封闭储煤设施评述与对比-技术创新

封闭储煤设施评述与对比

日期：2016-12-7 14:32:15　来源：互联网　浏览数：
　

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储煤是整个煤炭开采、加工利用及运销等部门中的重要环节。对于包括选煤厂在内的诸多加工利用企业来说，储煤也是最大限度地保证煤炭基地与企业之间连续正常生产的重要环节。
    根据国家标准ＧＢ　５０５３９—２００５《煤炭洗选工程设计规范》，规定“在人口集中的城镇或自然保护区附近的选煤厂，应采用封闭方式储存原煤”，“选后产品储存应采用煤仓或封闭式储煤棚”。迄今为止，选煤厂仍大量采用露天方式储煤，由于风吹雨淋不仅造成煤炭资源损失，而且还严重污染大气。随着越来越严格的环保要求，各级政府部门都要求或将要求新建的选煤厂采用封闭储煤设施，并对原有的选煤厂露天设施限期整改。所以，封闭式储煤设施的设计和建设，业已急迫地提到议事日程，为此以下对储煤设施进行综述比较。
    封闭式储煤设施大致可分为筒仓、地上储煤棚及半地下式储煤仓３种形式。
    １　筒　　仓
    按仓体结构筒仓可分为钢筋混凝土仓和钢仓。钢筋混凝土仓使用广泛，有小型的方形仓，也有大型的圆筒仓。圆筒仓的直径通常有１２　ｍ、１５　ｍ、１８　ｍ和２２　ｍ几种形式，也有２７　ｍ、３０　ｍ及４０　ｍ的大型仓，其最大储量可达５万ｔ。仓内壁可以粘贴微晶铸石，起到防砸防堵的作用，仓壁外可贴保温材料，冬季防止冻仓，夏季防止仓内温度过高。仓口及下部仓体上安装空气炮，防止堵塞。
    钢仓同样有方形仓和圆筒仓之分，通常方形钢仓用作短时间的缓冲仓，仓容较小，圆筒仓又可以分为２种形式，一种与钢筋混凝土筒仓类似，由出料锥段、仓体直段、球缺型顶部组成的圆仓（如图１所示）。另一种为由仓体直段和球缺型顶部组成的圆仓，此种仓无法实现仓下自动出料。钢仓的直径可达６０　ｍ或更大，单仓储量可达到５０万ｔ，钢仓的内壁需考虑防腐措施，也可根据储煤要求粘贴微晶铸石，仓体外部需铺设保温材料，为防止发生堵仓，仓出料口安装空气炮，并设置多个出料口，提高仓容和减小锥段承压力。

对比钢筋混凝土仓和钢仓，前者具有坚固耐压、热稳定性好、维护成本低、使用寿命长等优点，钢仓则具有自重轻、建设周期短、建设季节影响因素少、造价低、仓容大等优势，具体对比详见表１。

    ２　地上储煤棚
    地上储煤棚按外形可分为半球形储煤棚和长条形储煤棚，按储煤棚内部堆取料设备配置可分为机械堆取料设备储煤棚和装载机堆取料储煤棚，按结构形式可分为球形网架结构储煤棚和充气膜结构储煤棚。
    ２．１　半球形储煤棚
    半球形储煤棚的直径一般为６０　ｍ～１２０　ｍ，配备堆取料机时，储煤棚四周一般设置较高的混凝土挡煤墙，堆取料机安装在储煤棚中心，储煤棚四周堆煤，堆取料机的堆料臂可以上下调整并３６０°旋转，保证堆料均匀并控制落料高度，减少煤尘飞扬，取料时通过取料刮板将煤刮至地下受煤胶带输送机上，通过胶带输送机运出储煤棚（如图２所示）。不配备堆取料设备时，可以设置中心落煤塔，降低煤尘；根据堆煤量的多少，可以设置挡煤墙；也可以不设置挡煤墙，通过地下受煤坑取煤，堆料时依靠重力自然堆积，取煤时使用装载机辅助作业。圆形料场环保性能突出，技术先进，配备机械堆取料设备时可大幅提高整个输煤系统的效率；场地利用率高；避免恶劣环境对储煤棚安全运行的影响。圆形煤场与条形煤场比较，其占地面积小，土建工程量少，施工工期短；但煤场建成后不能延伸扩建，如果煤棚中含中心柱，中心柱和地下结构工程量较大。

    ２．２　长条形储煤棚
    长条形储煤棚可设置机械堆取料设备或不设机械堆取料设备。设置堆取料设备时，可以采用斗轮堆取料机或移动卸料小车与门式刮板取料机相配合。采用斗轮堆取料机时，可以根据储煤棚的宽度，将斗轮堆取料机安装于储煤棚的一侧，另一侧堆煤，或安装于储煤棚中心，两侧堆煤。采用移动卸料小车与门式刮板取料机相配合时，进入储煤棚的胶带输送机安装于储煤棚中心，通过移动卸料小车将煤卸入储煤棚，在储煤棚的两侧安装刮板取料机，通过刮板取料机将煤给入胶带输送机，运出储煤棚，使用移动卸料小车卸料时，煤炭的落料高度较高，当煤炭水分低时，应考虑采用喷雾降尘，或采取其他除尘降尘措施。不设置堆取料设备时，按储煤棚宽度，可以设置一条入棚胶带输送机，也可以设置多条入棚胶带输送机，输送机靠储煤棚中部设置，按煤炭的自然散落堆积情况，确定是否设置挡煤墙及挡煤墙高度，储煤棚内煤炭由受煤坑下给煤机给入受煤胶带输送机，由胶带输送机运出储煤棚，也可以将运输车辆驶入储煤棚内，通过装载机装车，使用装载机辅助作业时，因扬尘需考虑除尘措施。储煤棚内使用机械堆取料设备和不使用堆取料设备的对比详见表２。

长条形料场是国内外电厂、选煤厂、焦化厂储煤棚常用的成熟技术方案，其特点与半球形料场接近。条形全封闭煤场在堆（取）料设备配置、延伸扩建条件、施工运行条件、施工管理和降低综合造价等方面更有优势。半球形储煤棚与条形储煤棚对比详见表３。

    ２．３　球形网架结构
    球形网架结构储煤棚顶部采用球面钢结构网壳，下部采用混凝土浇筑基础。与钢筋混凝土结构煤仓相比，具有自重小、强度高的特点，同时塑性和韧性好，抗震能力较强，制作简便工业化程度高、施工周期短，可拆卸、改造，建筑垃圾少，材料可重复利用。但是由于主体是梁、板、柱、桁架等钢构件通过焊缝、螺栓等连接组制成，钢材为非燃烧体，耐热但不耐火，裸露钢结构耐火极限一般为１５　ｍｉｎ～２０　ｍｉｎ，钢结构需重视防火问题。同时钢结构在低温和其他条件下，也可能发生脆性断裂。同时耐腐蚀性差，节点锈蚀严重会引发安全事故，应用中可采用热浸锌、热喷铝复合涂层、普通防腐蚀方法等满足钢结构的使用年限要求。
    综上所述，钢结构球形网架储煤棚的特点与优势包括以下７个方面。
    （１）从设计角度：网架储煤仓是三维空间结构体系，改变了一般平面受力的特点，能够承受各方面的荷载，结构受力性能好，自重较轻，抗震性好。
    （２）从经济角度：与钢筋混凝土结构的储煤仓相比较造价低。
    （３）从工厂化制作角度：结构杆件尺寸荷节点形状有大量的相同荷相似，整齐划一，规律性强，便于标准化和工厂化生产，缩短工期，降低错误可能性，节约人力成本和材料损耗，加快建设速度。
    （４）从安装角度：已有成熟的安装工艺，作业面多，便于立体作业，用工效率高，安装速度快，能有效地缩短工期。不需大型起重设备，同时吊车一次站位的作业半径就可以覆盖大面积的作业区域，不需要多次转场，机械使用效率高、成本低。
    （５）从运输角度：构件多为规则小型杆件，钢管自然对中不产生偏心，便于打包运输以及现场卸货，占用施工场地较小。
    （6）从空间利用率角度：适宜于大跨度大柱距的建筑，空间利用率高，单位容积金属消耗量低，经济效果明显。
    （7）从绿色环保角度：建筑垃圾少，废料可以回收。主结构为钢材，使用期满拆除后回收易，可获得较大收益；另外可降低折旧费，相对传统建筑具有保值优势。
    （７）从美观角度：大跨度半球型建筑整体气势磅礴，球形节点造型美观，整体几何对称，简约大方。
    ２．４　充气膜结构储煤棚
    充气膜结构储煤棚，是充气膜结构在选煤厂的应用形式。充气膜结构，也叫充气结构，是在高分子复合膜材形成的密闭空间中注入空气并保持一定的室内外压差，使膜面受拉以保证刚度，同时维持形态并抵抗外部载荷的结构形式，配合钢缆加劲索系统，满足煤炭封闭存储的需求（如图３所示）。充气膜结构采用较高热反射率、散热率和低热传导率的膜材，保温性能优越，自然光透射率较高，具有节能环保的特点。充气膜结构的自重轻，适合于大跨度，中心部位无支撑，降低基础的造价，施工周期短，在大跨度储煤棚建设成本上有明显优势。通过采用专用膜材并添加涂层，充气膜结构可耐腐蚀、老化，使用寿命较长，一般约２５　ａ，但气膜易被尖锐物体破坏，故对周围环境有一定要求，气膜破损后由于漏气，可造成气膜棚塌落，且修复成本较高，使用时需特别注意。气膜设备系统能够智能控制鼓风量、补压、气膜内空气循环等功能。

    气膜结构储煤棚的特点与优势如下：
    （１）全智能监控体系。气膜式储煤棚是ＰＬＣ全智能监控建筑体系，其整体控制体系包括模块控制系统、室内外环境监控系统、温度控制系统、能耗控制系统、控压系统、鼓风循环系统、备用能源系统等。针对煤炭储运相关特点，专门增设瓦斯监控体系、煤炭粉尘浓度监控体系，自动调节通风换气量，以确保煤仓的绝对安全。气膜式储煤棚的室内外通用监控系统可以监测到室外的温度、湿度、风力、降水量、车辆进出和室外安全情况等；室内监控可以完全掌控室内温度、出风量、光线照度、煤炭的地表温度和内部温度等。
    综上所述，使用单位可以随时查阅历史记录、远程掌控物资的储备情况，也可根据需要自动设置报警指示。即气膜式储煤棚的监控手段可减少人员巡视等费用，也可给使用单位提供煤炭物资在储藏阶段所需的基本状况资料。
    （２）全封闭环保体系。全封闭气膜式储煤棚能满足环保要求，其煤场周边的环境也会相应地发生改善；另外其透光膜设计减少了室内光照的能量消耗；还有其独特的发散光设计使室内光照无死角，也使室内灯光照明做到省电高效，而且能够保证夜间生产的安全。
    （３）建筑结构无梁无柱。气膜式储煤棚能够做到无梁无柱、无需要刚性支撑，全凭气压支持起整个建筑体系的设计形式，成为超越其他建筑形式的最佳优势。其最大的跨度可以做到１８０　ｍ，长度不限可任意延伸；其构造的大空间也是优势之一，在同等跨度情况下，高度能做到比其他建筑形式高出三到四倍，在增大了容积的同时，也有利于各种巨型机械能够自如地在气膜储煤棚内部回转和移动。根据国外资料，大容积的气膜式储煤棚，内部空间环境类似室外，进一步加强了煤炭生产的安全。
    （４）储煤棚内的保温性能。根据气膜的使用情况，冬季的膜内温度一般较膜外温度高１℃；夏季的膜内温度一般较膜外温度低１℃～６℃，与金属球形网架储煤棚基本相同。虽然单层膜的保温性能良好，与１９０　ｍｍ厚砖墙相同，但可能因为其需进行０．５次／ｈ～１次／ｈ换气，影响了膜内温度。
    （５）保证生产安全。斜向正交网状钢缆加劲的充气膜结构具有较大的纵横向刚度，可以抵御高达１２级以上的大风和超过２００　ｋｇ／ｍ２的积雪，极轻的自重（仅１　ｋｇ／ｍ２左右）保证了气膜建筑的使用安全。即使出现意外的塌膜现象，塌膜从开始至结束一般需要２　ｈ，整个过程缓慢进行，不会对昂贵的生产设备造成破坏。膜材表面光滑，气膜内部没有任何结构件，煤尘无法沉积，降低爆炸危险。机械送排风系统０．５次／ｈ～１次／ｈ换气，即使干雾抑尘系统损坏，也能保证正常生产。
    金属球形网架结构储煤棚和充气膜结构储煤棚对比详见表４。

    ３　半地下储煤仓
    半地下储煤仓是介于钢筋混凝土仓与地上储煤棚之间的储煤方式，其下部采用长形混凝土漏斗，可以根据宽度确定漏斗数量，漏斗下一般采用叶轮给煤机给料，上部一般采用球形网架棚封闭，进入储煤仓内煤炭通过犁式卸料器多点卸料或采用卸料小车卸料。半地下储煤仓一般应在有利地形条件时使用，以减少土方工程量和混凝土用量，由于出煤口在地下，属于密闭空间，故需采用除尘、通风和防爆措施。因使用叶轮给煤机，仓口采用了开放式设计，应考虑入仓煤炭的水分，过高的水分会使仓口煤炭产生流动性，造成煤炭溢出仓口，存在安全隐患。半地下储煤仓用于火车卸煤仓或汽车卸煤仓时，由于其仅作为缓冲仓使用，占地面积较小，其出料口可设置多个漏斗，漏斗下设置给煤机，仓上部钢结构也可采用门式钢架结构。
    ４　几种封闭存储设施对比
    封闭储煤设施型类较多，钢筋混凝土仓、钢仓、球形网架储煤棚和充气膜储煤棚各有特点，应根据储煤的地理条件、投资、使用维护能力、工艺需求等方面进行考虑，对比论证，择优选用。其中钢板仓和充气膜结构储煤棚与传统储煤形式有较大差别，在煤炭行业运用较少，但在其他行业使用已较为成熟，具有投资低、施工难度较低等特点，引入设计时需考虑日常生产管理、维护等因素。各种封闭储煤设施的综合对比详见表５。

５　结语
为减少煤炭储存过程中对环境的污染，满足日益严格的环保要求，封闭式储煤设施在煤炭生产和使用企业中使用越来越广。筒仓、地上储煤棚、半地下储煤仓３种储煤方式各有优缺点，在选择中应通过技术经济论证、实际可行性比较，因地制宜地选择合适的储煤方式。