火力發(fā)電廠粉煤灰裝卸船技術(shù)分析

何衛(wèi)星

（浙江省電力設(shè)計(jì)院，杭州 310012）

火力發(fā)電廠粉煤灰裝卸船技術(shù)分析

何衛(wèi)星

（浙江省電力設(shè)計(jì)院，杭州 310012）

粉狀物料采用船運(yùn)成本低廉，已在沿江海地區(qū)的火力發(fā)電廠粉煤灰裝卸中廣泛運(yùn)用。通過介紹幾種常見的裝船和卸船系統(tǒng)，結(jié)合發(fā)電廠實(shí)際案例分析，對(duì)燃煤發(fā)電廠粉煤灰的裝卸船設(shè)計(jì)選型方面提出了系統(tǒng)建議。

火力發(fā)電廠；裝/卸船；粉煤灰；選型；設(shè)計(jì)

0 引言

截至2014年底，我國發(fā)電裝機(jī)總?cè)萘恳堰_(dá)到13.6億kW，超過美國躍居世界第一位。其中，燃煤機(jī)組為 9.16億 kW，占全部裝機(jī)容量的67%。燃煤發(fā)電廠的粉煤灰是我國最大的單一固體廢棄物，2013年產(chǎn)生了約5.32億t，先前由于有效利用不足，已累計(jì)堆存量達(dá)25億t，占地約100萬畝。據(jù)國家發(fā)改委《大宗固體廢棄物綜合利用方案》，預(yù)計(jì)2015年粉煤灰年產(chǎn)達(dá)5.8億t。

經(jīng)過近20年的努力，中國粉煤灰綜合利用率由1994年的35%提高到2013年的69%，在東部沿海和發(fā)達(dá)省份利用率基本到100%。在沿江、河、海地區(qū)船業(yè)發(fā)達(dá)，相比汽車、火車運(yùn)輸方式，粉煤灰采用船運(yùn)具有運(yùn)輸成本低、運(yùn)量大、可擴(kuò)大利用范圍等優(yōu)點(diǎn)，粉煤灰裝卸船技術(shù)已越來越受到燃煤發(fā)電廠的青睞。

以下將通過分析幾種典型的粉煤灰連續(xù)裝船和卸船系統(tǒng)特點(diǎn)，結(jié)合發(fā)電廠實(shí)際案例分析，在設(shè)計(jì)選型方面提出建議。

1 粉煤灰裝船系統(tǒng)的特點(diǎn)

常見的發(fā)電廠粉煤灰裝船方式有直接氣力裝船和通過碼頭附近干灰?guī)扉g接裝船2種。

1.1 直接氣力裝船

簡易的直接氣力裝船，通常由粉罐車開抵專用碼頭直接將粉煤灰氣力輸送至船艙，如大唐烏沙山、華潤蒼南、浙能六橫等發(fā)電廠的臨時(shí)干灰處置方案，容易造成粉塵二次污染。

較成熟的直接氣力裝船方式是：廠內(nèi)干灰?guī)斓娘w灰經(jīng)中長距離氣力輸送到裝灰碼頭，通過卸料頭上部的分離裝置，灰落入船艙，乏氣及船艙內(nèi)的揚(yáng)塵經(jīng)除塵管道引到裝于岸邊的除塵裝置，除塵后合格的乏氣排放大氣。該裝置已于2013年12月由中電聯(lián)組織專家通過科技成果鑒定，并先后應(yīng)用于華能威海、華能南通、華能玉環(huán)等發(fā)電廠。

該裝船系統(tǒng)綜合了輸送、分離、裝船等環(huán)節(jié)，系統(tǒng)簡單，岸邊或棧橋面上無需緩沖灰倉，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離裝船。目前采用該裝船技術(shù)的廠商較少，裝船機(jī)的灰氣分離裝置性能不夠穩(wěn)定，裝灰時(shí)也偶有冒灰現(xiàn)象。

1.2 通過碼頭附近灰?guī)扉g接裝船

通過碼頭或岸邊灰?guī)扉g接裝船的種類較多，常見的有：通過碼頭灰?guī)煨辈垩b船、溜管裝船，也有通過皮帶機(jī)裝船的。下面簡單介紹幾個(gè)較典型的案例。

1.2.1 浙能長興發(fā)電廠

浙能長興發(fā)電廠裝機(jī)容量為4臺(tái)330 MW燃煤機(jī)組，分一、二期建設(shè)，每期沿河邊均建有3座1 650 m3干灰?guī)欤?套斜槽裝船和2套氣力助推式溜管裝船裝置。

斜槽裝船裝置的參數(shù)為：出力125 t/h，斜槽寬度250 mm，長度16.3 m，傾角7°，斜槽風(fēng)機(jī)13.7 m3/min，2.2 kW，斜槽空氣加熱器20 kW，收塵布袋過濾面積20 m2。

溜管裝船裝置的參數(shù)為：出力100 t/h，溜管Φ219 mm×7 mm，長度15.9 m，傾角12°，收塵布袋過濾面積10 m2。

本工程干灰裝船運(yùn)行狀況一直良好，由于落料點(diǎn)設(shè)置有干灰卸料收塵裝置，很少有冒灰現(xiàn)象。廠內(nèi)陸匯港屬于杭嘉湖水系，用戶往來的罐裝駁船多在300 t左右，除大暴雨季節(jié)航段內(nèi)個(gè)別橋梁因水位過高導(dǎo)致通行受阻、或春節(jié)期間用戶暫停購灰外，干灰裝船近乎全年度使用。

1.2.2 華能長興發(fā)電廠

華能長興發(fā)電廠裝有2臺(tái)660 MW燃煤機(jī)組，按照華能國際標(biāo)桿機(jī)組建設(shè)。沿港池邊建有3座2 100 m3干灰?guī)欤?套斜槽裝船（見圖1），參數(shù)為：出力150 t/h，斜槽寬度400 mm，長度20 m，傾角11°，斜槽風(fēng)機(jī)28 m3/min，5.5 kW，斜槽空氣加熱器15 kW，收塵布袋過濾面積31.5 m2。

圖1 空氣斜槽裝船裝置

1.2.3 浙能六橫電廠

六橫發(fā)電廠是國內(nèi)首座“離岸式”海島百萬千瓦燃煤機(jī)組，按照燃機(jī)排放標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，2臺(tái)機(jī)組于2014年9月建成投產(chǎn)。目前飛灰輸送至廠內(nèi)干灰?guī)旌螅R時(shí)通過罐車運(yùn)抵島內(nèi)建材碼頭，經(jīng)岸邊空壓站加氣卸入粉煤灰散貨船，從而節(jié)省罐車燃油。

綜合利用碼頭還處于建設(shè)中，預(yù)計(jì)2015年6月建成投運(yùn)。二級(jí)輸灰和裝船工藝為：廠內(nèi)干灰?guī)焱ㄟ^4根輸送管氣力輸送至綜合利用碼頭，單根灰管輸灰能力60 t/h，2根輸灰管道對(duì)應(yīng)1座固定式緩沖灰罐。碼頭上共布置2套干灰裝船設(shè)備，每套配置1座300 m3緩沖灰罐、1臺(tái)固定搖臂式裝船機(jī)，額定裝船能力為150 t/h，主機(jī)總功率81.4 kW，2臺(tái)裝船機(jī)可同時(shí)向2 000 t級(jí)散貨船裝料。

裝船機(jī)采用固定搖臂式，如圖2所示。懸臂距離10.7 m，搖臂角度0～180°，配進(jìn)料圓頂閥、承料充氣箱、電動(dòng)流量閥、計(jì)量秤、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、空氣斜槽、干灰散裝機(jī)、收塵布袋等。

1.2.4 國電諫壁發(fā)電廠

諫壁發(fā)電廠四、五、六期共安裝 6臺(tái) 300 MW燃煤機(jī)組，沿長江邊建有10座干灰?guī)欤O(shè)置了3套皮帶機(jī)裝船系統(tǒng)，出力均為200 t/h，皮帶機(jī)槽寬1 000 mm，帶速1.0 m/s，長約50 m，全程設(shè)置帶密封裙板導(dǎo)料槽，為防止揚(yáng)塵，沿程多處設(shè)有布袋收塵器。

用戶往來灰駁在300～500 t之間。該裝船系統(tǒng)自2005年投用以來，皮帶機(jī)磨損嚴(yán)重，布袋收塵效果也不太理想，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境欠佳。

2 粉煤灰卸船系統(tǒng)的特點(diǎn)

粉煤灰連續(xù)卸船機(jī)常見的有氣力式卸船機(jī)和螺旋卸船機(jī)2種，并有固定式、軌移式、船載式、車載式等多種形式。連續(xù)卸船機(jī)作業(yè)效率高、可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行，在我國已有近30年的使用經(jīng)驗(yàn)，尤其是上世紀(jì)80年代后，其技術(shù)得到了迅速的發(fā)展。

2.1 氣力卸船機(jī)

氣力卸船機(jī)利用負(fù)壓風(fēng)機(jī)在管道內(nèi)形成的負(fù)壓氣流，從船艙內(nèi)吸卸粉狀物料（如水泥、粉煤灰、礦粉等），最大出力可達(dá)400 t/h。自1893年在英國誕生第1臺(tái)氣力卸船機(jī)開始，已在英國、日本、法國、美國以及東歐各國廣泛使用。

氣力卸船機(jī)的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)主要有：大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)、臂架俯仰機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、垂直管伸縮機(jī)構(gòu)、水平管伸縮機(jī)構(gòu)。吸嘴在船艙橫截面內(nèi)取料主要由臂架變幅、垂直管伸縮和水平管伸縮來實(shí)現(xiàn)，沿船長方向上的取料范圍主要由大車運(yùn)行及臂架回轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)，卸船工藝流程為：艙內(nèi)粉料→吸嘴→垂直輸送管→水平輸送管→回轉(zhuǎn)彎頭→分離除塵器→旋轉(zhuǎn)卸料器→后續(xù)中轉(zhuǎn)倉及輸送設(shè)備。

氣力卸船機(jī)優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡單緊湊，船舶清艙方便，能均衡卸料。缺點(diǎn)是：單位能耗較高，其能耗系數(shù)一般為0.021～0.038 kWh/tm，作業(yè)時(shí)噪聲較大，對(duì)粉料的粒度、粘度和濕度有一定要求。

2.2 垂直螺旋卸船機(jī)

螺旋卸船機(jī)以特制取料裝置為主要工作機(jī)構(gòu)，物料通過取料器和垂直螺旋將物料提升至臂架頂部，然后經(jīng)水平輸送機(jī)送入回轉(zhuǎn)塔中心，再接至后續(xù)的輸送系統(tǒng)，如圖3所示。它是繼氣力卸船機(jī)后開發(fā)的一種高效連續(xù)型散貨卸船機(jī)，正日益廣泛用于港口散貨碼頭的卸船作業(yè)。目前，國內(nèi)已有多家廠商研發(fā)運(yùn)用，如寧波象山的大唐烏沙山發(fā)電廠，其粉煤灰散裝船運(yùn)抵寧波大榭碼頭后，就采用了垂直螺旋卸船機(jī)卸灰。

螺旋卸船機(jī)主要由門架、轉(zhuǎn)臺(tái)、水平螺旋、垂直螺旋和喂料器等部分組成。其作業(yè)過程在密閉狀態(tài)下進(jìn)行，無粉塵污染。主要優(yōu)點(diǎn)有：

圖2 固定搖臂式裝船機(jī)

（1）卸船效率高，螺旋卸船機(jī)的額定出力為150～1 000 t/h不等，在距艙底剩30～50 cm厚的物料層前，卸船機(jī)仍能不間斷地接近滿載工作，平均生產(chǎn)率可達(dá)到額定出力的70%以上。

（2）對(duì)貨物與船型的適應(yīng)性強(qiáng)，螺旋卸船機(jī)可以用來卸粉狀物料，也可卸粒徑50～300 mm顆粒狀及塊狀物料。

（3）噪聲較小，可控制在60 dB（A）以下。

（4）結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量輕，是各種機(jī)械式連續(xù)卸船機(jī)中質(zhì)量最輕的一種，螺旋卸船機(jī)的造價(jià)相對(duì)較低，對(duì)碼頭承載要求也較小。

（5）能耗較小，基本與抓斗卸船機(jī)的能耗相當(dāng)，但比氣力卸船機(jī)則低很多。

缺點(diǎn)是工作構(gòu)件的磨損較嚴(yán)重、成本較高。主要易磨損部件是輸送螺旋與垂直螺旋輸送機(jī)的中間支承軸承，須采用高硬耐磨性材料，因此螺旋卸船機(jī)的成本將提高。

3 粉煤灰裝卸船技術(shù)的比較與建議

3.1 粉煤灰裝船方式

粉煤灰裝船技術(shù)經(jīng)過十余年發(fā)展，已基本得到完善。一些發(fā)電廠因未建有綜合利用專用碼頭，僅僅在發(fā)電廠重件碼頭安置可移動(dòng)的裝船設(shè)備，如浙能臺(tái)州二電廠、華潤蒼南電廠等，以滿足發(fā)電廠擴(kuò)建時(shí)大件運(yùn)輸要求，但移動(dòng)式裝船機(jī)需按照港機(jī)設(shè)備辦理相關(guān)取證，這類裝船機(jī)也要具備相應(yīng)的港機(jī)設(shè)計(jì)制造資質(zhì)，碼頭上固定不行走的設(shè)備則不作此要求。

直接氣力裝船方式，目前掌握該技術(shù)的廠商還很少，碼頭作業(yè)面上也要布置一些收塵設(shè)備，需合理布置才適合于將來要擴(kuò)建的發(fā)電廠重件碼頭上。如果燃煤發(fā)電廠明確粉煤灰采用船運(yùn)方式，建議同步建設(shè)綜合利用碼頭，因?yàn)榘l(fā)電廠固廢處理設(shè)施若由第三方獨(dú)立法人承建時(shí)，后續(xù)建設(shè)綜合利用碼頭需重新辦理相關(guān)港務(wù)報(bào)批手續(xù)。

當(dāng)發(fā)電廠地處通航條件較好的地區(qū)時(shí)，廠內(nèi)干灰?guī)煲吮M可能沿江河岸邊布置，便于粉煤灰船運(yùn)，以降低運(yùn)輸成本。由于內(nèi)地江河潮差相對(duì)海邊要小些，散裝船噸位也較小，適合選用助推式溜管、空氣斜槽或者庫底卸料器、螺旋輸送機(jī)等裝船方式。

出力100～200 t/h的助推式溜管或庫底卸料器氣力裝船系統(tǒng)，其耗氣量大約在3～5 m3/min左右，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性相比空氣斜槽裝船要好。溜管或傾斜灰管的傾角可按不小于8°、空氣斜槽可按不小于6°選取。

圖3 垂直螺旋卸船機(jī)

帶密封裙板導(dǎo)料槽皮帶機(jī)裝船因沿線環(huán)境較差，目前已很少采用。華潤蒼南發(fā)電廠800 t/h移動(dòng)式裝船機(jī)給料側(cè)選用順岸式皮帶機(jī)，其使用效果如何還需進(jìn)一步觀察。

固定搖臂式斜槽裝船機(jī)比較適合沿海地區(qū)潮差較大、千噸級(jí)以上罐裝駁船或散貨船粉煤灰裝船，空氣斜槽布置在機(jī)械式懸臂梁上，設(shè)有回轉(zhuǎn)裝置，可左右各90°旋轉(zhuǎn)，裝船范圍大，可滿足3 000 t級(jí)船裝灰要求，建議其裝船出力宜不小于300 t/h。

3.2 粉煤灰卸船方式

通過初步調(diào)研分析，氣力卸船機(jī)和垂直螺旋卸船機(jī)有各自特點(diǎn)，用戶可根據(jù)物料特性、現(xiàn)場(chǎng)條件和投資狀況選擇使用。

垂直螺旋卸船機(jī)適宜于小顆粒狀、非粘性的、松散密度不大于1.3 t/m3的干燥散料，但不適宜輸送塊狀及粘性的物料，也不宜輸送松散密度小于0.5 t/m3、且流動(dòng)性很強(qiáng)的粉料；氣力卸船機(jī)適合于粉狀物料和小顆粒狀散料。

垂直螺旋卸船機(jī)的額定出力相比氣力卸船機(jī)要高，對(duì)碼頭承載要求也較小，能耗相對(duì)較低，通常比氣力卸船節(jié)能6倍以上，但氣力卸船機(jī)清艙效果好于螺旋卸船機(jī)。

氣力卸船機(jī)的易損件是布袋、閥門和管道，平均每年的維護(hù)費(fèi)為設(shè)備總價(jià)的5～10%；垂直螺旋卸船機(jī)的易損件是各高速軸承，如果選用進(jìn)口高硬耐磨材料和高精加工技術(shù)，壽命會(huì)有較大提高，當(dāng)然設(shè)備價(jià)格也將增加，這樣垂直螺旋卸船機(jī)平均每年的維護(hù)費(fèi)可控制在設(shè)備總價(jià)的2%左右，中修周期可達(dá)3年以上。近些年垂直螺旋卸船機(jī)的使用有逐年上升趨勢(shì)。

對(duì)于敞篷灰駁上覆蓋帆布的散裝船，遇到下雨天，無論是氣力卸船機(jī)還是垂直螺旋卸船機(jī)均無法作業(yè)；而罐裝灰駁則可通過船上自卸系統(tǒng)或經(jīng)岸上空壓站加氣滿足卸灰要求，不受雨天限制。

[1]陳宏勛.管道物料輸送與工程應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.

[2]鄭見粹，張振雄.連續(xù)卸船機(jī)的使用與發(fā)展[J].港口裝卸，2005（5）∶40-43

[3]邸平，高磊.氣力式卸船機(jī)的現(xiàn)狀與技術(shù)發(fā)展[J].港口裝卸，2000（5）∶3-7.

（本文編輯：陸 瑩）

Analysis on Ship Loading and Unloading technique of Fly Ash in Thermal Power Plant

HE Weixing
（Zhejiang Electric Power Design Institute，Hangzhou 310012，China）

Shipment of fine materials is cost effective and has been widely used in loading and unloading of fly ash in thermal power plant in coastal areas.By introduction of several common ship loading and unloading systems and in combination with practical case analysis in power plants，the paper brings forward systematic suggestions on design and model selection of ship loading and unloading of fly ash in coal-fired power plant.

thermal power plant；ship loading/unloading；fly ash；model selection；design

TM866

B

1007-1881（2015）07-0049-04

2015-03-23

何衛(wèi)星（1963），男，高級(jí)工程師，長期從事發(fā)電廠物料輸送設(shè)計(jì)工作。