大俯仰斗輪堆取料機(jī)應(yīng)用研究

賈 斌

(中國能源建設(shè)集團(tuán)廣東省電力設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東 廣州 510663)

0 引言

貯煤場(chǎng)是燃煤火力發(fā)電廠貯存燃料的重要設(shè)施[1]。早期貯煤場(chǎng)多采用露天條形煤場(chǎng)，占地面積大、場(chǎng)地利用率低、環(huán)保性差[2-3]?，F(xiàn)行《中華人民共和國大氣污染防治法》要求對(duì)貯存煤炭的料倉進(jìn)行密閉。近年來新建的條形煤場(chǎng)多采用封閉形式，原露天條形煤場(chǎng)也開始進(jìn)行封閉改造[4-7]。

因封閉式條形煤場(chǎng)單位面積造價(jià)高，且受到消防規(guī)范的嚴(yán)格限制[8-9]，如何減小貯煤場(chǎng)占地面積、降低造價(jià)、提高場(chǎng)地利用率、節(jié)約土地資源等越來越受到關(guān)注。在不改變條形煤場(chǎng)型式的前提下，采用大俯仰斗輪堆取料機(jī)是一種較好的替代方案。

1 大俯仰斗輪堆取料機(jī)

大俯仰斗輪堆取料機(jī)是在傳統(tǒng)應(yīng)用的斗輪堆取料機(jī)基礎(chǔ)上進(jìn)行的優(yōu)化，是指通過特殊設(shè)計(jì)，使斗輪堆取料機(jī)懸臂的俯仰角度可以達(dá)到約±15°，如圖1所示。

圖1 大俯仰斗輪堆取料機(jī)示意圖

相比傳統(tǒng)斗輪堆取料機(jī)，大俯仰斗輪堆取料機(jī)具有以下優(yōu)缺點(diǎn)：

1)通過增大懸臂俯仰角度，在不增加斗輪堆取料機(jī)懸臂長度的情況下，提高懸臂堆、取的高度范圍，從而增加堆煤高度，提高單位面積貯煤量，減小煤場(chǎng)占地面積。

2)大俯仰斗輪堆取料機(jī)堆取角度均為15°，達(dá)到了帶式輸送機(jī)運(yùn)輸物料傾斜角度的上限，相比傳統(tǒng)斗輪堆取料機(jī)(俯角-13°/仰角+12°)，可以最大限度地發(fā)揮設(shè)備性能。

3)大俯仰斗輪堆取料機(jī)俯角可達(dá)到15°，因此可以允許斗輪堆取料機(jī)工作在更高的軌道平臺(tái)上，可方便煤場(chǎng)兩端轉(zhuǎn)運(yùn)站和煤場(chǎng)帶式輸送機(jī)拉緊裝置的布置，平臺(tái)和軌道不易被煤堆垮塌等淹沒。

4)高位布置的斗輪堆取料機(jī)軌道下方的隧道可作為電纜、水管、消防管、排污溝等布置區(qū)域，優(yōu)化煤場(chǎng)內(nèi)管線的布置。高位布置的斗輪堆取料機(jī)平臺(tái)也有條件設(shè)置消防車、推煤機(jī)的下穿通行通道。既能滿足消防要求，同時(shí)推煤機(jī)不必再繞行煤場(chǎng)環(huán)形道路，避免推煤機(jī)履帶壓壞路面。斗輪堆取料機(jī)平臺(tái)側(cè)墻兼做擋煤墻，極限情況下允許壓煤，可以增加煤場(chǎng)貯量。

5)當(dāng)2×1 000 MW機(jī)組燃燒較差煤種時(shí)，采用傳統(tǒng)斗輪堆取料機(jī)無法實(shí)現(xiàn)在12 000 m2單個(gè)防火分區(qū)面積內(nèi)和50 000 m2單座煤場(chǎng)面積內(nèi)貯存20 d的耗煤量。根據(jù)國內(nèi)消防規(guī)范[10]，此種情況下將不得不采用兩座或以上的封閉煤場(chǎng)，從而大大增加占地面積和造價(jià)。而大俯仰斗輪堆取料機(jī)煤場(chǎng)通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，可在消防規(guī)范限制內(nèi)設(shè)計(jì)單座煤場(chǎng)，節(jié)約了相關(guān)的投資。

6)大俯仰斗輪堆取料機(jī)本身的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性計(jì)算比傳統(tǒng)斗輪堆取料機(jī)更為復(fù)雜，懸臂帶式輸送機(jī)電機(jī)功率比傳統(tǒng)斗輪堆取料機(jī)更大。

7)大俯仰斗輪堆取料機(jī)在堆取靠近軌道基礎(chǔ)的煤堆時(shí)，會(huì)受到基礎(chǔ)的部分影響，可能會(huì)增加推煤機(jī)等煤場(chǎng)機(jī)械的輔助作業(yè)量。

8)根據(jù)最近工程應(yīng)用情況，大俯仰斗輪堆取料機(jī)相比傳統(tǒng)斗輪堆取料機(jī)設(shè)備費(fèi)用上基本相同，軌道平臺(tái)基礎(chǔ)的土建費(fèi)用略有增加，但總體相差不大。

2 2×1000MW機(jī)組貯煤場(chǎng)計(jì)算示例

某2×1 000 MW機(jī)組燃用陜北的原煤，耗煤量為780 t/h。應(yīng)本項(xiàng)目集團(tuán)公司以及當(dāng)?shù)卣囊?，煤?chǎng)貯煤量須按20 d進(jìn)行設(shè)計(jì)，即煤場(chǎng)貯煤量不小于31.2×104t。本工程的煤場(chǎng)示意圖如圖2所示。

圖2 某2×1 000 MW機(jī)組程貯煤場(chǎng)示意圖

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，對(duì)采用大俯仰斗輪堆取料機(jī)和傳統(tǒng)斗輪堆取料機(jī)的條形煤場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行了計(jì)算，主要計(jì)算結(jié)果見表1所列。

表1 2×1 000 MW機(jī)組條形煤場(chǎng)計(jì)算結(jié)果對(duì)比表

根 據(jù)GB 50229—2019《 火 力 發(fā) 電 廠 與變電站設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》[10]第3.0.5條的要求，即“每座室內(nèi)貯煤場(chǎng)最大允許占地面積不應(yīng)大于50 000 m2，每個(gè)防火分區(qū)面積不宜大于12 000 m2，當(dāng)防火分區(qū)面積大于12 000 m2時(shí)，防火分區(qū)之間應(yīng)采用寬度不小于10 m的通道或高度大于堆煤表面高度3 m的防火墻進(jìn)行分隔”。

根據(jù)消防規(guī)范條款的條文說明，50 000 m2的面積限制是基于2×1 000 MW機(jī)組的褐煤15 d貯煤量或煙煤20 d的貯煤量而制定的。而當(dāng)發(fā)電廠的煤場(chǎng)布置受限或煤質(zhì)較差時(shí)，單座煤場(chǎng)面積常常會(huì)超出50 000 m2的限制，由表1所知。在此種情況下，為滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，不得不將煤場(chǎng)分隔為兩個(gè)互相獨(dú)立的封閉煤場(chǎng)，從而大大增加了占地面積和工程量。

當(dāng)采用大俯仰斗輪堆取料機(jī)方案時(shí)，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，基本均可以控制單座煤場(chǎng)總面積以及單個(gè)防火分區(qū)面積處于標(biāo)準(zhǔn)的限制要求之內(nèi)，從而節(jié)約相關(guān)的投資。

3 3×660MW機(jī)組大型貯煤場(chǎng)應(yīng)用方案

某3×660 MW機(jī)組工程受當(dāng)?shù)卣吆铜h(huán)保要求的限制，需要選用封閉式條形貯煤場(chǎng)。該工程燃用印尼煤、澳洲煤，日耗煤量17 350 t，容量要求可貯存3×660 MW機(jī)組45 d耗煤量，共須貯存燃煤78.1×104t。煤場(chǎng)內(nèi)配置2臺(tái)懸臂回轉(zhuǎn)半徑45 m的斗輪堆取料機(jī)。

本工程要求煤場(chǎng)必須符合GB 50229—2019《火力發(fā)電廠與變電站設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》第3.0.5條的要求。

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，主要考慮消防規(guī)范對(duì)貯煤場(chǎng)的限制，初步計(jì)算單座不超過50 000 m2的煤棚不能滿足本工程的貯煤面積需要，必須分多個(gè)煤棚。因煤棚內(nèi)分堆會(huì)造成封閉煤場(chǎng)面積的浪費(fèi)，本工程的煤場(chǎng)考慮分隔為4座相隔10 m的封閉煤棚，其示意圖如圖3所示。

圖3 某工程貯煤場(chǎng)布置圖

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，對(duì)采用大俯仰斗輪堆取料機(jī)和傳統(tǒng)斗輪堆取料機(jī)的條形煤場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行了計(jì)算，主要計(jì)算結(jié)果見表2所列。

表2 3×660 MW機(jī)組條形煤場(chǎng)計(jì)算結(jié)果表

由表2可知，當(dāng)采用大俯仰斗輪堆取料機(jī)條形煤場(chǎng)方案時(shí)，煤場(chǎng)總面積相比傳統(tǒng)斗輪堆取料機(jī)條形煤場(chǎng)可以減少約10%，對(duì)于本工程而言，可大大節(jié)約總占地面積和封閉煤棚面積，有效降低造價(jià)，因此本工程最終選用大俯仰斗輪堆取料機(jī)條形煤場(chǎng)方案。

本工程煤場(chǎng)共配置2臺(tái)懸臂回轉(zhuǎn)半徑45 m、俯仰角度±15°、堆料高度20 m (軌上16 m軌下4 m)、堆取料出力2 000 t/h的大俯仰斗輪堆取料機(jī)。貯煤場(chǎng)共有12個(gè)煤堆，煤場(chǎng)總長度454 m，總跨度240 m，煤堆高度20 m，總存煤量約為78.1×104t。每座煤堆面積小于12 000 m2，煤堆之間間隔均不小于10 m，每座煤場(chǎng)占地面積小于50 000 m2，符合消防要求的規(guī)定。

斗輪堆取料機(jī)整體位于距離煤場(chǎng)地面約4 m的平臺(tái)上，平臺(tái)側(cè)墻兼做擋煤墻。平臺(tái)下可作為管道和電纜布置的隧道。不同煤棚之間間隔10 m，煤棚之間不設(shè)山墻以允許斗輪堆取料機(jī)通行，在煤棚間隔外圍設(shè)擋風(fēng)抑塵墻，消防道路從4 m高斗輪機(jī)平臺(tái)下方穿過，既能允許消防車通行，也可允許推煤機(jī)和裝載機(jī)等煤場(chǎng)機(jī)械下穿，提高運(yùn)行靈活性。本工程煤場(chǎng)的橫斷面布置如圖4所示。

圖4 本工程所用大俯仰斗輪機(jī)示意圖

4 大俯仰斗輪堆取料機(jī)項(xiàng)目調(diào)研

4.1 焦作龍?jiān)?×660 MW電廠

焦作電廠全廠配置一座長343 m封閉條形煤場(chǎng)，為中間設(shè)置立柱的兩跨結(jié)構(gòu)，每跨寬度95 m；煤場(chǎng)配置兩臺(tái)長沙某公司生產(chǎn)的斗輪堆取料機(jī)，其主要參數(shù)見表3所列。斗輪堆取料機(jī)初始為常規(guī)設(shè)計(jì)，執(zhí)行過程中變更為大俯仰設(shè)計(jì)，是國內(nèi)第一家采用大俯仰斗輪堆取料機(jī)的電廠。

表3 焦作龍?jiān)措姀S斗輪堆取料機(jī)主要參數(shù)表

自2014年投運(yùn)以來，除運(yùn)行中發(fā)生因操作失誤導(dǎo)致的前臂架脫落、斗輪電機(jī)及減速機(jī)地腳螺栓繃斷等故障外，斗輪堆取料機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，缺陷較少。

4.2 海豐2×1 000 MW電廠

華潤海豐2×1 000 MW電廠全廠配置兩座直徑120 m圓形煤場(chǎng)及一座長200 m、總跨度100 m封閉條形煤場(chǎng)。條形煤場(chǎng)內(nèi)配置一臺(tái)長春某公司生產(chǎn)的大俯仰通過式斗輪堆取料機(jī)，參數(shù)見表4所列。條形煤場(chǎng)2015年10月投入運(yùn)行。

表4 海豐電廠斗輪堆取料機(jī)主要參數(shù)表

海豐電廠條形煤場(chǎng)于2015年10月投入使用，斗輪堆取料機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，缺陷較少，主要維護(hù)工作是磨損件的更換。2021年出現(xiàn)一次因液壓系統(tǒng)故障導(dǎo)致懸臂只能上升不能下降的問題，維修液壓系統(tǒng)后問題解決。

4.3 錦州2×660 MW電廠

華潤錦州2×660 MW電廠全廠配置兩座長250 m、總跨度120 m封閉條形煤場(chǎng)。每座煤場(chǎng)配置一臺(tái)天津某公司生產(chǎn)的大俯仰斗輪堆取料機(jī)，參數(shù)見表5所列。

表5 錦州電廠斗輪堆取料機(jī)主要參數(shù)表

錦州電廠條形煤場(chǎng)于2020年9月投入運(yùn)行，懸臂斗輪機(jī)運(yùn)行基本穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)方面未見異常。運(yùn)行中產(chǎn)生的主要故障為電氣控制方面故障，主要原因?yàn)樵O(shè)備投運(yùn)時(shí)間不長，還在磨合期；安裝時(shí)誤差較大。

5 大俯仰斗輪堆取料機(jī)設(shè)計(jì)應(yīng)用注意事項(xiàng)

1)優(yōu)化煤堆的長度和寬度，必須進(jìn)行多種煤堆長寬組合方案計(jì)算，盡量減少煤棚的占地面積，最大化地實(shí)現(xiàn)節(jié)地節(jié)造價(jià)的效果。

2)特別注意斗輪堆取料機(jī)平臺(tái)基礎(chǔ)兩側(cè)的堆取煤，優(yōu)化軌道平臺(tái)兩側(cè)的欄桿走道的布置，不應(yīng)產(chǎn)生堆取煤的死角，并注意減少斗輪機(jī)直接堆取煤的障礙。同時(shí)，特別注意平臺(tái)兩側(cè)的煤堆底部總間距不小于10 m，以符合消防規(guī)定。

3)當(dāng)需要利用斗輪堆取料機(jī)平臺(tái)下方的隧道時(shí)，應(yīng)注意相關(guān)的消防限制。

4)特別注意大俯仰斗輪堆取料機(jī)俯、仰的極限位置與兩側(cè)煤堆的關(guān)系，避免配重在極限位置與煤堆的碰撞。

5)在大俯仰斗輪堆取料機(jī)設(shè)備招標(biāo)及后續(xù)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)要求設(shè)備生產(chǎn)廠家進(jìn)行多種工況的穩(wěn)定性計(jì)算，保證設(shè)備的運(yùn)行安全。

6 結(jié)語

經(jīng)實(shí)踐驗(yàn)證，大俯仰技術(shù)在斗輪堆取料機(jī)的應(yīng)用良好，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備的連續(xù)安全穩(wěn)定運(yùn)行，國內(nèi)許多制造廠家均具備大俯仰斗輪堆取料機(jī)設(shè)計(jì)和制造能力。大俯仰斗輪堆取料機(jī)的應(yīng)用可有效減少煤場(chǎng)及封閉煤棚的占地面積、降低造價(jià)、提高土地利用率，也可更好地符合現(xiàn)行消防規(guī)范要求、提高煤棚消防安全水平，在條形煤場(chǎng)的設(shè)計(jì)中可以推廣應(yīng)用。