發電廠輸煤棧橋結構選型

王衛紅

摘要：介紹了多種輸煤棧橋建設方案的優、缺點，并結合本工程的特點，列舉了可選方案，進而對可選方案進行綜合技術經濟分析比較，提出本工程輸煤棧橋最優方案為：#4轉運站到碎煤機室位于輸煤配電間上部部分和煙囪至煤倉間轉運站棧橋結構型式為混凝土支架（或煙囪筒壁）上支承空間倒三角鋼管桁架結構，棧橋為露天布置，棧橋樓面采用壓型鋼板做底模現澆鋼筋混凝土板;其余棧橋采用鋼筋混凝土框架結構，露天膠帶輸送機加裝玻璃鋼防護罩。

關鍵詞：火電廠;輸煤棧橋;結構設計

1 近年出現的新型輸煤方式和棧橋型式

近年隨著技術和設計理念的進步，電廠和設計院對輸煤方式和棧橋型式的革新做了不少有益的探討和嘗試，陸續出現了一些新的輸煤方式和新的棧橋型式。簡要介紹如下：

1.1? 帶防塵罩的皮帶輸送機+露天棧橋

皮帶機自帶防塵罩可以起到防塵防雨的作用，棧橋則不必封閉。為便于水沖洗，棧橋橋面仍采用鋼筋混凝土現澆橋面。圖1所示為某電廠露天棧橋。棧橋承重結構可根據棧橋高度和場地情況選用不同的結構：

·當棧橋高度不高，且場地較空曠，柱網設置不受限制時，可采用鋼筋混凝土框排架結構;

·當棧橋高度較高，或場地條件限制需建造大跨度棧橋，如需跨越其他建筑物或道路時，可采用排架柱支承的鋼桁架結構;

·近年出現了采用大跨度平板網架代替鋼桁架的做法，從技術經濟分析比較的結果來看，采用平板網架代替鋼桁架在技術上更先進，經濟上也更合理。

露天棧橋減少了棧橋上部結構的土建工程量，同時減輕了結構自重，相應降低了地基處理的難度和工程量，其土建綜合造價僅為普通封閉棧橋的1/2～1/3。如果棧橋建在煤場區域，考慮到防塵罩意義不大，可取消防塵罩，從而進一步降低造價。

這種棧橋具有成功的設計經驗，華能瑞金電廠（2×350MW）就采用了這種棧橋型式。2009年投運的井岡山電廠2×660MW機組也采用這種棧橋型式。

1.2 管狀皮帶輸送機+露天棧橋

管狀皮帶輸送機是在輸送途中皮帶卷成管狀將煤包裹在當中的輸煤方式。這種皮帶輸送機具有如下優點：

·皮帶機自帶棧橋鋼支架，土建僅需建造鋼支架的基礎，使土建工程量大幅度減少;

·由于煤被包裹運輸，避免了煤塵飛揚和淋雨的問題，棧橋不必做成封閉式，其結構簡單，且運送清潔，也不存在橋面沖洗的問題;

·單條皮帶輸送距離長，且皮帶可以拐彎，僅在皮帶需拐急彎處需設置轉向裝置（轉運站），從而避免了大量中繼轉運站的建設，節省了投資;

·皮帶爬坡角度遠大于普通皮帶，進入主廠房時皮帶起坡距離可大大縮短;

·雖然設備造價較高，但是土建費用大幅度降低，其總體造價與傳統封閉棧橋+皮帶機的方式相比仍具有優勢。

望亭電廠2×660MW機組工程中采用雙路管徑4000mm、帶速3.15m/s，出力1000t/h的管狀皮帶輸送機運行狀況良好，但總體來說在大型電廠中應用較少，其運行、維護的經驗尚需積累。

1.3 ?垂直提升

這種方式主要用在皮帶機進入主廠房的位置，皮帶機可以從地面較低的位置到達主廠房，然后將煤用垂直提升的方式運送到皮帶層。這種方法能避免土建高位棧橋的建造，但是設備造價較高。

1.4? 皮帶機棧橋一體化

皮帶機棧橋一體化技術是將輸煤皮帶機支架與輸煤棧橋合二為一的一種新型膠帶支撐體系;利用該技術，皮帶機機架不必再單獨設置支腿和中間架，可節約了輸煤皮帶機支架的材料，同時由于鋼結構棧橋和皮帶機支架合成一體后，有效減小了棧橋占用空間，鋼結構棧橋材料用量也大大減少，從而大大節約投資成本;而輸煤皮帶機棧橋整體式的設計便于在地面上將膠帶機設備與結構組裝成一體，進行整體式吊裝，可使高空作業變為地面安裝。方案圖見圖2。

皮帶機棧橋一體化技術在鋼鐵、建材、化工、煤炭等行業已有應用，在火力發電廠中尚未有應用。其應用效果見圖3所示。

2 本工程可采用的方案

本工程為新建工程，從場地和地質條件來看，具有以下特殊性：

·場地相對空曠，棧橋布置不受地形和已有建筑物限制，布置相對靈活;

·廠區地處撫州市臨川區青泥鎮周家村，棧橋的設計應考慮與周圍環境的協調和美觀;

·設計應考慮因地制宜，盡可能降低工程造價，節省輸煤系統占地面積;

結合以上特點，分析各種輸煤棧橋的可行性如下。

（1）翻車機室到#1轉運站段

本段輸煤系統從翻車機室到#1轉運站，部分位于地下部分，部分位于地上部分，地下部分采用混凝土箱形結構，地上部分高度較低，棧橋形式選擇比較靈活，推薦采用露天棧橋，從經濟角度出發，棧橋可采用混凝土框架結構。

（2）#1轉運站到#2轉運站、#3轉運站到#4轉運站段

本段輸煤系統從#1轉運站到#2轉運站，#1、#2轉運站經過煤場斗輪機后分別到達#3、#4轉運站，再從#3轉運站到#4轉運站，均為地上結構，總體布置較規則，受場地條件限制較小。地上結構高度較低，選擇比較靈活，推薦采用露天棧橋，從經濟角度出發，棧橋可采用混凝土框架結構。

（3）#4轉運站到煙囪段

本段輸煤系統先從#4轉運站到碎煤機室，再從碎煤機室到煙囪，均為地上結構，總體布置較規則，受場地條件限制較小。地上結構高度較低，選擇比較靈活，推薦采用露天棧橋，從經濟角度出發，除輸煤配電間上部棧橋采用鋼結構外，其余可采用混凝土框架結構。

（4）煙囪到煤倉間轉運站段（含煙囪內）

作為新建電廠工程，在保證皮帶輸送機能順利爬上主廠房輸煤轉運站的前提下，盡量壓縮本段棧橋的長度，從經濟性角度考慮，本段采用露天棧橋的的方案。

3 技術經濟分析與比較

3.1 混凝土結構棧橋和鋼桁架棧橋的比較

取某棧橋中長度為24m的一段，分別按鋼筋混凝土結構方案和鋼桁架方案設計，立面布置圖分別見圖4和圖5。

由以上比較結果可見，由于鋼材價格持續上漲，鋼桁架棧橋的造價遠高于混凝土棧橋，價格差甚至達到一倍以上。由此可見，鋼筋混凝土棧橋的性價比更好。

3.2 ?棧橋封閉與露天布置的比較

結合前文提到混凝土棧橋經濟性優于鋼結構棧橋，選擇混凝土棧橋做比較。為便于比較，取棧橋同一段按兩種布置方案分別進行計算分析。本節算例為出轉運站棧橋的第一段，按布置雙路皮帶考慮。計算采用PKPM軟件進行空間建模計算。兩種方案的縱向框架布置見圖6。

計算結果分別列于表6～表7。

通過以上計算和比較，可以得到以下結論：

（1） 對于同一段混凝土框架結構的棧橋，露天棧橋的混凝土用量僅為封閉棧橋的1/2左右;

（2） 露天棧橋的柱腳反力在1200kN以內，而封閉棧橋的柱腳反力接近2000kN，根據本工程地基承載力情況，采用天然地基，基礎混凝土量增加接近50%，造價較高。

由此可見，露天棧橋在經濟性上明顯優于封閉棧橋。

3.3 ?空間倒三角鋼管桁架與平面桁架比較

本工程結合我院棧橋設計經驗，深入分析棧橋結構受力性能，防止網架結構安裝節點過多，易出現施工問題的特點，提出空間倒三角鋼管桁架，所有桁架桿件均采用鋼管截面。

傳統平面桁架，采用兩榀桁架，桁架上下弦之間通過支撐連接成一個整體，桿件采用雙角鋼組合或H型鋼。

空間倒三角鋼管桁架充分發揮鋼結構受拉性能強的特點，把傳統平面桁架下弦桿合二為一，其截面和應力分別見圖7、圖8。

某25m長典型露天棧橋，雙路皮帶，兩種鋼結構棧橋結構形式技術經濟比較詳見表9。

從表9可以看出采用空間倒三角鋼管桁架能大大節省用鋼量，與傳統平面桁架相比節省約28%。

針對本工程創新優化設計原則，本工程露天棧橋鋼結構部分推薦采用空間倒三角鋼管桁架，具有以下優勢：

①一方面，相對于建筑工程中常用的角鋼、型鋼等型鋼棧橋桁架而言，作為薄壁構件的圓鋼管具有優良的截面性能，同時又避免去了一般型鋼結構施工必須面對的相貫線復雜加工過程，其連接的處理和實施方便、簡潔，在用鋼量經濟性明顯的條件下可相應節省鋼結構加工、制造工作量，在提高勞動效率加快工期的同時降低了工程造價;

②在同樣的條件下，比其他型材外表面積要小很多，一旦管材的兩端焊接密封，則油漆的面積比普通角鋼要少30%左右;又由于沒有凹角，使得油漆及防火處理很方便，耐久性更長;

③節點的設計和施工多采用構件間的直接焊接，無必通過連接節點板的轉換，可以節省連接鋼材用量;

④下弦桿由于受到兩邊斜向支撐，下弦支撐可以取消，可以節省支撐用量;⑤三角形管桁架上弦寬度小于橫梁長度，可以減小橫梁跨度，節省橫梁用鋼量;

⑥整體造型美觀、輕巧、極具現代建筑氣息。

4 結論

綜合以上論述，從工程可行、技術先進、經濟合理的角度考慮，本工程的輸煤棧橋土建最優方案為：#4轉運站到碎煤機室位于輸煤配電間上部部分以及煙囪至煤倉間轉運站段，由于工藝布置限制，結合周圍環境協調一致的原則，采用空間倒三角鋼管桁架，膠帶輸送機采用加裝玻璃鋼防護罩，棧橋樓面采用壓型鋼板做底模現澆鋼筋混凝土板。其余棧橋根據本工程特點及工藝要求為鋼筋混凝土框架結構，膠帶輸送機采用加裝玻璃鋼防護罩。