炉厂考虑到锅炉设备的安全运行而不同意，因此封墙修改到B排侧，使夹层B排侧通道只有1.0m左右；竖向设计上未考虑送风机电机等大型设备检修需要。

（2）由于采用侧煤仓单跨布置，煤仓间跨距只有16.5m，虽然理论上磨煤机安装检修没有问题，但实践证明这种布置给实际施工组织带来了一定困难，分离器等大型部件吊装困难；且磨煤机检修空间偏紧，不便于设备检修维护。因此，建议在同类工程设计时，增加部分平面最小尺寸，并在K1－K2间预留一条两炉间联系通道，便于设备的运行维护和检修。

（3）采用紧凑型主厂房布置后，厂房B排至K1之间距离大大减小，应避免四大管道长度减少而导致管道柔性较差、补偿不够问题，如1＃机组在试运行过程中曾因高温再热蒸汽管道补偿不够致使中联门前管道弯头处向下位移较大，造成中联门倾斜。

2土建工程的设计优化

2.1土建工程的设计优化措施及成效

（1）优化汽轮发电机组基础。对汽轮发电机组基础进行了多方案动力优化和数值模拟分析，在优化梁柱断面基础上，结构的动力特性达到了较优的状态，实践证明设计是安全合理的，处于国内领先水平。

（2）煤场区基础由打桩改为分层强夯方案。根据煤场区回填多为松散块石，且回填厚度有8m左右的情况，采用打桩的方案施工存在一定的不确定性，经优化比较，并结合试夯结论，填方区的干煤棚、煤场构筑物采用分层强夯处理，对回填较深的部分采用分两层强夯。

（3）采用防腐改进型钢筋混凝土套筒式烟囱。根据本工程湿法脱硫，不上GGH装置的实际情况，烟囱采用一座高度210m、出口直径7.0m的防腐改进型钢筋混凝土套筒式烟囱，外筒为钢筋混凝土，內筒为单孔砖套筒，筒壁采用轻质隔热耐酸砌块，内筒外表面设防腐玻璃钢封闭层，烟囱外筒内壁刷防腐涂料。烟囱投资为1856万元，比钢内筒套筒式烟囱节省投资约500万元。

2.2土建工程设计优化应注意的问题

（1）磨煤机台板伸缩缝处雨天进水，设计上应在杂基坑内增加排污泵或在磨煤机台板周边增加设计排水沟。

（2）注意不要将炉内加药装置设计在机组排水槽上面，避免在机组启停时对加药泵及里面的电气设备造成损坏；不要将酸碱罐布置在锅炉零米层，以免对周围设备外部造成腐蚀。

（3）的电子设备用房或者处于建筑顶层的电子设备用房，建筑设计上应采取有效的通风隔热措施，以有效降低电子设备间室内温度。

（4）注意热工电缆通道设计问题。本工程两台机组均未设计电缆夹层，磨煤机热风管道在锅炉DCS电子间下通过，导致DCS电子设备间温度很高，灰尘较大，电缆处于高温区域，设备存在严重隐患，不利于长周期安全稳定运行。因此，建议在同类型机组建设中要充分考虑此问题，应在电缆主要通道增加了夹层和密封罩。

3工艺系统及设备的设计优化

3.1工艺系统及设备的设计优化措施及成效

（1）给水泵简化配置

辅机配置中最重要的是给水泵。本工程采用1×100％容量汽动给水泵＋1×50％容量电动启动给水泵，这种配置简化了系统，减少了备用，提高了效率，较常规的1×100％容量汽动给水泵＋2×50％电动启动备用给水泵节省投资约500万元。

（2）循环补给水采用趸船取水

根据取水口区域的自然条件，对取水构筑物的形式进行了优化分析，相比较泵房取水方案而言，趸船取水方案无复杂水下工程，施工简单，工期短，较泵房取水方案投资费用节约900多万元。

（3）采用全厂配气中心设计

将各专业空气供应系统整合为统一的空压机站，为除灰、热控、热机、脱硫等专业提供气源，简化了系统，降低投资110万元。

（4）采用等离子点火技术

采用了等离子点火技术后，实现锅炉启动零耗油量，节省了大量的点火油，仅两台锅炉启动试运期间就节约费用约1800万元。

（5）输煤系统的设计优化

输煤系统采用斗轮机进行混煤，比筒仓混煤方案节省总投资1900万元，减少占地1.5hm2，节省厂用电费30万元／年，并大量的减少了输煤系统转运环节，便于运行维护。

（6）节水系统的设计优化

严格贯彻国家有关节约水资源的，结合考虑电厂运行的经济可靠性，采取切实可行、有效的措施，开展一水多用、废水回用等节约用水措施的研究，以节约用水和保护环境。在本工程中采取的主要节水措施有：确定经济合理的循环水处理工艺；采用气力除灰、干式输送、干灰贮存系统，减小用水；除渣系统采用刮板捞渣机湿式除渣方案，除渣水循环利用；设置污泥浓缩脱水系统；工业废水处理后当作全厂复用水；施工用水管网与消防用水管网设计时考虑“永临结合”，避免地下管网的重复建设。

3.2工艺系统及设备的设计优化应注意的问题

（1）循环补给水趸船取水系统的总体运行情况良好，但由于河床水位波动大致使动静结合部的输水软管易破裂，给检修和运行带来压力。因此，建议在保证通流面积的前提下，用多路小直径软管代替现有的大管，以增加通用性和系统可靠性，便于运行维护。

（2）给水泵组为100％容量汽泵＋50％容量电泵，系统简化的同时降低了机组运行可靠性，因此必须优化锅炉保护，取消不必要的保护，而且提高小机保护元件等级，小机的所有保护均应采取3取2的形式。

（3）设备选型以节能为主，选型原则是避免过大的裕度，电动机容量合理选用；引风机、一次风机、二次风机、凝结水泵等设备宜采用变频调速装置；选用回转式空预器，尽量降低漏风率；磨煤机裕量适当，避免裕量过小或过大以造成投运台数不合适，电耗过高。

（4）锅炉的压力热风道、烟道的补偿器尽可能选用金属补偿器，以提高锅炉运行可靠性。在机组调试期间，1＃、2＃锅炉Ｅ磨侧热一次风母管的非金属补偿器先后发生爆破，导致被迫停炉抢修。

（5）前置泵和给水泵进口滤网为斜插式滤网，滤网部位筒体尺寸过长，影响主给水管道及其它辅助管道的现场安装及保温效果；而且滤网与端盖相连部分重量较大，检修过程中不便于清洗维护。因此，建议安装分体组合式滤网。

（6）注意电动给水泵电动机电源接线问题。每台机组设置一台电动给水泵，功率8000kW，电动给水泵在启动时，对6kV厂用系统母线电压最低降低至5kV左右，影响到该段母线上其它电机及其接带的低压厂用系统正常工作，特别是影响变频器正常工作。建议将电动给水泵电源与6kV工作母线脱离，单独经启备变分支接带，保证6kV工作母线电压稳定，提高机组其它设备运行可靠性。

（7）工业水系统和闭式水系统的流量设计没有留余量，且品质太差，重要辅机经常因冷却水不足导致超温，如空压机常因回水温度高跳机。

4控制系统的设计优化

本工程采用国产DCS系统，结合启动调试过程中的改进措施，提出相关注意事项。

（1）发变组保护动作信号的设计优化。按照原设计，发变组保护至DCS的保护动作信号为通信方式，发变组保护柜与四方的FECS直接通信，由FECS将发变组保护动作的信号转发至DCS。由于FECS与DCS之间的通信采用轮询方式，实时性不强，对于发变组保护动作信号来说，不便于及时提醒运行人员以及故障后的事故分析，不能满足现场实际要求。因此，增加发变组保护柜至DCS的信号硬接线，将发变组保护柜的保护动作信号直接送至DCS，增加系统的实时性。

（2）同期系统的设计优化。工程同期屏配置了自动同期装置和手动同期装置，设计时考虑到手动同期装置对机端电压和系统电压无隔离功能，因此设立了隔离变，对进入自动同期装置和手动同期装置的系统侧、机端侧电压进行隔离。但由于配置的隔离变压器线性度不能满足要求，导致隔离前后的电压漂移大，致使自动同期装置采到的电压值不准确，后果是在机组正式并网时会造成很大的无功冲击，对发电机、主变压器产生破坏性的影响。因此，修改系统侧、机端侧电压的隔离回路，使进入自动同期装置的电压不经过隔离变，保证自动同期装置采样到的即为实际的电压值，从而保证机组并网时的无功冲击在规定的范围内，避免了对发电机、主变压器的冲击损伤，延长设备使用寿命。

（3）锅炉吹灰系统在主机分散控制系统上实现，占用系统资源较多，为此单独设立了锅炉吹灰的控制系统，以减小其对主机DCS资源的占用，降低DCS的负荷率，提高机组控制性能。

5结论

综上所述，基于对安全性、经济性、节能环保性和工程造价等因素的考虑，对火力发电厂进行设计优化是具有现实意义的。实践证明，火力发电厂设计优化不仅仅是技术可行，经济上也是合理的。最重要的是火力发电厂设计优化使得其运行经济效益得到了最优化。

参考文献

[1] 任振伟，大型火力发电厂优化设计探讨[J].华电技术,2009.07

[2] 戴洪军 郭纪中 成虎, 火力发电厂绿色设计的研究[J].中国工程科学,2009.09 

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