在托克托超越夢想

中國能建中電工程華北院在托克托電廠建設中奉獻智慧彰顯價值

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18分，內蒙古大唐國際托克托發(fā)電有限責任公司（簡稱“托克托電廠”）10號機組順利通過168小時試運行，標志著該公司五期工程2臺66萬千瓦超超臨界機組全部投入商業(yè)運行。至此，托克托電廠總裝機容量達到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，到承擔工程一至五期全部機組的主體設計，中國能源建設集團所屬中國電力工程顧問集團華北電力設計院有限公司（簡稱“中國能建中電工程華北院”）在托克托電廠建設的全過程中，以前瞻性的規(guī)劃、先進的理念、可靠的技術為支撐，為打造我國大型煤電基地精品工程貢獻智慧與力量，樹立起能源高效利用的標桿。

劃時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號機組順利通過168小時試運行，寬敞、明亮的集控室內爆發(fā)出熱烈的掌聲與歡呼聲，大家激動地在一起握手、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，這艘名副其實的“火電航母”為中國電力工業(yè)發(fā)展的恢宏畫卷再添一抹亮色。“我們在托克托實現(xiàn)了夢想，并超越了夢想！”曾參與托克托電廠一期工程設計的華北院工程建設公司副總經(jīng)理于存亮觸景生情。

上世紀八十年代，懷揣發(fā)展電力、保障經(jīng)濟，以及對能源高效利用的理想與情懷，來自華北院的一群青年走進了這片荒漠戈壁，迎著風沙在我國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，與我國四大煤田之一的準格爾煤田隔河相望，距離京津冀經(jīng)濟中心僅500多公里。

“托克托擁有得天獨厚的區(qū)位優(yōu)勢、資源稟賦和交通條件，適宜建設大型煤電基地。按照國家‘西部大開發(fā)’、‘輸煤輸電并舉’戰(zhàn)略和‘準格爾煤礦開發(fā)規(guī)劃’，華北院提出在托克托縣建設大型火力發(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。

進入上世紀九十年代，隨著托克托電廠被國家確定為準格爾能源基地和 “西電東送”重要的大型電源項目，華北院初步形成了通過4回500千伏線路加串聯(lián)電容補償?shù)姆绞?，輸送托克托電廠600萬至700萬千瓦裝機容量的大膽規(guī)劃。將托克托建成我國最大的煤電基地，這是華北院人最初的夢想。

如今，夢想已成現(xiàn)實。這座世界最大的火電廠每年就地轉化燃煤1700多萬噸，實現(xiàn)了由輸送燃煤向輸送電力的清潔能源轉化，并承擔著滿足京津唐地區(qū)用電需求的任務，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)和綜合服務區(qū)為中心的托克托工業(yè)園區(qū)建成投產，托克托縣也從昔日的貧困縣，一躍成為中國中小城市綜合實力百強縣市。

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

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

與時俱進的精益設計打造世界一流火電廠

具有劃時代意義的布局規(guī)劃，給托克托電廠設定了高起點的坐標。

走進電廠，猶如進入了一座火力發(fā)電技術博物館。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。60萬千瓦級引進技術亞臨界機組、國產亞臨界機組、國產高效亞臨界機組、國產超超臨界機組、自然通風冷卻塔、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……各種型式的主輔機設備見證了我國發(fā)電技術的演進升級，也展示著我國電力工業(yè)發(fā)展的一路輝煌。

2000年，采用當時世界最先進發(fā)電技術的托克托電廠一期2臺60萬千瓦亞臨界濕冷  機組先后開工，受困于資金短缺、技術引進等問題，一期工程采用了世界銀行貸款，主機來自日本日立公司。歷時三年建設調試，兩臺機組陸續(xù)投運，成為“西電東送”北通道第一個竣工投產的發(fā)電工程。

自2003年至2006年的四年間，托克托電廠連續(xù)保持著每年投產兩臺60萬千瓦機組的速度，創(chuàng)下了我國火電建設的“托克托效率”。盡管如此，承擔主體設計的華北院并沒有簡單復制，而是與時俱進，將世界上最先進的發(fā)電技術和設計理念一次次帶到托克托：二期工程選用了相同技術、由我國自主生產的亞臨界機組；鑒于空冷技術業(yè)已成熟，結合內蒙地區(qū)水資源短缺問題，在三、四期工程中采用了直接空冷機組。托克托電廠三期工程由此成為我國首批投產的60萬千瓦亞臨界直接空冷機組。  “該工程廠區(qū)總體規(guī)劃合理、布置緊湊、占地指標先進，廠區(qū)建筑物設計新穎、風格協(xié)調，綜合節(jié)水效果顯著。”在年度電力行業(yè)優(yōu)秀設計獎評審意見中，托克托電廠獲得了這樣的高評價。

而采用超超臨界機組的托克托電廠五期工程，更是達到了當今我國同類型燃煤發(fā)電廠設計的領先水平。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、輔機單列式布置……這些時下最先進的設計理念，在這里都能找到。

“坑口電站具備煤炭價格優(yōu)勢，一般不采用最高參數(shù)，但綜合考慮了社會效益和環(huán)保因素，為貫徹國家‘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組。”華北院發(fā)電工程事業(yè)部項目經(jīng)理、托克托電廠五期設總劉璞說。

截至2016年底，托克托電廠連續(xù)安全生產十周年，累計發(fā)電3390.78億千瓦時。在全國發(fā)電機組可靠性競賽中，該電廠先后有14臺次機組榮獲可靠性金牌機組和A級機組稱號。一連串榮譽與數(shù)據(jù)的背后，設計對于一座電廠的重要作用不言而喻。

“一流的電廠，源自一流的設計、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，得益于我國電力科學技術的不斷發(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！”大唐國際發(fā)電股份有限公司副總工程師激動萬分。

超越自我的技術革命引領行業(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；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的數(shù)字振奮人心———10號機組的技術經(jīng)濟指標不僅優(yōu)于設計值，更是創(chuàng)下了我國同期同類型機組的最優(yōu)紀錄。

為了確保五期工程的高質量投產，華北院在設計中遵循“先進合理、節(jié)能環(huán)保、安全可靠、經(jīng)濟適用”的理念，派出最精干的設計隊伍，深度應用數(shù)字化設計手段，全面實施系統(tǒng)優(yōu)化，節(jié)能降耗減排，提高機組安全可靠和經(jīng)濟運行水平。

創(chuàng)新帶來的經(jīng)濟效益實實在在：通過主廠房兩列式、側煤倉、集控樓固定端布置；利用原有500千伏出線走廊；采用1×100%汽動給水泵，采用單列一次風機、送風機和單臺四分倉回轉式空預器……圍繞總平面布置等開展的57項設  計優(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，是給機組全壽命周期運行帶來的實效：將主機參數(shù)提高至“28MPa/600℃/620℃”，與一次再熱百萬千瓦機組最高蒸汽參數(shù)相當，將發(fā)電煤耗降至最優(yōu)水平；采用8級回熱，設置3號高加外置蒸汽冷卻器，提高機組熱經(jīng)濟性；凝結水泵和輔機循環(huán)水泵采用變頻器，提高機組效率和可靠性；脫硫入口采用煙冷器余熱利用，降低脫硫水耗并提高機組熱經(jīng)濟性；采用高效布袋除塵器，采用高效濕法脫硫、SCR脫硝技術，設計主要污染物排放指標達到超低排放水平……托克托的電力送出問題一直是制約其發(fā)展建設的瓶頸，以4回500千伏線路加串聯(lián)電容補償直送北京的方案既經(jīng)濟又安全，但如何解決機組面臨的嚴重次同步諧振這一世界性難題，是實現(xiàn)這一方案和  托克托電廠最終裝機規(guī)模的關鍵。

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組面臨的嚴重次同步諧振問題，并完全掌握了嚴重次同步諧振治理技術，創(chuàng)造了500千米單回遠距離輸電容量達到153萬千瓦的新紀錄，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)濟方案，使我國在遠距離安全經(jīng)濟輸電方面達到了世界領先水平。

“我們遇到了非常好的業(yè)主，他們專注于對電力建設的高質量追求，能夠親手打造一座世界一流電廠，對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大型火電建設的金字招牌，而作為親手塑造它的設計大師，華北院的品牌也因托克托愈發(fā)熠熠生輝。