黃驊港三期工程筒倉進出倉工藝及設備的研究

摘要：本文主要介紹了黃驊港三期工程筒倉進倉及出倉工藝及設備的研究。

關鍵詞：筒倉 進出倉工藝 進出倉設備

一、概述

黃驊港三期工程是神華煤炭運輸系統的一個重要環節。由于神華集團是集礦山、鐵路、港口于一體的大型企業，故三期工程在作業條件、營運管理模式方面與一般的大型煤炭輸出港（如秦皇島港）不同，具備對煤炭的產、運、銷進行合理調控的條件，能夠一定程度的回避市場帶來的許多不確定因素，較其它單一中轉功能的港口優勢明顯。

黃驊港三期工程煤炭堆場將建設成為筒倉群型式，到港煤炭種類為六種，混配煤比例占運量的60％左右，所以要求各種煤炭必需分倉儲存。筒倉群按照矩陣方式進行布置，布置筒倉4排6列共24個，筒倉結構高度43m、筒倉內徑40m，單倉容量3萬噸，近期倉容量72萬噸。卸車工藝系統設兩條作業線，單條作業線的額定能力8000t/h。進、出倉工藝采用倉頂進料和倉底出料的工藝形式。每排筒倉倉頂布置1條進倉皮帶機，額定能力與卸車系統統一為8000t/h。

作為碼頭生產作業系統中的重要環節，封閉式堆場除滿足煤炭堆存需要外，還必須配備與其生產需求相匹配的、物料進出堆場的整套裝卸工藝系統。選擇合理的進出倉工藝系統，使其在滿足生產的基礎上，降低物料爬升高度，減少設備種類和作業環節，提高設備可靠度和系統靈活性，降低物流成本，便于生產、管理。大容量筒倉在煤炭、電力行業已廣泛應用，但在沿海港口大規模建造儲煤筒倉群，仍有不少實際難題需要解決。進出倉工藝系統在這種大型煤炭中轉港口、大規模全封閉的筒倉儲運系統的應用需要深入的研究和探索，本文重點介紹了進出倉工藝及設備的選型研究。

二、筒倉分類

進、出筒倉工藝和設備，與筒倉倉型密切相關，本研究首先對筒倉分類進行探討。

圖1筒倉分類

（1）平底筒倉（Eurosilo歐洲倉）

圖2平底筒倉剖面圖

平底倉最早是1986年荷蘭EBS公司為丹麥Nordkraft電廠設計建造的3個50000m3儲煤筒倉。平底倉為EBS公司的專有技術。

所謂平底倉，就是其底部為平底設計，底部中央設有出料口，出料口下配置活化給料機，筒倉頂部設置懸掛式螺旋布料機。由上游主帶式輸送機系統運來的煤進入固定在上部鋼結構上的料斗，通過可伸縮的落料管堆在筒倉的上層，由懸掛著的可繞筒倉中心回轉、正反轉的螺旋輸送機將物料均勻地沿徑向推向筒倉的四周。卸料時，通過改變螺旋的旋轉方向又將物料耙向自流中心孔，通過筒倉底部的震動活化給料機將煤輸向下游主帶式輸送機系統。

平底倉由于采用平底設計，筒倉下部的容積利用率要高于錐底倉，而且由于省去了錐斗等復雜的土建結構，同等倉容條件下筒倉的土建費用要低于錐底倉，土建結構也更為簡單、可靠。據測算，歐洲倉的經濟單倉容量在5～8萬t之間。

（2）縫式給煤錐底筒倉

圖3大型雙環給煤錐底筒倉下部剖面圖

早期的縫式儲煤筒倉容量較小，卸料口為長條形，通常采用葉輪給煤機等設備出料。上世紀九十年代初，我國自主開發的大型環式給煤機研制成功，為環縫式卸料口的應用提供了前提和保證。環式給煤機采用的環縫式下料口，縫隙長度較葉輪給煤機長條形縫隙大，煤的通流性較好，堵煤問題有所緩解；同時由于密封方式較好，灑煤現象也要優于葉輪給煤機。但由于環式給煤機犁煤車和卸煤車車體制造誤差以及車體振動等原因，灑煤問題依然難以徹底解決。

目前，國內已有多個電廠儲煤筒倉采用了環式給煤機。由于卸煤車轉速不能過快以及灑料等問題，環式給煤機的出料能力不是太大。如何提高其出力，以滿足大型輸煤系統的要求，一直是各科研單位和制造廠研究的難題。從理論上講，只要提高犁煤車和卸煤車的轉速，就可以提高環式給煤機的出力，但實際上犁煤車和卸煤車的轉速過快，環形落料斗中的煤堆很高，煤堆的離心力過大，設備變形大，密封裝置無法起到密封作用，造成灑煤情況相當嚴重，這時環式給煤機已無法滿足正常運行。據調查，通常直徑22m（容量約1萬t）左右的筒倉配備的單環給料機，額定出料能力在1000t/h以下；直徑30m以上（容量2～3萬t）的筒倉配置雙環給煤機，額定出料能力很難超過2000t/h。

（3）斗式給煤錐底筒倉

對于大型斗式錐底筒倉，斗通常為群斗。斗下出料設備以往通常采用斜式振動給料機，該設備存在單機出力小、占用空間高等一系列問題。由國外引進的活化振動給煤機，單機出力可以達到1500～2000t/h，該設備開口大、不堵煤，設備結構緊湊、密封好、粉塵極少、灑漏很少、環保效果好，功率小，運營成本低，運行安全可靠，設備磨損極少，壽命長，維修量少，煤炭均勻對中下料，防止了對皮帶機側向沖擊造成的跑偏問題，減少了對皮帶的維修保養費用，設備數量少、便于生產管理。

（4）筒倉選型

平底筒倉、縫式給煤錐底筒倉和斗式給煤錐底筒倉的優缺點比較見表1。

表1

項目優點缺點

平底筒倉平底倉由于采用平底設計，筒倉下部的容積利用率高，筒倉的土建結構簡單、費用低。物料“先進后出”，為了保證筒倉安全、防止煤炭自燃，需要進行定期清倉作業；出倉能力低，通常在1000t/h左右；頂部的螺旋布料機制造、安裝要求高，設備在倉內，維護困難。

縫式給煤錐底筒倉縫隙大，煤的通流性較好，堵煤問題有所緩解；設備數量少。設備故障率高，出倉能力低，一般不超過1000t/h。

斗式給煤錐底筒倉出倉能力大，易于實現混配煤作業，設備簡單，維護保養方便。設備數量多，筒倉下部結構較復雜。

經上述研究比較，斗式給煤錐底筒倉較適合于三期工程大能力、大規模采用的需要。

三、進倉設備的選型

常用的進倉設備多為連續輸送設備，主要有斗式提升機、皮帶機、螺旋輸送機、埋刮板輸送機等。在大能力煤炭輸送系統中，皮帶機和埋刮板輸送機應用較為廣泛。

（1）埋刮板輸送機

埋刮板輸送機具有連續輸送、密封性好、能在中部任意位置實現多點進料及出料等優點，可使工藝布局緊湊，減少設備臺數；其缺點是對物料的適應性差，設備維護工作大，功率消耗大，設備投資高。結合三期工程的設計條件，埋刮板輸送機能力要求8000t/h，由于刮板鏈條強度等因素，大能力埋刮板輸送機設計長度不能超過120m，三期工程筒倉數量多，若要采用埋刮板輸送機作為倉頂進料設備，必須分成三小段布置，使得轉接點增加許多，能耗增加，經濟性差。

（2）皮帶機

在倉頂采用固定式皮帶機輸送，對物料適應性好，運輸能力大，安全可靠，易于實現自動化操作，因此得到了廣泛應用。

皮帶機倉頂卸料一般采用三種形式：定點卸料、直線往復卸料和旋轉環形布料。

1定點卸料：通過溜筒直接卸料，工藝簡單可靠，但筒倉的容積利用率低，同等筒倉尺寸的存儲量低，土建投資高；適用于筒倉數量少的情況。

圖4卸料小車

2直線往復卸料：由皮帶機和卸料小車組成，小車可帶載移動，通過溜筒直接卸料，

工藝簡單可靠，筒倉的容積利用率較高。卸料小車的結構示意圖見圖4。

3旋轉環形布料：由皮帶機、卸料小車和倉頂布料機組構成，倉頂布料機由全密閉式皮帶輸送機、行走輪及驅動裝置、圓環軌道、回轉裝置、環縫密封裝置等組成（見圖5），通過溜筒將物料卸到可360°回轉的可逆布料皮帶機上，然后布料。此工藝的優點是提高了筒倉的容積利用率、節省了部分筒壁投資；缺點一是倉頂設備多、投資大、維護困難，需要在筒倉中間設置中心柱，這樣既減小了存儲容量又增加了部分土建投資；二是此工藝經過了兩此轉接，倉上工藝設備高度達十幾米，增加了能耗，而與卸料小車相連的皮帶機必須設置覆蓋帶以避免起塵，卸料小車和覆蓋帶布置在倉頂，高度大，而三期工程位于海邊，風力較大且持續時間較長，風荷載對卸料小車的穩定性和覆蓋帶的牢固性有很大不利影響，易引起小車尾車擺動，造成皮帶跑偏，可靠性差。

圖5倉頂布料機

綜上所述，卸料小車直線往復卸料方式，減少了設備種類和作業環節、提高了設備可靠度，滿足三期工程大運量、高帶速進倉特點，適合大型煤炭港口全封閉筒倉儲運系統的進倉工藝要求。

四、進倉工藝的選擇

倉頂進料皮帶機和卸料小車組合卸料的方式又可考慮單線卸料進倉和雙線卸料進倉兩種形式，見圖6。

圖6

單線卸料進倉：倉頂布置1條皮帶機，在倉頂輸送機兩側開長條形進料口，料口長36m、寬1m，兩口之間中心距離8m，進料口設有密封裝置卸料，小車在倉頂往復直線運行卸料。

雙線卸料進倉：倉頂布置2條皮帶機，在倉頂輸送機兩側開長條形進料口，料口長30m、寬1m，兩口之間中心距離8m，進料口設有密封裝置卸料，小車在倉頂往復直線運行卸料。

兩種卸料方式的比較見表1。

表1

項目單線卸料進倉雙線卸料進倉

筒倉容量3萬噸3萬噸

筒倉高度43m41m

進倉皮帶機數量4條8條

設備利用率高.低

設備維護保養少多

卸車進倉系統可靠性低高

皮帶機轉接次數少多

工藝系統流程簡單復雜

通過上述研究比較可以看出，雖然雙線卸料進倉方式的筒倉高度低、系統可靠性高，但工藝系統復雜，皮帶機轉接次數多，提升高度大，不利于節能。因此，本研究設計采用較為簡單的單線卸料進倉方式。

五、出倉工藝及設備研究

目前，國內外煤炭筒倉底部物料出倉方式多為強制式，采用的設備主要有活化給料機、振動給料機、環式給料機和葉輪給料機等。

環式給料機采用的環形縫隙式下口給料，縫隙長度較葉輪給料機長條形縫隙長，煤的通流性較好，堵煤問題有所緩解。且環式給料機的密封方式優于葉輪給料機，灑煤現象較少。但由于犁煤車和卸煤車車體制造誤差，環形軌道高度方向和徑向安裝誤差引起車體振動，灑煤問題依然難以徹底解決。環式給料機在一定程度上減少了堵煤和灑煤問題，但筒倉的布置上增加了犁煤層和卸煤層，相同筒倉高度情況下減少了筒倉的儲煤量，增加了單位儲煤量的造價，并且設備復雜，土建施工、設備安裝要求高，難度大，檢修維護困難，單機能力較小。出倉設備采用環式給料機的筒倉方案由于單倉出倉能力小，裝船作業時即便不配煤也需要多倉同時供料，這就要求同一品種的物料必須按照筒倉分組儲存，需要增加筒倉數量。因此，本設計不推薦采用葉輪給料機和環式給料機。

本設計結合活化給料機和電磁振動給料機兩種出倉設備提出兩個出倉方案。

出倉方案一：倉底平行布置兩條皮帶機、對稱布置6個出料口，出倉設備選用活化給料機，單臺設備出倉能力1330t/h，單倉出倉能力8000t/h，筒倉直徑40m、高度43m、容量3萬噸。出倉方案一混配煤作業通過活化給料機多臺設備組合及在線能力調節實現。

出倉方案二：倉底平行布置兩條皮帶機、對稱布置16個出料口，出倉設備選用電磁振動給料機，單機額定給料能力1000t/h，單倉出倉能力8000t/h，筒倉直徑40m、高度42m、容量3萬噸。出倉方案二混配煤作業通過電磁振動給料機通過多臺設備組合實現。兩個方案布置見圖7。

圖7出倉方案布置圖

兩個出倉方案的比較見下表：

表2

項目出倉方案一

（活化給料機）出倉方案二

（電磁振動給料機）

安全可靠性設備運行安全可靠，故障率低。零部件易損壞，系統運行安全性較低。

環保條件全密封，灑漏很少，粉塵小，噪音小。密封不好，易灑漏、噪音大。

土建要求設備開口尺寸大，安裝高度低，安裝簡單。設備開口尺寸小，出口需接下煤導管，設備的安裝高度較大

運行情況下料通暢，具有破拱功能，不易堵料；對中下料，皮帶不跑偏。設備入口面積小，內腔小，易堵煤；給料機垂直于皮帶機給料，易造成皮帶跑偏。

檢修維護設備磨損少，壽命長，維修量少。維護量大。

筒倉容量3萬噸3萬噸

筒倉高度43m42m

給料機數量6臺16臺

單倉總投資3916.73745

出倉方案二倉底出料口多，筒倉有效容積增大，對于直徑40m、倉容3萬噸的筒倉而言，方案二筒倉高度比方案一低1m，土建投資有所降低。但方案二設備多，不利于生產管理。

出倉方案一采用的活化給料機，具有開口大、不易堵煤，設備結構緊湊、密封好、粉塵少、灑漏少、環保效果好，功率小，運營成本低，運行安全可靠，設備磨損小，壽命長，維修量少，煤炭均勻對中下料，防止了對皮帶機側向沖擊造成的跑偏問題，減少了對皮帶的維修保養費用，設備數量少、便于生產管理等諸多優點，擬作為推薦方案。

六 小結

（1）大型煤炭碼頭筒倉堆場進出倉工藝形式確定

研究采用直線往復供料和6出口出料的進出倉工藝形式，最大程度的提高了倉容利用率，有效降低了筒倉高度和單倉造價，利于混配煤，是一種新型的進出倉工藝形式，適合大型煤炭港口全封閉筒倉儲運系統的進倉工藝要求，對同類工程產生具有非常明顯的推廣價值和實踐意義。

（2）大型煤炭碼頭筒倉堆場進出倉設備確定

研究采用卸料小車直接供料和活化給料機出料的進出倉設備形式，滿足三期工程大運量、高能力進出倉特點，便于生產、管理和維護，減少了設備種類和作業環節，提高了設備可靠度；是一種新型的進出倉設備形式，適合大型煤炭港口全封閉筒倉儲運系統的進倉工藝要求，為港口散貨輸送技術的創新提供了新的思路。