圓形儲煤場結(jié)構(gòu)及運行原理

1、圓形儲煤場結(jié)構(gòu)及運行原理1 概 述1.1 圓形煤場概述隨著火力發(fā)電廠鍋爐機組和規(guī)模容量向高參數(shù)、大容量發(fā)展，為確保電廠運行安全，要求電廠儲煤量也越來越大，如何提高場地的利用率，縮小占地面積，降低土石方量，并提高煤場作業(yè)自動化水平，是國內(nèi)現(xiàn)代化火力發(fā)電廠儲煤場發(fā)展需解決的焦點問題。同時隨著環(huán)保意識和環(huán)保要求的日益提高，大型現(xiàn)代化儲煤場還需解決好其對周圍環(huán)境特別是濱海電廠對臨近海域的污染，避免惡劣天氣對儲煤場安全運行的影響等問題。在國際上，新型的大型全封閉圓形煤場及其設(shè)備，以技術(shù)先進，程控水平高，環(huán)保性能突出，已被廣泛采用，它的安全性和可靠性已經(jīng)過眾多的運行業(yè)績證明。圖1.1-1 美國佛羅里達東北

2、海岸某電廠圓形儲煤場2個直徑122m（2001年建成）圖1.1-2 德國某電廠圓形儲煤場臺塑美國公司獨資興建的福建漳州后石電廠是首次在大陸采用這種室內(nèi)圓形煤場的電廠。后石電廠一、二期建設(shè)規(guī)模為6×600MW機組，已全部發(fā)電。電廠采用5座直徑120m圓形煤場作為儲煤設(shè)施，均已投入運行，運行情況良好。目前，電廠正在進行三期施工建設(shè)，再增加3座直徑120m的圓形煤場。圖1.1-3 福建漳州后石電廠圓形儲煤場圖1.1-4 福建漳州后石電廠圓形儲煤場近景下面以福建漳州后石電廠為例介紹圓形煤場及其各主要組成部分：1.2 圓形煤場的主要構(gòu)成圓形煤場由圓形煤場堆取料機、圓形煤場土建結(jié)構(gòu)及其它相關(guān)輔助

3、設(shè)施構(gòu)成。1.2.1 圓形煤場堆取料機后石電廠室內(nèi)圓形煤場內(nèi)采用德國SHADE公司生產(chǎn)的堆取料機。其主要組成部分為：中心柱及下部的圓錐形煤斗、堆料機、取料機、振動給煤機、電氣和控制設(shè)備等。圖1.2-1 福建漳州后石電廠圓形煤場堆取料機圖1.2-2 福建漳州后石電廠圓形煤場堆取料機1.2.1.1 中心柱堆取料機的中心柱位于圓形煤場的中央，由鋼板卷軋為圓筒狀并焊接組裝而成。中心柱的頂部與進入圓形煤場的帶式輸送機棧橋相接，并作為棧橋荷載的一個支承點。帶式輸送機的頭部漏斗下口與中心柱頂?shù)穆涿汗懿捎梅ㄌm連接，并通過其下的斜管接至堆料機上的懸臂帶式輸送機。中心柱的下部設(shè)有一個圓錐形煤斗和三個鋼支腿。支腿支

4、撐于圓形煤場地下鋼筋混凝土基礎(chǔ)上。中心柱也可作為地下運煤隧道的緊急通道。中心柱是煤場堆取料機的重要部件，即承受著各主要部件及輸入棧橋的荷載，也是各部件的安裝中心。因此中心柱的制造安裝工藝要求非常嚴格。1.2.1.2堆料機以中心柱為中心，堆料機的一端為鋼結(jié)構(gòu)懸臂帶式輸送機，另一端為配重箱。進入圓形煤場的煤通過懸臂帶式輸送機頭部卸料。直接向煤場堆煤，堆料機可實現(xiàn)360°回轉(zhuǎn)堆煤。懸臂帶式輸送機的驅(qū)動裝置設(shè)在尾部滾筒處。1.2.1.3 取料機取料機位于中心柱的下部，煤場地面上，并以中心柱為回轉(zhuǎn)中心。其一端為鏈條刮板機，另一端為配重箱。刮板固定在雙鏈條機構(gòu)上，通過尾部的雙電機驅(qū)動鏈輪作循環(huán)運

5、動，將取料機下部的煤刮入中心柱下的圓錐形煤斗內(nèi)，并沿取料機上部空返至取料機頭部。取料機的頭部鏈輪處設(shè)有鏈條的拉緊裝置。取料機的仰俯功能是通過設(shè)在中心柱附近的卷揚機帶動鋼絲繩伸縮而實現(xiàn)的。取料機中部平臺處設(shè)有堆取料機的司機室。在司機室內(nèi)可控制堆取料機的運行。另外，在運煤程控室也同樣可以控制堆取料機的煤場作業(yè)。1.2.1.4 振動給煤機振動給煤機位于煤場中心的圓錐形煤斗下口以及事故煤斗的下口。其主要部件有：給料槽、振動器、振動器鞍座、彈簧組件等。另外還有襯板、護罩、進出料支路、密封部件以及煤流調(diào)節(jié)板等輔助部件。在事故煤斗的振動給煤機入料口上還設(shè)有手動閘門。1.2.1.5 電氣和控制設(shè)備在圓形煤場附

6、近設(shè)有電氣配電間。動力和控制電纜通過地下運煤隧道經(jīng)堆取料機中心柱底部進入中心柱內(nèi)上行接至各設(shè)備。堆取料機與運煤程控室亦有控制電纜相連，實現(xiàn)程控室遠端控制。在煤場內(nèi)的四周設(shè)有攝像頭，并在程控室設(shè)監(jiān)視器，便于運行人員在控制室內(nèi)對煤場進行監(jiān)視和操作。1.2.3圓形煤場土建結(jié)構(gòu)圓形煤場土建結(jié)構(gòu)由擋煤墻、護壁柱及其基礎(chǔ)、屋頂球型鋼網(wǎng)架穹頂組成。煤場側(cè)墻高度為15.5m，側(cè)墻處煤堆高度可達15m。屋頂球型鋼網(wǎng)架穹頂面層采用彩色壓型鋼板，局部為陽光板采光帶。圖1.2-3 帶式輸送機穿過球型鋼網(wǎng)架穹頂并支撐于堆取料機的中心柱頂部入圓形煤場的帶式輸送機穿過球型鋼網(wǎng)架穹頂，支撐于煤場內(nèi)堆取料機的中心柱頂部。送入的

7、煤通過堆料機在圓形煤場內(nèi)形成環(huán)錐形煤堆。取料機沿煤堆斜面將煤刮至中心柱下圓錐煤斗內(nèi)，通過振動給煤機和帶式輸送機地下隧道將煤輸出。1.2.3 圓形煤場其它輔助設(shè)施圓形煤場設(shè)有電動卷簾門，卷簾門上設(shè)有人員進出的小門。在地下帶式輸送機隧道的中部設(shè)有地下煤斗及振動給煤機，作為緊急情況時的排煤口。煤場配置堆煤機作為緊急排煤設(shè)備。煤場的側(cè)墻及堆取料機中心柱上均設(shè)有消防水槍等消防設(shè)施。消防水槍的布置滿足射程覆蓋整個堆煤區(qū)域。消防立足于“以防為主，防消結(jié)合”的方針，原煤的輸配按“先進先出”的原則運行，按煤的自燃周期及時更新。煤場采用自然通風方式，排風口在網(wǎng)架屋蓋頂部中央，進風口在鋼網(wǎng)架穹頂與環(huán)形側(cè)墻之間的環(huán)形

8、口。室外空氣通過圓形煤場四周的進風口自動吸入室內(nèi)，由屋頂天窗排至室外，形成良好的“煙囪效應(yīng)”，保持通風順暢。煤場內(nèi)的可燃氣體可自然排放到室外，避免濃度升高產(chǎn)生爆炸。此外，在堆料帶式輸送機的頭部落料點和尾部的受料點均設(shè)有噴霧除塵裝置，盡量減少煤塵飛揚。在非常龐大的室內(nèi)空間內(nèi)自然通風的流動過程中，煤塵大面積擴散，幾乎全部自行下落至煤堆，難以出現(xiàn)煤塵聚集和外逸的問題。這種通風防爆方式已經(jīng)過多年的運行實踐證明，效果良好。圖1.2-4 中心柱上的消防水炮圖1.2-5 球型鋼網(wǎng)架穹頂與環(huán)形擋煤側(cè)墻之間的環(huán)形口2 堆取料機設(shè)備型式2.1 堆料機的結(jié)構(gòu)型式圓形煤場堆料機的結(jié)構(gòu)型式基本相同，均采用鋼結(jié)構(gòu)懸臂帶式

9、輸送機。根據(jù)其俯仰堆料的功能，可分為堆料不可俯仰和堆料可俯仰兩種型式。堆料不可俯仰的堆料機只能以中心柱為圓心，沿360o方向旋轉(zhuǎn)堆料，堆料高度固定。直徑120圓形煤場，堆料機高度約3035m。該種型式的堆料機機構(gòu)比較簡單，可靠性高，造價低。主要缺點是，當堆料機下部無煤堆或煤堆較低時，堆煤落差很大，會造成較多的煤塵飛揚，見圖2.1-1圖2.1-2。圖2.1-1 堆料機不可俯仰及取料機懸臂式結(jié)構(gòu)圖2.1-2 堆料機不可俯仰及取料機門架式結(jié)構(gòu)堆料可俯仰的堆料機不但能沿360o方向旋轉(zhuǎn)堆料，其懸臂還可根據(jù)煤堆高度上下俯仰，減少低位堆料的落差，避免煤塵飛揚，同時也可適當降低中心柱的高度。這種堆料機主要缺

10、點是：機構(gòu)較復(fù)雜，可靠性有所降低，設(shè)備費較高，見圖2.1-3圖2.1-4。圖2.1-3 堆料機可俯仰及取料機懸臂式結(jié)構(gòu)圖2.1-4 堆料機可俯仰及取料機門架式結(jié)構(gòu)以上兩種型式的堆料機各有優(yōu)缺點，從圓形煤場的運行特點看，堆料機在形成第一個圓錐形煤堆后，是逐步偏移煤堆頂部進行堆料，只有在煤場形成第一個堆煤時（約1個儲煤周期出現(xiàn)1次）才會有很大的落差，以后堆料機均緊靠已有煤堆作業(yè)，落差較小，只要在堆料機頭部適當裝設(shè)噴水抑塵的裝置，完全可以控制煤塵飛揚，并且煤場采用了封閉結(jié)構(gòu)，更不會對場外環(huán)境造成影響。因此，采用無俯仰功能的堆料機雖然功能少，卻已完全滿足圓形煤場的運行要求。采用帶俯仰功能的堆料機，功能

11、較全面，但其俯仰功能僅在煤場形成第一個堆煤時使用，一般運行時，堆料機一直為上仰堆料，無需下俯，俯仰功能較少使用，而且增加功能機構(gòu)也增加了發(fā)生故障的可能性，設(shè)備可靠性有所降低。一般推薦采用無俯仰功能的堆料機。2.2 取料機的結(jié)構(gòu)型式圓形煤場取料機均為刮板式，主要結(jié)構(gòu)型式有兩種：懸臂式和門架式。懸臂式取料機支點設(shè)在中心柱下部，另一端設(shè)有配重，懸臂俯仰采用機械式卷揚提升形式，取料機及其配重均通過中心柱承受荷載。這種型式的取料機機構(gòu)較簡單，設(shè)備重量較小，造價低。后石電廠即采用這種型式，見圖2.1-1圖2.1-3。門架式取料機是將刮板裝置設(shè)在一門形構(gòu)架上，刮板裝置的俯仰分別由設(shè)置于門架上部的卷揚裝置來完

12、成。門架一端支撐在中心柱下部，另一端支撐在煤場側(cè)墻處的軌道上。門架回轉(zhuǎn)驅(qū)動為支撐在環(huán)行軌道上的臺車驅(qū)動，門架的大部重量由擋煤墻承受，可減少中心柱承受力，使得回轉(zhuǎn)軸承更加合理，提高了設(shè)備的可靠性，但設(shè)備機構(gòu)較復(fù)雜，造價較高。門式取料機還可利用環(huán)行軌道（擋煤墻）通過門架梯子直接上機，見圖2.1-2圖2.1-4。懸臂式和門架式取料機主要有以下幾方面不同：（1） 門式取料機結(jié)構(gòu)型式較合理，對中心柱的影響小，使得中心柱受力狀態(tài)明顯改善，運行更穩(wěn)定。懸臂式取料機的負荷全部傳遞給中心柱，對中心柱的要求高，中心柱設(shè)計制造難度大，穩(wěn)定性較差。（2） 門架式結(jié)構(gòu)適用于大出力、大直徑取料機，而懸臂式結(jié)構(gòu)較適用低出力

13、、直徑較小的取料機。（3） 門架式結(jié)構(gòu)較緊湊，不需要設(shè)計平衡重，堆料機下設(shè)備占用空間少，堆、取料機之間交叉關(guān)系少。 而懸臂式結(jié)構(gòu)設(shè)有尺寸較大的配重機構(gòu)，還需避免配重機構(gòu)與煤堆及堆料機相干涉。（4） 門架式結(jié)構(gòu)增加了設(shè)備機構(gòu)部件，加大了設(shè)備重量指標，造價較高。懸臂式結(jié)構(gòu)造價相對較低。（5） 門架式結(jié)構(gòu)需在擋煤墻上增加環(huán)行鋼軌，并需設(shè)置人員檢修通道，需加寬擋煤墻上部寬度和球型鋼網(wǎng)架穹頂直徑，土建費用有所增加。懸臂式結(jié)構(gòu)取料機及其配重荷載全部集中作用于中心柱處基礎(chǔ)，使中心柱基礎(chǔ)土建費用較大。（6） 由于門架式的環(huán)行軌道直徑較大，周長較長，增加了一定的施工、安裝工程量和難度，在軌道施工、安裝時應(yīng)特別注

14、意安裝質(zhì)量。綜上所述，門架式取料機在結(jié)構(gòu)合理性，設(shè)備穩(wěn)定性，運行可靠性等方面較有優(yōu)勢，并且對于大出力、大直徑的取料機，較宜采用門架式結(jié)構(gòu)，有利于設(shè)備的長期運行，目前寧海電廠、可門電廠等采用該型式；懸臂式取料機投資較省，特別適用于小直徑、小出力的煤場，運行業(yè)績也較多，漳州后石電廠、汕尾電廠等全部采用該型式。具體工程設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)工程實際情況，選擇合理的取料機設(shè)備結(jié)構(gòu)型式。3 堆取料機的運行方式3.1 基本運行原理3.1.1 堆料作業(yè)堆料機定點給煤至煤場地面，形成一個圓錐形煤堆。當煤堆達到一定高度，其頂面觸及堆料機端部的探頭時，堆料機回轉(zhuǎn)一定的角度，緊靠原煤堆堆積另一個煤堆。按此方式，堆料機沿36

15、0°圓周方向逐漸堆積數(shù)個緊靠的煤堆，直到煤場充滿，或堆料機已回轉(zhuǎn)到與取料機的安全距離極限位置。3.1.2 取料作業(yè)預(yù)先設(shè)定取料回轉(zhuǎn)范圍，取料機將在設(shè)定范圍內(nèi)開始回轉(zhuǎn)取料（煤堆上的不規(guī)則面已經(jīng)過平整處理）。取料機的回轉(zhuǎn)運行還受其與堆料機之間距離限制，回轉(zhuǎn)范圍亦不能進入與堆料機的安全極限范圍。這時，取料范圍將由堆料機位置優(yōu)先決定。3.1.3 堆料、取料同時作業(yè)堆料作業(yè)和取料作業(yè)可以在各自的設(shè)定工作范圍內(nèi)同時進行。當輸入煤量大于輸出煤量時，煤場將逐漸充滿（堆料機運行靠近取料機時，取料機應(yīng)轉(zhuǎn)移到新的工作區(qū)域）。當輸出煤量大于輸入的煤量時，煤場將逐漸被取空（取料機運行靠近堆料機時，堆料機應(yīng)轉(zhuǎn)移

16、到新的工作區(qū)域）。3.1.4 煤場作業(yè)極限煤場內(nèi)若需留出人員以及堆煤機設(shè)進出的通道，在調(diào)試時，運行人員可以對這種特定位置進行設(shè)定，堆料機、取料機將不能在這些特定的位置范圍內(nèi)作業(yè)或停留。只有在需要改變堆料或取料位置時，堆料機或取料機可通過這些區(qū)域。3.2 運行模式堆取料機的運行模式有三種：檢修、人工操作、自動運行。4 煤場儲量4.1 儲量計算方式目前，圓形煤場的設(shè)計、運行在國內(nèi)尚屬新生事物，在計算其儲煤量時，其煤場堆積系數(shù)、平均堆積密度等參數(shù)取值尚無國家有關(guān)規(guī)程規(guī)定的明確依據(jù)。根據(jù)普通斗輪堆取料機煤場或橋抓煤場的經(jīng)驗，普通煤場在堆煤范圍內(nèi)難以形成規(guī)整的煤堆，煤堆成形性不好，充滿系數(shù)差；并且堆高只

17、能達到1014m左右，煤壓低，煤堆松散。圓形煤場側(cè)墻高度一般1321m，煤堆頂堆高達30m以上，煤場內(nèi)儲煤基本上已自然壓實。據(jù)圓形煤場大型堆料機的堆料原理以及運行方式，堆料機沿圓周方向均勻堆料，所形成的煤堆形狀也較規(guī)整，但其環(huán)形煤堆系三維空間變化的斷面，且有通道及作業(yè)區(qū)等分割，采用手算誤差大。因此，在計算圓形煤場儲量時，應(yīng)采用三維建模的方式，模擬煤堆的空間實體進行體積計算，堆積系數(shù)取值可適當參考普通煤場。4.2 堆煤計算區(qū)域圓形煤場堆取料機設(shè)備本體可沿360o方向任意進行堆取作業(yè)，但由于運行、管理、檢修、維護的要求，實際較難做到全圓周堆煤。堆煤范圍一般有以下三種方式：4.2.1 全圓周堆料方式

18、堆料機360o范圍均可堆煤，煤場地面無固定的人員或設(shè)備進出通道，這樣可最大限度地利用煤場場地儲煤，有效降低堆料機及煤場側(cè)墻的高度，工程投資最省。該布置方式煤堆三維幾何形狀見圖4.2-1。在圓形煤場側(cè)墻四周需多處設(shè)置進出大門，用作設(shè)備檢修通道。大門平時采用大枕木封閉，當設(shè)備器械等需進出煤場時可根據(jù)當時煤場內(nèi)煤堆取空位置，拆開相應(yīng)的封門。正常運行、維護時，人員可通過運煤棧橋或地下隧道由中心柱進出煤場。圖4.2-1 全圓周堆料方式煤堆三維幾何形狀4.2.2 留出地面通道堆料方式在圓形煤場側(cè)墻上設(shè)置一個進出大門，堆料機堆煤工作范圍以煤堆下底邊相切確定。從大門到堆取料機中心柱之間始終不堆煤，煤場地面留有

19、人員及設(shè)備進出通道，運行、檢修進出方便，但由于大門處有很大寬度的三角范圍未堆煤，煤堆體積損失較大。其煤堆三維幾何形狀見圖4.2-2。圖4.2-2 留出地面通道堆料方式煤堆三維幾何形狀圖4.2-3 留出地面通道堆料方式的煤堆形狀及地面通道4.2.3 留出進門空間堆料方式在圓形煤場側(cè)墻上設(shè)置一個進出大門，在側(cè)墻大門處較小寬度的三角范圍不堆煤，煤堆底部重疊處控制在最高2m左右，正常運行時，人員越過部分煤堆可到達堆取料機中心柱。若利用推煤機輔助作業(yè)，還可將該部分煤堆鏟到大門三角區(qū)域的空閑處，即可留出中間通道，運行、檢修進出較為方便。該布置方式煤堆三維幾何形狀見圖4.2-4。圖4.2-4 留出進門空間堆

20、料方式煤堆三維幾何形狀圖4.2-5 留出進門空間堆料方式煤堆形狀及地面通道4.2.4 三種方式的比較以某工程圓形煤場直徑110m，堆煤體積要求17.4×104m3為例，對煤場不同堆煤方式的煤堆區(qū)域，進行煤堆三維建模計算結(jié)果如下：堆料方式側(cè)墻高度m側(cè)墻堆高m堆頂高度m煤堆內(nèi)徑m煤堆體積m3全圓周14.51328.9238174747留出地面通道23.52233.4238175320留出進門空間20.51931.9238175017通過上表可看出，在滿足儲煤體積要求的情況下，堆料機全圓周堆煤，側(cè)墻高度僅需14.5m，堆料機（中心柱）及側(cè)墻高度最低。但由于煤場地面沒有人員及設(shè)備的進出通道，

21、安裝、調(diào)試、檢修維護等工作很不方便，亦不利于電廠今后的運行管理；留出地面通道的方式，運行、檢修人員、設(shè)備進出方便，但煤場儲煤量損失最大，側(cè)墻高度需23.5m，堆料機（中心柱）及側(cè)墻高度最高；留出進門空間的方式，在煤場進出大門處不堆煤，留有人員即設(shè)備進出空間，大門至中心柱通道上煤堆高度約02m，煤堆坡度小，已完全可滿足人員和設(shè)備進出，煤場側(cè)墻高度需20.5m，堆料機和側(cè)墻高度較低。由于圓形煤場的側(cè)墻造價較高，在煤場整體投資中所占的比例較大，采用煤場進出大門處不堆煤，留有人員即設(shè)備進出空間的方式能較好地滿足運行、檢修、維護的要求，并且較大程度地節(jié)省了擋墻的造價，建議按此方式進行擋墻高度及儲煤量計算

22、。并且，在設(shè)計圓形煤場時，還應(yīng)在滿足工程儲煤量要求的情況下，結(jié)合總平面布置、地基條件等，對煤場直徑、擋墻高度、土建造價進行分析比較，篩選出直徑和擋墻高度的最合理組合方案，實現(xiàn)降低煤場總造價的目的。5 堆取料機主要制造廠及供貨方式目前國際上能設(shè)計和制造圓形煤場堆取料機的公司較多，實力較強的主要有德國的KRUPP公司、FAM公司、SCHADE公司、KOCH公司、API公司、法國的AMECO公司、奧地利的奧鋼聯(lián)公司等。上述幾個公司在圓形煤場堆取料機設(shè)備的設(shè)計和制造上均有良好業(yè)績，實力較強，有能力提供優(yōu)質(zhì)的煤場設(shè)備。根據(jù)國內(nèi)外引進設(shè)備的經(jīng)驗，圓形煤場堆取料機設(shè)備采購可以采用以下兩種供貨方式：（1） 全

23、部由國外公司制造，成套供貨，并提供現(xiàn)場安裝、調(diào)試、運行技術(shù)指導(dǎo)。（2） 由國內(nèi)實力強的堆取料設(shè)備專業(yè)制造廠與國外公司合作生產(chǎn)，關(guān)鍵部件采用進口，非關(guān)鍵部件及鋼結(jié)構(gòu)件等國內(nèi)制造，國外公司負責整機詳細設(shè)計和技術(shù)支持（其關(guān)鍵技術(shù)采用轉(zhuǎn)讓的方式）及監(jiān)造，雙方均對整機設(shè)備質(zhì)量負責。采用第一種方式，設(shè)備造價較高，今后的檢修、故障處理、易損件及零配件等的供應(yīng)也較困難，并且大量的鋼結(jié)構(gòu)等非關(guān)鍵部分實際上也是國外公司在國內(nèi)進行轉(zhuǎn)手外包。采用第二種方式，可降低設(shè)備造價，以目前國內(nèi)制造行業(yè)能力，只要選擇實力強的專業(yè)制造廠，應(yīng)能確保設(shè)備質(zhì)量，并且零配件的長期供應(yīng)、故障及時處理、技術(shù)服務(wù)等也有保障，這樣能夠更快、更全面、更可靠的實現(xiàn)國產(chǎn)化。目前已有福州可門電廠和廈門嵩嶼電廠的圓形煤場堆料機采用華電工程公司與SHADE公司合作生產(chǎn)的供貨方式，國產(chǎn)化率約55，在一定程度上降低了設(shè)備造價。隨著國產(chǎn)化的進一步