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世界在役最大火电厂工程纪实

—中电工程华北院在托克托超越梦想

时间: 2017-03-06 10:49:27 信息来源: 中国电力报 宋旸 刘璞  
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在托克托超越梦想
中国能建中电工程华北院在托克托电厂建设中奉献智慧彰显价值
托克托电厂全景(自右至左依次为五至一期工程)。中电工程华北院供图
2月25日15时18分,内蒙古大唐国际托克托发电有限责任公司(简称“托克托电厂”)10号机组顺利通过168小时试运行,标志着该公司五期工程2台66万千瓦超超临界机组全部投入商业运行。至此,托克托电厂总装机容量达到672万千瓦,成为世界在役最大的火力发电厂。
从前期的规划选址,到承担工程一至五期全部机组的主体设计,中国能源建设集团所属中国电力工程顾问集团华北电力设计院有限公司(简称“中国能建中电工程华北院”)在托克托电厂建设的全过程中,以前瞻性的规划、先进的理念、可靠的技术为支撑,为打造我国大型煤电基地精品工程贡献智慧与力量,树立起能源高效利用的标杆。
划时代的超前布局绘就大型煤电基地图景
“五、四、三、二、一!”伴随着10号机组顺利通过168小时试运行,宽敞、明亮的集控室内爆发出热烈的掌声与欢呼声,大家激动地在一起握手、拥抱。千言万语,化作荣耀和力量,肆意流淌在厂区之间。托克托电厂,这艘名副其实的“火电航母”为中国电力工业发展的恢宏画卷再添一抹亮色。“我们在托克托实现了梦想,并超越了梦想!”曾参与托克托电厂一期工程设计的华北院工程建设公司副总经理于存亮触景生情。
上世纪八十年代,怀揣发展电力、保障经济,以及对能源高效利用的理想与情怀,来自华北院的一群青年走进了这片荒漠戈壁,迎着风沙在我国能源版图上画下托克托电厂的第一笔。
位于呼和浩特、包头、鄂尔多斯金三角腹地的托克托县,西距黄河12公里,与我国四大煤田之一的准格尔煤田隔河相望,距离京津冀经济中心仅500多公里。
“托克托拥有得天独厚的区位优势、资源禀赋和交通条件,适宜建设大型煤电基地。按照国家‘西部大开发’、‘输煤输电并举’战略和‘准格尔煤矿开发规划’,华北院提出在托克托县建设大型火力发电厂,并通过超高压线路直接送电至北京的最初设想。”曾参与托克托电厂前期规划和送出方案研究的华北院副总工程师王绍德说。
进入上世纪九十年代,随着托克托电厂被国家确定为准格尔能源基地和 “西电东送”重要的大型电源项目,华北院初步形成了通过4回500千伏线路加串联电容补偿的方式,输送托克托电厂600万至700万千瓦装机容量的大胆规划。将托克托建成我国最大的煤电基地,这是华北院人最初的梦想。
如今,梦想已成现实。这座世界最大的火电厂每年就地转化燃煤1700多万吨,实现了由输送燃煤向输送电力的清洁能源转化,并承担着满足京津唐地区用电需求的任务,年发电量约占北京地区总用电需求的30%。依托托克托电厂,以电力能源区、生物制药区、金属冶炼区、化工区和综合服务区为中心的托克托工业园区建成投产,托克托县也从昔日的贫困县,一跃成为中国中小城市综合实力百强县市。
靠近负荷中心、大型煤电基地、大容量、高参数、节能环保、远距离输电……直到30多年后的今天,这些在托克托电厂规划中展现出来的关键要素,仍然是我国能源利用与火电发展的重要原则,这种对未来经济社会、电力工业发展的科学研判,彰显出华北院一代设计大师的高远视野。
更为重要的是,对于能源资源高效利用的远大志向,融入到华北院人的血液中,代代相传。
与时俱进的精益设计打造世界一流火电厂
具有划时代意义的布局规划,给托克托电厂设定了高起点的坐标。
走进电厂,犹如进入了一座火力发电技术博物馆。一期至五期工程自西向东有序排列,厂房鳞次栉比,五根烟囱整齐地矗立在一条直线上。60万千瓦级引进技术亚临界机组、国产亚临界机组、国产高效亚临界机组、国产超超临界机组、自然通风冷却塔、直排空冷岛、湿法脱硫塔、高效静电除尘器、高效布袋除尘器以及阻塞滤波器场……各种型式的主辅机设备见证了我国发电技术的演进升级,也展示着我国电力工业发展的一路辉煌。
2000年,采用当时世界最先进发电技术的托克托电厂一期2台60万千瓦亚临界湿冷  机组先后开工,受困于资金短缺、技术引进等问题,一期工程采用了世界银行贷款,主机来自日本日立公司。历时三年建设调试,两台机组陆续投运,成为“西电东送”北通道第一个竣工投产的发电工程。
自2003年至2006年的四年间,托克托电厂连续保持着每年投产两台60万千瓦机组的速度,创下了我国火电建设的“托克托效率”。尽管如此,承担主体设计的华北院并没有简单复制,而是与时俱进,将世界上最先进的发电技术和设计理念一次次带到托克托:二期工程选用了相同技术、由我国自主生产的亚临界机组;鉴于空冷技术业已成熟,结合内蒙地区水资源短缺问题,在三、四期工程中采用了直接空冷机组。托克托电厂三期工程由此成为我国首批投产的60万千瓦亚临界直接空冷机组。  “该工程厂区总体规划合理、布置紧凑、占地指标先进,厂区建筑物设计新颖、风格协调,综合节水效果显著。”在年度电力行业优秀设计奖评审意见中,托克托电厂获得了这样的高评价。
而采用超超临界机组的托克托电厂五期工程,更是达到了当今我国同类型燃煤发电厂设计的领先水平。煤电一体化、66万千瓦超超临界、燃煤直接空冷、超低排放、两列式主厂房、辅机单列式布置……这些时下最先进的设计理念,在这里都能找到。
“坑口电站具备煤炭价格优势,一般不采用最高参数,但综合考虑了社会效益和环保因素,为贯彻国家‘高效、节能、环保、和谐’的理念,业主与我们共同选择了66万千瓦超超临界燃煤直接空冷机组。”华北院发电工程事业部项目经理、托克托电厂五期设总刘璞说。
截至2016年底,托克托电厂连续安全生产十周年,累计发电3390.78亿千瓦时。在全国发电机组可靠性竞赛中,该电厂先后有14台次机组荣获可靠性金牌机组和A级机组称号。一连串荣誉与数据的背后,设计对于一座电厂的重要作用不言而喻。
“一流的电厂,源自一流的设计、一流的施工和一流的管理。托克托电厂能够取得如此优异的成绩,得益于我国电力科学技术的不断发展和装备制造水平的持续提升,更重要的是我们拥有一个优秀的合作伙伴。一路走来,华北院不离左右、鼎力支撑,我们共同打造出大型煤炭基地的行业典范!”大唐国际发电股份有限公司副总工程师激动万分。
超越自我的技术革命引领行业跨越发展
“功率66.3万千瓦,厂用电率4.7%,供电煤耗292.2克/千瓦时;烟尘浓度3.4毫克/立方米,二氧化硫11.5毫克/立方米,氮氧化物23.3毫克/立方米……”集控室大屏幕上跃动的数字振奋人心———10号机组的技术经济指标不仅优于设计值,更是创下了我国同期同类型机组的最优纪录。
为了确保五期工程的高质量投产,华北院在设计中遵循“先进合理、节能环保、安全可靠、经济适用”的理念,派出最精干的设计队伍,深度应用数字化设计手段,全面实施系统优化,节能降耗减排,提高机组安全可靠和经济运行水平。
创新带来的经济效益实实在在:通过主厂房两列式、侧煤仓、集控楼固定端布置;利用原有500千伏出线走廊;采用1×100%汽动给水泵,采用单列一次风机、送风机和单台四分仓回转式空预器……围绕总平面布置等开展的57项设  计优化,使托克托电厂五期工程节省投资数千万元。
更为可观的,是给机组全寿命周期运行带来的实效:将主机参数提高至“28MPa/600℃/620℃”,与一次再热百万千瓦机组最高蒸汽参数相当,将发电煤耗降至最优水平;采用8级回热,设置3号高加外置蒸汽冷却器,提高机组热经济性;凝结水泵和辅机循环水泵采用变频器,提高机组效率和可靠性;脱硫入口采用烟冷器余热利用,降低脱硫水耗并提高机组热经济性;采用高效布袋除尘器,采用高效湿法脱硫、SCR脱硝技术,设计主要污染物排放指标达到超低排放水平……托克托的电力送出问题一直是制约其发展建设的瓶颈,以4回500千伏线路加串联电容补偿直送北京的方案既经济又安全,但如何解决机组面临的严重次同步谐振这一世界性难题,是实现这一方案和  托克托电厂最终装机规模的关键。
经过几十年的持续研究和多方案比选,华北院最终以阻塞滤波器方案成功地解决了托克托电厂机组面临的严重次同步谐振问题,并完全掌握了严重次同步谐振治理技术,创造了500千米单回远距离输电容量达到153万千瓦的新纪录,并使单位输电投资降低至1.7亿元/百万千瓦/百千米的最经济方案,使我国在远距离安全经济输电方面达到了世界领先水平。
“我们遇到了非常好的业主,他们专注于对电力建设的高质量追求,能够亲手打造一座世界一流电厂,对华北院来说是一段宝贵的经历。”三十年的携手同行、相互成就,作为世界第一的托克托电厂被打造成我国大型火电建设的金字招牌,而作为亲手塑造它的设计大师,华北院的品牌也因托克托愈发熠熠生辉。

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