火力发电厂布置技术与信息化手段的运用

王 坚

(中南电力设计院，武汉市，430071)

0 引言

设计优化，持续改进是电力设计企业永恒的主题。从近年的多项大型发电项目的设计招评标上可以看出，各设计投标单位的投标方案的竞争越来越集中在布置方案的竞争上。布置上的优化突出地摆在设计者面前[1]。

1 布置技术

布置技术就是合理利用空间的技术。将布置技术发挥到极至的是太空飞行器。电厂的设计要求没有那么苛刻，但是，有限的土地资源和环境资源要求我们解放思想、大胆创新，在保证机组运行安全、可靠、经济、高效的前提下，对全厂总平面布置、主厂房布置、各生产车间及附属建筑布置等按模块化进行布置优化，为实现电力工业的可持续、科学发展贡献自己的力量。

对于火力发电厂项目，合理利用空间，至少应包含以下几个方面的内容：工艺流程合理、顺畅；交通、运输通道畅通；有必要的检修起吊、操作维护空间；整体造价低，运行费用低，经济效益好；满足职业健康和安全的要求，创造良好的工作环境；施工便利，留有必要的扩建条件等[2]。

2 布置设计与系统设计的关系

布置设计与系统设计是密切相关和相互促进的。例如，工作介质在管道上的压降是与管道的布置密切相关的，这个压降又影响着介质的参数和泵类设备的工艺选型。因此，在掌握系统设计的基础上优化布置设计，反过来又会促进系统设计优化。

又如，火力发电厂主蒸汽在管道上的压降直接影响机组的热效率，管道上的沿程阻力越小，压降越小，在相同的锅炉出口参数情况下，进入汽轮机做功的新蒸汽焓值就越高，获得的有效焓降就越大。现在，有的工程在主蒸汽管道布置时尽可能多地使用弯曲半径大的弯管代替弯曲半径小的热压弯头，就是出于降低管道沿程阻力的目的。

3 火力发电厂主厂房布置技术

火力发电厂的布置设计主要包括厂区总平面布置设计和主厂房布置设计。主厂房布置设计是火力发电厂布置设计的重中之重[3-4]。

要合理利用主厂房内的空间，主厂房布置优化必须突破国内目前电厂设计的传统，力求功能分区明确，设备布置紧凑，工艺管道短捷，建筑容积小，施工周期短，工程造价低。目前，主要的主厂房优化思路有：模块化设计思路、精细化设计思路、统筹设计思路、基于功能的空间布置设计理论、基于物流技术对工厂和空间进行布置。

3.1 模块化的设计思路

模块化的设计思路就是将火力发电厂各个功能区域模块化[8]，模块本身又分层次，即1个主模块可以由多个子模块组合而成。每个模块或子模块则相对固定，是一个非常精简、经过优化的布置设计，其工程量在满足这个模块功能的前提下最优，并且有明确的统计数据。

模块的组合形成布置方案。模块之间也不是任意组合的，受项目具体的厂址条件和技术条件制约。因此，将明显不具备优势的组合排除在外，留下可行且有竞争力的组合形成厂房的布置方案。

设计思路是：根据工程具体条件优选子模块，由优选出的子模块形成主模块参与主厂房布置格局的组合，形成最具竞争力的主厂房布置方案。

以江西新昌电厂2×660 MW超超临界机组工程为例，根据模块化的设计思路，将主厂房区域（周边环形道路以内区域）划分成汽机房（含除氧间）、锅炉房（含煤仓间及集中控制楼）、炉后区域（含脱硝）、A列外电气区域、公用区（指供气中心）等几个主要模块，根据侧煤仓及内煤仓的选用、炉后区模块（分为8个模块）的选用，衍生出多个主厂房布置方案，如果不考虑炉后区模块的变化，主厂房可分为内煤仓方案和侧煤仓方案2个主要的主厂房的布置格局，各模块的组合见表1。其中，炉后区模块的组合条件及组合方案见表2。

新昌工程最终确定的技术条件是设置脱硫旁路烟道，不设置烟气加热器（gas gas heater，GGH），脱硫增压风机与引风机分别设置，炉后区布置最终固定为模块4参与模块组合。

汽机房模块经过比选，固定为一种模块后，与锅炉房模块组合成为以下2种主厂房布置方案。

（1）内煤仓方案：主厂房采用汽机房、除氧间、煤仓间和锅炉房4列式布置，2台锅炉之间设置集中控制楼，配电室、电子设备间和辅助车间均集中布置在集中控制楼内。

（2）侧煤仓方案：主厂房采用汽机房、除氧间、锅炉房3列式布置，汽机房、除氧间的布置同内煤仓方案，两机共用的集中控制室布置在主厂房固定端，配电室、电子设备间和辅助车间就近各功能区分散布置。

主厂房主要模块组合方案，即主厂房布置方案形成后，对连接各模块间的管道、电缆、地下管廊、综合管架等进行布线设计，完整的主厂房布置设计方案即完成。

然后对主厂房方案进行技术经济比选，从表3可以看出，相同的汽机房除氧间模块参与组合，从主厂房占地、体积和四大管道、电缆工程量指标看，方案1均优于方案2。经综合比较，推荐主厂房布置方案1。

表1 主厂房模块组合表Tab.1 Main power block module combination

表2 炉后各模块组合表Tab.2 Boiler rear module combination

表3 主厂房模块化组合方案各项指标对比Tab.3 Index comparison of main power block module combination schemes

3.2 布置子模块的优化布置

模块化设计思路日益被大家所采用，但国内设计院的现状离真正意义上的模块化设计还差的很远。主要问题是：（1）注重主模块的组合，不注重子模块的优化和精细化设计。（2）设计模块不固定，工程量不具体，无法实现“积木块”，必须依据每个具体工程进行调整。（3）子模块不成系统，设计深度不够，没有形成标准化系列。

因此，要改变这种现状，实现真正意义上的模块化设计，还有很长的路要走。首先，要根据工程条件和设备配置系统的划分布置子模块，每种子模块都有适用的工程条件。其次，要对这些子模块开展精细化布置设计，切实达到功能及造价各方面最优的状况。然后，对这些子模块的工程量有精确的统计并随时可以调用。

4 信息化手段

信息化技术手段为便捷、高效地实现真正意义上的模块化设计提供了支持和保障。以PDMS数字化工程设计系统为例，这是一套基于数据库的工厂设计数据管理系统。将每个子模块设计出来以后，相应的工程量和设计数据就完整地存储在数据库里，随时可以检索和提取。在虚拟三维电厂空间里，可以将这个模块像积木块一样整体实现移动、旋转、镜像、复制等多种操作，直观、便捷地看到组合后的情况。通过软件提供的REVIEW虚拟实境漫游，可以在数字化工厂中漫步。

由于它是基于数据库系统的设计手段，用户可以建立各种等级的数据库。从最基本的元件库开始，到管件库、阀门库、设备库发展到布置子模块库、主模块库、标准主厂房布置设计库、标准工程库。

设计院要做的工作就是不断地维护和发展这些数据库。只要掌握了软件都能建立元件库（catalogue），但如何通过加载一定的规则，从元件库中遴选出标准元件数据库（企业级）、通过精细化设计、固定布置子模块并形成系列的标准化子模块库，随时提取子模块库相应的工程量，这就是一个设计企业的核心竞争力了[5]。实现了这一点，就可以在工程总承包或设计投标时，在最短的时间内拿出投标方案和工程量报价。

5 信息化手段对布置技术的推动

信息化设计手段无疑对布置技术的发展有着巨大的推动作用，它不仅仅体现在设计投标阶段。

目前，中南电力设计院使用PDMS三维设计软件（英国AVEVA公司产品）进行的发电厂施工图布置设计，已明确显示出数字化三维设计手段所具备的优势[7，9-10]：

（1）协同设计与数据共享。PDMS三维设计本身的优势是二维方式设计所难以企及的，PDMS三维设计软件是一款充分利用网络功能以提供多专业三维布置协同设计的平台。它将同一个工程的设计数据放在同一个服务器下，所有参与设计的人员都是对同一个工程的数据进行实时操作的“一体化设计”，使其“所见即最新”，有效避免了二维设计中各专业各自为战，提供资料时效性差，设计成果沟通不及时的缺点。

（2）直观性。三维的设计成果与实际完全一致。这在节约用地的要求下，不断压缩的主厂房空间的内部布置提供了高质量的设计保证。软件提供的碰撞检查的工具，将碰撞解决在设计的过程中，使设计产品质量更高，增加了客户满意度。

（3）高效性。三维模型建好以后，自动抽取ISO三维管线图，自动统计材料；避免了人工制图、统计材料等繁琐且易出错的工作；同时提供各种计算软件接口，如应力计算，实现数据自动传输，大大提高了工作效率。

（4）标准化设计。不仅是提高单个发电厂的空间布局合理性和设计质量，发电厂三维设计还在于工程设计的积累和重复利用。在大量模型积累的基础上，各布置子模块可以形成标准化的、精炼的子模块，发电厂设计的速度会越来越快，空间内设备布局的可参考性也就越强。

（5）形成企业知识库。几十年来，国内各大设计院已经完成多个国内外项目的设计，以及参与了多个大型项目的投标，积累了丰富的设计经验，在设计中不断发现问题，解决问题，锻炼了一大批设计人才。但是，随着部分人员的转岗或流动，使他们的经验和教训也随之失去。大型国际工程公司则是借助三维数据库设计软件，通过标准数据库、标准化设计、规范库的制定和维护，形成企业知识库，成为企业的永久无形资产。

[1]汤蕴琳.大型火电厂设计优化思路[J].电力建设，2005，26（12）：1-5.

[2]DL 5000—2000火力发电厂设计技术规程[S].

[3]DL 5032—2005火力发电厂总图运输设计技术规程[S].

[4]潘明惠.电力信息化工程的理论与应用研究[J].中国电机工程学报,2005，25（15）：96-99.

[5]姚强.工程全生命周期的信息化管理：工业企业信息化建设的基础[J].电力信息化，2005（8）：22-23.

[6]董学育，刘志远，陈来九.基于人工神经元网络的测量数据正确性的验证方法在发电厂控制系统中的应用研究[J].中国电机工程学报，1999，19（12）：2-5.

[7]胡泊，陈学泳，陶莎.PDMS在数字化电厂烟气治理工程设计中的发展前景[J].热机技术，2007（1）：45-48.

[8]邱世平.主厂房布置模块化设计优化[J].电力勘测设计，2006（1）：54-59.

[9]徐传海.1000 MW机组低压加热器疏水系统的优化配置[J].电力建设，2006，27(10)：65-68.

[10]袁泉，李炳益.火力发电厂主厂房三维结构布置设计探讨[J].武汉大学学报（工学版），2008，41（S1）：289-292.