在托克托超越夢(mèng)想

中國(guó)能建中電工程華北院在托克托電廠建設(shè)中奉獻(xiàn)智慧彰顯價(jià)值

托克托電廠全景（自右至左依次為五至一期工程）。中電工程華北院供圖

2月25日15時(shí)18分，內(nèi)蒙古大唐國(guó)際托克托發(fā)電有限責(zé)任公司（簡(jiǎn)稱“托克托電廠”）10號(hào)機(jī)組順利通過168小時(shí)試運(yùn)行，標(biāo)志著該公司五期工程2臺(tái)66萬千瓦超超臨界機(jī)組全部投入商業(yè)運(yùn)行。至此，托克托電廠總裝機(jī)容量達(dá)到672萬千瓦，成為世界在役最大的火力發(fā)電廠。

從前期的規(guī)劃選址，到承擔(dān)工程一至五期全部機(jī)組的主體設(shè)計(jì)，中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)所屬中國(guó)電力工程顧問集團(tuán)華北電力設(shè)計(jì)院有限公司（簡(jiǎn)稱“中國(guó)能建中電工程華北院”）在托克托電廠建設(shè)的全過程中，以前瞻性的規(guī)劃、先進(jìn)的理念、可靠的技術(shù)為支撐，為打造我國(guó)大型煤電基地精品工程貢獻(xiàn)智慧與力量，樹立起能源高效利用的標(biāo)桿。

劃時(shí)代的超前布局繪就大型煤電基地圖景

“五、四、三、二、一！”伴隨著10號(hào)機(jī)組順利通過168小時(shí)試運(yùn)行，寬敞、明亮的集控室內(nèi)爆發(fā)出熱烈的掌聲與歡呼聲，大家激動(dòng)地在一起握手、擁抱。千言萬語，化作榮耀和力量，肆意流淌在廠區(qū)之間。托克托電廠，這艘名副其實(shí)的“火電航母”為中國(guó)電力工業(yè)發(fā)展的恢宏畫卷再添一抹亮色。“我們?cè)谕锌送袑?shí)現(xiàn)了夢(mèng)想，并超越了夢(mèng)想！”曾參與托克托電廠一期工程設(shè)計(jì)的華北院工程建設(shè)公司副總經(jīng)理于存亮觸景生情。

上世紀(jì)八十年代，懷揣發(fā)展電力、保障經(jīng)濟(jì)，以及對(duì)能源高效利用的理想與情懷，來自華北院的一群青年走進(jìn)了這片荒漠戈壁，迎著風(fēng)沙在我國(guó)能源版圖上畫下托克托電廠的第一筆。

位于呼和浩特、包頭、鄂爾多斯金三角腹地的托克托縣，西距黃河12公里，與我國(guó)四大煤田之一的準(zhǔn)格爾煤田隔河相望，距離京津冀經(jīng)濟(jì)中心僅500多公里。

“托克托擁有得天獨(dú)厚的區(qū)位優(yōu)勢(shì)、資源稟賦和交通條件，適宜建設(shè)大型煤電基地。按照國(guó)家‘西部大開發(fā)’、‘輸煤輸電并舉’戰(zhàn)略和‘準(zhǔn)格爾煤礦開發(fā)規(guī)劃’，華北院提出在托克托縣建設(shè)大型火力發(fā)電廠，并通過超高壓線路直接送電至北京的最初設(shè)想。”曾參與托克托電廠前期規(guī)劃和送出方案研究的華北院副總工程師王紹德說。

進(jìn)入上世紀(jì)九十年代，隨著托克托電廠被國(guó)家確定為準(zhǔn)格爾能源基地和 “西電東送”重要的大型電源項(xiàng)目，華北院初步形成了通過4回500千伏線路加串聯(lián)電容補(bǔ)償?shù)姆绞剑斔屯锌送须姀S600萬至700萬千瓦裝機(jī)容量的大膽規(guī)劃。將托克托建成我國(guó)最大的煤電基地，這是華北院人最初的夢(mèng)想。

如今，夢(mèng)想已成現(xiàn)實(shí)。這座世界最大的火電廠每年就地轉(zhuǎn)化燃煤1700多萬噸，實(shí)現(xiàn)了由輸送燃煤向輸送電力的清潔能源轉(zhuǎn)化，并承擔(dān)著滿足京津唐地區(qū)用電需求的任務(wù)，年發(fā)電量約占北京地區(qū)總用電需求的30%。依托托克托電廠，以電力能源區(qū)、生物制藥區(qū)、金屬冶煉區(qū)、化工區(qū)和綜合服務(wù)區(qū)為中心的托克托工業(yè)園區(qū)建成投產(chǎn)，托克托縣也從昔日的貧困縣，一躍成為中國(guó)中小城市綜合實(shí)力百?gòu)?qiáng)縣市。

靠近負(fù)荷中心、大型煤電基地、大容量、高參數(shù)、節(jié)能環(huán)保、遠(yuǎn)距離輸電……直到30多年后的今天，這些在托克托電廠規(guī)劃中展現(xiàn)出來的關(guān)鍵要素，仍然是我國(guó)能源利用與火電發(fā)展的重要原則，這種對(duì)未來經(jīng)濟(jì)社會(huì)、電力工業(yè)發(fā)展的科學(xué)研判，彰顯出華北院一代設(shè)計(jì)大師的高遠(yuǎn)視野。

更為重要的是，對(duì)于能源資源高效利用的遠(yuǎn)大志向，融入到華北院人的血液中，代代相傳。

與時(shí)俱進(jìn)的精益設(shè)計(jì)打造世界一流火電廠

具有劃時(shí)代意義的布局規(guī)劃，給托克托電廠設(shè)定了高起點(diǎn)的坐標(biāo)。

走進(jìn)電廠，猶如進(jìn)入了一座火力發(fā)電技術(shù)博物館。一期至五期工程自西向東有序排列，廠房鱗次櫛比，五根煙囪整齊地矗立在一條直線上。60萬千瓦級(jí)引進(jìn)技術(shù)亞臨界機(jī)組、國(guó)產(chǎn)亞臨界機(jī)組、國(guó)產(chǎn)高效亞臨界機(jī)組、國(guó)產(chǎn)超超臨界機(jī)組、自然通風(fēng)冷卻塔、直排空冷島、濕法脫硫塔、高效靜電除塵器、高效布袋除塵器以及阻塞濾波器場(chǎng)……各種型式的主輔機(jī)設(shè)備見證了我國(guó)發(fā)電技術(shù)的演進(jìn)升級(jí)，也展示著我國(guó)電力工業(yè)發(fā)展的一路輝煌。

2000年，采用當(dāng)時(shí)世界最先進(jìn)發(fā)電技術(shù)的托克托電廠一期2臺(tái)60萬千瓦亞臨界濕冷  機(jī)組先后開工，受困于資金短缺、技術(shù)引進(jìn)等問題，一期工程采用了世界銀行貸款，主機(jī)來自日本日立公司。歷時(shí)三年建設(shè)調(diào)試，兩臺(tái)機(jī)組陸續(xù)投運(yùn)，成為“西電東送”北通道第一個(gè)竣工投產(chǎn)的發(fā)電工程。

自2003年至2006年的四年間，托克托電廠連續(xù)保持著每年投產(chǎn)兩臺(tái)60萬千瓦機(jī)組的速度，創(chuàng)下了我國(guó)火電建設(shè)的“托克托效率”。盡管如此，承擔(dān)主體設(shè)計(jì)的華北院并沒有簡(jiǎn)單復(fù)制，而是與時(shí)俱進(jìn)，將世界上最先進(jìn)的發(fā)電技術(shù)和設(shè)計(jì)理念一次次帶到托克托：二期工程選用了相同技術(shù)、由我國(guó)自主生產(chǎn)的亞臨界機(jī)組；鑒于空冷技術(shù)業(yè)已成熟，結(jié)合內(nèi)蒙地區(qū)水資源短缺問題，在三、四期工程中采用了直接空冷機(jī)組。托克托電廠三期工程由此成為我國(guó)首批投產(chǎn)的60萬千瓦亞臨界直接空冷機(jī)組。  “該工程廠區(qū)總體規(guī)劃合理、布置緊湊、占地指標(biāo)先進(jìn)，廠區(qū)建筑物設(shè)計(jì)新穎、風(fēng)格協(xié)調(diào)，綜合節(jié)水效果顯著。”在年度電力行業(yè)優(yōu)秀設(shè)計(jì)獎(jiǎng)評(píng)審意見中，托克托電廠獲得了這樣的高評(píng)價(jià)。

而采用超超臨界機(jī)組的托克托電廠五期工程，更是達(dá)到了當(dāng)今我國(guó)同類型燃煤發(fā)電廠設(shè)計(jì)的領(lǐng)先水平。煤電一體化、66萬千瓦超超臨界、燃煤直接空冷、超低排放、兩列式主廠房、輔機(jī)單列式布置……這些時(shí)下最先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念，在這里都能找到。

“坑口電站具備煤炭?jī)r(jià)格優(yōu)勢(shì)，一般不采用最高參數(shù)，但綜合考慮了社會(huì)效益和環(huán)保因素，為貫徹國(guó)家‘高效、節(jié)能、環(huán)保、和諧’的理念，業(yè)主與我們共同選擇了66萬千瓦超超臨界燃煤直接空冷機(jī)組。”華北院發(fā)電工程事業(yè)部項(xiàng)目經(jīng)理、托克托電廠五期設(shè)總劉璞說。

截至2016年底，托克托電廠連續(xù)安全生產(chǎn)十周年，累計(jì)發(fā)電3390.78億千瓦時(shí)。在全國(guó)發(fā)電機(jī)組可靠性競(jìng)賽中，該電廠先后有14臺(tái)次機(jī)組榮獲可靠性金牌機(jī)組和A級(jí)機(jī)組稱號(hào)。一連串榮譽(yù)與數(shù)據(jù)的背后，設(shè)計(jì)對(duì)于一座電廠的重要作用不言而喻。

“一流的電廠，源自一流的設(shè)計(jì)、一流的施工和一流的管理。托克托電廠能夠取得如此優(yōu)異的成績(jī)，得益于我國(guó)電力科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和裝備制造水平的持續(xù)提升，更重要的是我們擁有一個(gè)優(yōu)秀的合作伙伴。一路走來，華北院不離左右、鼎力支撐，我們共同打造出大型煤炭基地的行業(yè)典范！”大唐國(guó)際發(fā)電股份有限公司副總工程師激動(dòng)萬分。

超越自我的技術(shù)革命引領(lǐng)行業(yè)跨越發(fā)展

“功率66.3萬千瓦，廠用電率4.7%，供電煤耗292.2克/千瓦時(shí)；煙塵濃度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……”集控室大屏幕上躍動(dòng)的數(shù)字振奮人心———10號(hào)機(jī)組的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)不僅優(yōu)于設(shè)計(jì)值，更是創(chuàng)下了我國(guó)同期同類型機(jī)組的最優(yōu)紀(jì)錄。

為了確保五期工程的高質(zhì)量投產(chǎn)，華北院在設(shè)計(jì)中遵循“先進(jìn)合理、節(jié)能環(huán)保、安全可靠、經(jīng)濟(jì)適用”的理念，派出最精干的設(shè)計(jì)隊(duì)伍，深度應(yīng)用數(shù)字化設(shè)計(jì)手段，全面實(shí)施系統(tǒng)優(yōu)化，節(jié)能降耗減排，提高機(jī)組安全可靠和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平。

創(chuàng)新帶來的經(jīng)濟(jì)效益實(shí)實(shí)在在：通過主廠房?jī)闪惺健?cè)煤倉(cāng)、集控樓固定端布置；利用原有500千伏出線走廊；采用1×100%汽動(dòng)給水泵，采用單列一次風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)和單臺(tái)四分倉(cāng)回轉(zhuǎn)式空預(yù)器……圍繞總平面布置等開展的57項(xiàng)設(shè)  計(jì)優(yōu)化，使托克托電廠五期工程節(jié)省投資數(shù)千萬元。

更為可觀的，是給機(jī)組全壽命周期運(yùn)行帶來的實(shí)效：將主機(jī)參數(shù)提高至“28MPa/600℃/620℃”，與一次再熱百萬千瓦機(jī)組最高蒸汽參數(shù)相當(dāng)，將發(fā)電煤耗降至最優(yōu)水平；采用8級(jí)回?zé)幔O(shè)置3號(hào)高加外置蒸汽冷卻器，提高機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性；凝結(jié)水泵和輔機(jī)循環(huán)水泵采用變頻器，提高機(jī)組效率和可靠性；脫硫入口采用煙冷器余熱利用，降低脫硫水耗并提高機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性；采用高效布袋除塵器，采用高效濕法脫硫、SCR脫硝技術(shù)，設(shè)計(jì)主要污染物排放指標(biāo)達(dá)到超低排放水平……托克托的電力送出問題一直是制約其發(fā)展建設(shè)的瓶頸，以4回500千伏線路加串聯(lián)電容補(bǔ)償直送北京的方案既經(jīng)濟(jì)又安全，但如何解決機(jī)組面臨的嚴(yán)重次同步諧振這一世界性難題，是實(shí)現(xiàn)這一方案和  托克托電廠最終裝機(jī)規(guī)模的關(guān)鍵。

經(jīng)過幾十年的持續(xù)研究和多方案比選，華北院最終以阻塞濾波器方案成功地解決了托克托電廠機(jī)組面臨的嚴(yán)重次同步諧振問題，并完全掌握了嚴(yán)重次同步諧振治理技術(shù)，創(chuàng)造了500千米單回遠(yuǎn)距離輸電容量達(dá)到153萬千瓦的新紀(jì)錄，并使單位輸電投資降低至1.7億元/百萬千瓦/百千米的最經(jīng)濟(jì)方案，使我國(guó)在遠(yuǎn)距離安全經(jīng)濟(jì)輸電方面達(dá)到了世界領(lǐng)先水平。

“我們遇到了非常好的業(yè)主，他們專注于對(duì)電力建設(shè)的高質(zhì)量追求，能夠親手打造一座世界一流電廠，對(duì)華北院來說是一段寶貴的經(jīng)歷。”三十年的攜手同行、相互成就，作為世界第一的托克托電廠被打造成我國(guó)大型火電建設(shè)的金字招牌，而作為親手塑造它的設(shè)計(jì)大師，華北院的品牌也因托克托愈發(fā)熠熠生輝。