世界首套60MW亚临界高炉煤气发电工程数字化（BIM）设计应用

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。

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%，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的先河，实现了技术上的重大突破，对于全球亚临界微型发电工程的发展，具有重大的引领意义。

1.2 技术的先进性

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

在设计阶段建立了统一的建模、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O p e n P l a n t P I D 做P I D 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（见图1）。

图1 BIM协同平台

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，都能完美解决。

中间管线的密集程度，在传统的二维设计中将会产生大量的错误，而Bentley的方案解决了这些问题。同时，因大部分管线为高温高压管线，管网安全和管网的应力计算成为难点问题。由于应用了AutoPIPE对整个管网进行静力和应力分析，快速生成了计算结果，大大提高了计算效率和质量。

施工前，应用模型做设计交底，在有限的空间内布置设备和管线，依托于模型，可以在任何一个剖面观察模型，帮助理解设计意图，这种直观性对设计和施工都带来了极大的便利。

施工阶段，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，通过项目各方共同确定了进度目标，在施工过程中按照预定的目标逐步完成。

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

管控平台可以查看排放量总览，包含TSP、PM10、PM2.5等数据，可以查看全厂各监控点的位置，点中按钮后可以对厂区内各点的排放进行更为详细的查询，并可查询该点位详细的设备信息。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的要求，成为绿色钢铁厂的典范。

3.工程效益

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。与同类工程相比，该工程设计周期节省了15天，建设工期减少了30天，提前投产为用户带来近2000万的收益。

该机组的投运，将厂内富余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、智能化转型奠定了坚实的基础，同时推动了微型亚临界发电技术在钢铁行业的技术进步。