世界首套60MW亚临界高炉煤气发电工程的数字化（BIM）设计应用

中冶京诚工程技术有公司丁勇山,曹韦韦,杨炳松

1、工程概述

世界首套60MW亚临界高炉煤气发电项目，是将原有低效中温中压发电机组停用，规划新建全新超高温亚临界发电机组，通过回收厂区高炉煤气再利用进行发电，从而减少煤气放散污染，达到节能减排、保护环境的目的。

                              

图1：BIM数字孪生

1.1工程概况

该工程采用超高温亚临界一次中间再热机组，机组全厂热效率可达40%，相比改造前中温中压参数机组效率提高了82%，每年实现CO2减排47.9万吨。该工程开创了超高参数、微型化发电机组技术领域先河，实现了技术上重大突破，对于全球亚临界微型发电工程的发展具有重大的战略意义。

1.2 技术先进性

本项目应用Bentley的解决方案，目标是：通过三维设计，实现项目的精准设计，同时创建全部工厂的数字化模型，基于AssetWise进行工程数据资产的交付，并基于iTwin打造全场煤气排放管控平台，对全部厂区的煤气放散进行监测和管控。

2、BIM技术应用

设计阶段，我们建立了统一的建模、交付及数据接口标准，建模精度达到了LOD400，各专业设计人员及设备供应商都基于统一的标准工作。

工程师应用OpenPlant PID做PID设计、OpenPlantPiping做管道设计，BRCM做电气设计、AECOsim做建筑设计、Prostructures做结构设计等。

图2：BIM协同平

在可视化的协同空间中，通过相互参考，每一位工程师都能观察到其他工程师的设计内容，从而最大限度避免了碰撞问题。即使再紧凑的设计，在可视化的协同设计中，都完美解决。

图3是中间管线，我们可以看到管线的密集程度，这在传统的二维设计中，将会产生大量的错误，而Bentley的解决方案解决了这些问题。同时 ，如此多的管线，大部分为高温高压管线，管网安全和管网的应力计算是难点问题。我们应用了AutoPIPE对整个管网进行静力和应力分析，快速生成计算结果，极大提高了计算效率和质量。

图3：设备及管线

施工前，我们应用模型做设计交底。有限空间内设备、管线布置，为施工安装带来了极大挑战。依托于模型，可以在任何一个剖面来观察模型，以帮助我们来理解设计意图。这种直观性在设计和施工上，都为我们带来了便利。

施工阶段，我们应用SSYNCHRO模拟整条产线的施工进度，依赖于可视化的进度计划，项目各方共同确定了项目进度目标，然后施工过程中按照预定的目标逐步完成。

图4：Bentley Synchro 是施工管理平台

项目完成后，基于AssetWise整合工程设计、采购、制造、施工、安装信息，形成工程数据资产。

更重要的是，基于iTwin开发了全厂煤气排放管控平台，对全厂的煤气放散情况进行监测。

我们可以查看排放量总览，包含了TSP、PM10、PM2.5等数据；并可以查看全厂各监控点的位置，点中按钮之后可以对厂区内各点的排放进行更为详细的查询，并可以查询该点位详细的设备信息。可以看到，本项目实施后，全场高炉、转炉等监测点的煤气放散为零，本项目燃烧废气经过脱硫处理后，污染物达到了超低排放要求，成为了绿色钢铁厂的典范。

图5：AssetWise工程数据中心

3、工程效益

该工程全面采用了BIM技术，基于统一的模型与信息标准，整合设计模型、实景模型以及第三方模型，构建出与现实工厂完全一致的数字化模型。依托BIM技术应用，有效缩短设计周期，减少现场返工，加快施工进度。和同类工程相比，设计周期节省了15天，建设工期减少了30天，提前投产为用户多带来近2000万的收益。

该机组的投运，将厂内富裕高炉煤气集中进行发电处理，每年累计减少高炉煤气放散13.68亿Nm3，节约标准煤19.2万吨，减少CO2排放47.9万吨，为碳达峰、碳中和目标的实现做出了贡献。本项目年发电量约4.8亿kWh，相当于60万居民的全年用电量，实现了变废为宝。

4、总结

该工程全面采用BIM技术。基于统一的模型与信息标准，整合设计模型、实景模型以及第三方模型，构建出与现实工厂完全一致的数字化模型。通过数字化工厂的建设，依托于数字孪生技术实现厂区的全方位三维化、数字化、智能化的目标，为行业数字化、智能化转型奠定坚实的基础。同时，推动了微型亚临界发电技术在钢铁行业的技术进步。