西北电力设计院神华国华寿光电厂2台100万千瓦一期项目设计纪实

西北电力设计院神华国华寿光电厂2台100万千瓦一期项目设计纪实

随着神华国华寿光电厂2台100万千瓦一期项目1号机组顺利通过168小时试运，中国电力工程顾问集团西北电力设计院有限公司(以下简称“西北院”)实现了“全面打造行业领先、世界一流的数字信息化电站”的初衷。

该项目是响应国家节能减排政策的“上大压小”项目，是国家鼓励的煤、电、运一体化工程，西北院精心设计、创新驱动，创造了世界和国内火电机组的诸多纪录。

大气污染物近零排放指的是火电厂采用国内外火电机组有效的减排技术，最大程度地控制大气污染物的排放，达到比现有火电厂大气污染物排放标准特别排放限值更低的排放水平。在该项工程设计之前，国内尚无百万燃煤机组“近零排放”的先例。

为了实现“近零排放”，西北院在设计中采用了三室五电场高效除尘器配置高频电源、静电除尘器前端增设低温省煤器、脱硫系统降低烟气流速、湿法脱硫系统后增设湿式静电除尘器等方式减少烟尘排放;采用了不设置烟气旁路的石灰石──石膏湿法脱硫工艺，减少了二氧化硫的排放;采用了低氮燃烧技术和以尿素为脱硝还原剂的选择性催化还原法脱硝工艺，减少了氮氧化物的排放。

通过采取上述措施，在试运行期间，机组各项废弃物排放浓度分别为：烟尘0.99毫克每标立方、二氧化硫2.78毫克每标立方、氮氧化物17.69毫克每标立方，低于火电厂大气污染物排放标准的特别排放限值，在国内首次实现了既定的百万燃煤机组“近零排放”。

在工程设计之初的2008年，面对国内新建百万机组汽轮机进汽参数普遍较低的情况，西北院率先从提高初参数、采用二次再热等方面进行深入研究和多方案比较，最终确定采用高效超超临界一次再热凝汽式汽轮机，进汽参数达到 “28MPa-a/600摄氏度/620摄氏度”，创造了同期建设的一次再热机组进汽参数的纪录。在提高汽轮机进汽参数的基础上，设计人员在回热系统、给水温度、加热器端差、汽轮机冷端等方面进行了多项优化设计，将汽轮机热耗降低85千焦/千瓦时，进一步提高了机组效率。 此外，该院设计人员在锅炉设备方面也采用了一系列优化设计措施进一步实现节能减排，如采用先进的燃烧器技术确保燃尽率;采取较细的煤粉细度，减少未燃尽碳损失;采取四分仓技术等措施降低空气预热器的漏风率;采取先进的燃烧器设计和制造技术，保证煤粉在较低过量空气系数条件下充分燃尽等等。最终，锅炉效率从94%提高到94.55%，NOx排放浓度保证值由300毫克/标立方(O2=6%)降低为180毫克/标立方(O2=6%)，空气预热器的漏风率从投产第一年内不高于6%和运行1年后不高于8%分别降低到4%和5%。

汽轮发电机基座是电厂中最重要的结构。通常情况下，一般采用基座与厂房完全独立的岛式布置方案。采用这种方案，设计简单，但是主厂房整体刚度会有一定的削弱，而且必须等汽机基座施工结束后才能施工汽机大平台，另外狭小的空间还可能会对工艺管道的布置造成制约。

近年来，独立岛式弹簧隔振基础在一些大型机组中得到了应用。采用独立岛式弹簧隔振基础，上部设备的振动得以有效隔离，不至传至下部的支承结构;发生地震时，下部的地震作用也会被隔振器隔离，从而减小对汽轮发电机组的危害。

为了解决独立岛式基础的缺点，并充分发挥弹簧隔振基础的优点，该院项目组与建设单位联合成立了弹簧基础技术研发小组，与中国建科院等单位联合研发，经过数值模拟、物理模型试验和大量的计算分析，完成了《静、动力分析与地震分析研究报告》等六项专题研究，又根据国内多位著名专家的评审意见，不断完善研究成果，终于在国际上首次提出将基座立柱与厂房立柱联接为整体结构的弹簧隔振联合布置方案，并顺利应用到工程实践中。

通过采用新方案，原来基座周围的大平台柱大部分可以取消，基座底板的范围随之减小，工艺专业的管道布置也变得更加灵活。同时，新方案提高了整个厂房结构的抗震性能，改善了结构的动力特性，有利于机组的长期稳定运行，延长大修周期，节省检修费用。据了解，采用新方案后，工程施工周期缩短2个月，减少投资约74万元。在168试运期间，机组轴承座振动最大值为71.5微米，为国内同类机组的最好水平。

高位塔是一种节能、降噪的新型自然通风冷却塔，是目前超大型冷却塔技术的发展方向之一。在该项目中，有三大难题严重制约着高位塔技术的应用。首先是低温。厂址所在区域冬季极端最低气温达零下22.3摄氏度。在如此寒冷地区建设100万千瓦级机组的大型高位塔，世界上尚无先例。其次是大风。厂址所在地全年实测最大风速达24.7米每秒。大风会造成塔内气流场紊乱，影响机组夏季出力和冬季运行安全。第三是海水。该项目采用海水作为冷却水，海水的腐蚀性及结垢问题成为影响高位塔设计选材的制约要素。

面对上述困难，西北院在已有的核电大塔和高位塔研究成果的基础上，与国内优秀企业联合攻关，建成了高位收水装置的物理模拟试验台，开展了高位集水装置优化布置、防溅(漏)水、悬吊型式等一系列试验研究，并申请了相关专利。在工程设计阶段，设计人员结合研究成果，通过采用“搁置式”填料方案防止填料挂冰坠下砸破下部收水斜板，解决了低温对工程的不利影响;通过在高位塔周边设置采用链轮传动、可调节旋转轴的挡风板，根据季节风速和温度适时调整挡 风板的开合，对进风进行整流，降低了夏季自然风对冷却的不利影响，实现了冬季低温期理想的防冻效果;通过在核心部位和构件应用超级双相不锈钢等耐海水材质，成功解决了海水的腐蚀和结垢问题。最终，国内首座具有自主知识产权的“搁置式”填料100万千瓦等级海水高位塔在各位设计人员不懈的努力下成为现实。

目前，该项目国产化海水冷却塔已建设安装完毕，试运行效果良好，主要设计指标达到预期效果。通过测算，通过采用高位塔方案，循环水泵扬程较常规湿冷塔方案可节省约6米水头，两台100万千瓦机组每年可节省运行费用近700万元。

从2008年完成可行性研究，到2016年7月31日1号机组通过168小时试运行，八年来，西北院坚持以中国能建 “行业领先，世界一流”的战略愿景为导向，精心设计，创新驱动，做好设计和现场服务等各环节工作，坚持做值得信赖的工程专家，贯彻了“和你一起成功”的西北院企业口号，圆满地履行了合同约定的各项目标，终于打造出国华寿光电厂这一新的百万机组标杆工程，为后来者树立了榜样。