解开“9H”燃机电站设计密码 ——中电工程东北院H级联合循环电站设计形成领先优势
4月初,中电工程东北院设计的巴基斯坦必凯H级燃气-蒸汽联合循环电站进入土建施工高峰期,施工图设计工作已经完成20%,项目各项工作进展顺利。与此同时,巴基斯坦百路凯H级燃气-蒸汽联合循环电站设计、建设工作也在同步进行中。
巴基斯坦必凯和百路凯工程采用 9HA.01型燃气-蒸汽联合循环机组,“2+2+1”配置,总装机容量分别为1180MW和1223MW,全厂热效率超过61%,是亚洲地区最先建设的H级联合循环电站。通过开展上述两项工程的整体设计工作,东北院率先掌握了H级联合循环电站设计技术,并在这一领域处于国内绝对领先的主导地位。
亚洲首台 “摸着石头过河”做设计
H级燃气轮机是目前世界上初温最高、功率最高以及效率最高的燃气轮机。由美国GE公司生产的9HA.01型燃机是目前最先进的代表机型之一,燃气轮机单循环功率达到400MW左右,与余热锅炉、蒸汽轮机组成燃气-蒸汽联合循环机组整体效率将超过60%,远远高于其他形式的火力发电机组和其他型号的联合循环机组。
巴基斯坦必凯和百路凯工程在亚洲范围内首次采用GE公司9HA.01型燃机。此前,在世界范围内,仅有德国、法国有H级燃气-蒸汽联合循环机组投入商业运行。
由于目前GE公司9H燃机正处于新设备刚刚投入市场的初期阶段,还没有形成完整的产品管理体系,尚不具备提交类似以往E级、F级燃机丰富详尽资料的可能,这给设计工作带来前所未有的挑战。
东北院巴基斯坦必凯工程项目经理助理芦洋介绍说:“9H燃机电站是全新研发的新型燃气轮机,设计输入、范围、接口与以往的B级、E级或F级燃机均有很大差别,以往工程的资料和经验无法借鉴,设计院、设备制造厂家某种程度上上是‘摸着石头过河’,协同攻坚。”
不仅如此,上述两个项目还全部采用美国设计标准,包括了各个专业以及材料、设备选型、系统设计等,这也相应地增加了设计工作难度。
尽管如此,东北院设计人员通过广泛吸收相关知识,全面学习美国标准,深入研究燃机技术,大力创新设计方案,圆满解决了设计期间遇到的各种技术问题,成功顺利推进设计工作,保障了项目现场施工进度。
国内首创 协同设计突破技术难点
与以往类型的燃机机组设计不同,东北院在9H燃机机组设计中的工作范围和深度都有很大拓展。不仅承担完成了燃气轮机和模块布置、燃气轮机与模块以及模块和模块之间的系统连接工作,还独立完成了全部内容的燃气轮机基础动力分析。
特别是燃机厂房内的设计工作,由东北院和GE公司相互配合同时开展。为了提高设计效率、减少联络配合时间,尽量避免设计内容的相互影响,东北院开创性地实现与燃机厂家GE公司、汽机厂家阿尔斯通公司在统一的PDMS设计平台上协同开展三维设计,并定期交换模型,实现了全方位的数据交互。
东北院必凯工程项目经理王珩介绍说:“从辅机设备位置、管道布置到所有设备检修、维护,东北院与GE公司、阿尔斯通公司全方位的数据交互使得整个电厂的设计更为合理。”
不仅如此,东北院在必凯和百路凯工程中完成的燃气轮机基础动力分析,与国内通常的设计相比,在满足机组运行振动不超出燃气轮机厂家要求的情况下,更可以大幅度减少燃气轮机基础的体积,实现较少钢筋混凝土的消耗,并大大节省燃气轮机基础施工周期,为整个工程的进度控制提供了坚实的保障。
在主厂房钢结构设计中,东北院按照美国标准规定,根据工艺需求对主厂房结构布置进行了独特的创新设计,主体钢结构通过屋面桁架、纵向框架、两固定端框架形成稳定的空间构架体系,充分满足了设备运行需要。“结构设计的创新和优化突破了以往在执行美国标准中的难点,这为我们采取美国标准开展电厂设计积累了宝贵经验。”王珩说。
在地基基础设计中,东北院采用STAAD-Pro结构分析软件对钢结构厂房的地下基础部分进行整体精细化建模及有限元分析,同时基于美国标准对模型进行了合理的简化及假定,分析结果详细、准确,为基桩的排布、桩承台及基础短柱的计算提供了准确可靠的数据基础。
国际领先 9H燃机设计形成技术优势
通过开展巴基斯坦必凯和百路凯9H联合循环电站设计工作,东北院在9H燃气-蒸汽联合循环机组设计方面积累了丰富经验和大量的技术资料。作为国内最先开展9H联合循环电站设计和唯一开始施工图设计的电力设计院,东北院不仅在国内位于这一技术领域的制高点和最前沿,也在国际9H燃机电站设计领域形成领先技术优势。
据了解,巴基斯坦必凯项目工期十分紧迫,按照计划,该工程将于2017年2月实现单循环发电。从合同签订到实现单循环发电,项目工期仅有17个月。王珩介绍说:“东北院在9H燃机电站设计的优势不仅体现在技术领域,也体现在对燃机电站设计进度的掌控性方面。”东北院通过与GE公司配合开展燃机厂房设计,积累了丰富的工作经验。这使得东北院可以在9H燃机电站边设计、边修改、边提交、边完善的设计状态下,能够及时分析找到正确简洁的工作方向,确保燃气轮机相关部分设计工作顺利进行,从而更好地保证整个项目的总体进度。
我国自上世纪80年代开始陆续建设大型燃气-蒸汽联合循环机组,先后经历了2000年开始的E级机组建设以及后来的F级机组建设两个高峰。目前,我国燃机建设进入到以“分布式能源”和即将到来的更高效H级燃气-蒸汽联合循环机组为主的阶段。
东北院目前正积极开展国内首台H级燃机电站的前期工作。对承担未来H级燃机项目设计工作,王珩充满信心地说:“东北院在H级联合循环机组电站设计方面累积了丰富经验和大量技术资料。这不仅包括对燃气轮机设计进度的掌控、设计困难的判断和处理,还包括燃气轮机基础动力分析和主厂房三维设计平台建设。在H级联合循环机组电站设计中,东北院对施工周期和投资成本的控制都可以提供非常强有力的支持,进而保障整个工程的顺利实施。”
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