火力發(fā)電廠煤場全封閉改造設(shè)計探討

姜杰峰

神華國能寧夏煤電有限公司鴛鴦湖電廠 寧夏銀川 750411

1 煤塵產(chǎn)生的原因分析

火力發(fā)電廠煤場的主要污染物為煤塵，其排放源主要有：煤場、轉(zhuǎn)運站、碎煤機室、運煤膠帶輸送機通廊等。煤塵主要是煤在運輸、裝卸、粉碎等操作過程中向大氣逸散而形成的污染。

煤場是作為這些生產(chǎn)工序的操作區(qū)，因此成為粉塵污染的主要場所。燃煤在皮帶運輸、煤機堆煤、以及刮風(fēng)時都會產(chǎn)生揚塵，尤其是刮風(fēng)揚塵，不僅起塵量多，而且揚塵顆粒粒徑大，污染范圍廣，造成的污染最為嚴(yán)重。轉(zhuǎn)運站、碎煤機室及運煤膠帶輸送機通廊等在燃煤轉(zhuǎn)運、破碎時，煤粉可由設(shè)備敞口處逸散，對燃煤建筑造成污染[1]。

2 煤場全封閉建設(shè)規(guī)模

某火力發(fā)電廠現(xiàn)有運行機組為一期發(fā)電機組，容量為2＊135MW，日平均消耗煤量0．5萬噸左右。煤場結(jié)構(gòu)跨度90米，日常儲存煤種2種，分煤種分堆堆放，煤堆之間要有明確的分?jǐn)嗑€。根據(jù)鍋爐燃燒對煤質(zhì)要求進行摻配才能達(dá)到鍋爐用煤要求。進煤采用汽車進煤方式，需要留有足夠的汽車活動空間。煤場在目前運行過程中的存煤能力約3．5萬噸左右，為滿足存煤量，必須保證封閉后儲煤場面積在1萬平米以上，才能保證煤場的安全儲煤、汽車運煤和摻配用煤的要求。

3 煤場封閉圍護類型

目前煤場較常用的封閉樣式主要有三種，為筒倉、圓形封閉煤場、拱型條形封閉煤場，通過對筒倉、圓形封閉煤場、拱型條形封閉煤場等三種封閉煤場圍護類型特點分析，結(jié)構(gòu)方案選擇需要綜合考慮煤場已有建構(gòu)筑物平面布局、現(xiàn)有運行方式、既有輸煤設(shè)施、煤場規(guī)模、結(jié)構(gòu)跨度對結(jié)構(gòu)體系的技術(shù)要求、安全性、可實施性以及施工場地要求、施工周期和工程投資等諸多因素，選擇適用的結(jié)構(gòu)形式。本項目選擇采用拱型條形封閉煤場方案對現(xiàn)有煤場進行封閉改造。

拱型條形封閉煤場是國內(nèi)外電廠堆煤場常用的成熟技術(shù)方案，因其煤場堆取料機設(shè)備成熟、設(shè)計施工便利而廣泛使用。拱型條形封閉煤場在堆取料設(shè)備配置、儲煤量、延伸擴建條件、施工運行條件、場地利用率和降低綜合造價等方面，比筒倉、圓形封閉煤場更有優(yōu)勢[2]。

4 拱型條形封閉煤場結(jié)構(gòu)類型

封閉煤場上部結(jié)構(gòu)包括兩部分：承重結(jié)構(gòu)及圍護結(jié)構(gòu)。承重結(jié)構(gòu)是煤棚的骨架，承受自身及圍護結(jié)構(gòu)的自重、活荷載、風(fēng)荷載、雪荷載及地震作用，確保干煤棚的整體強度及穩(wěn)定。圍護結(jié)構(gòu)是干煤棚的表皮，包括檁條及屋面板，起遮擋作用，局部損壞不影響干煤棚的整體安全，在干煤棚使用期間可以隨時更換。

拱型條形封閉煤場目前常采用的結(jié)構(gòu)方案有網(wǎng)架結(jié)構(gòu)體系、拱型預(yù)應(yīng)力張弦桁架結(jié)構(gòu)體系、普通鋼桁架結(jié)構(gòu)體系。

4.1 拱型普通鋼桁架結(jié)構(gòu)

（1）拱型普通鋼桁架上、下弦及腹桿采用高頻電焊鋼管及無縫鋼管，鋼材采用Q345B低合金結(jié)構(gòu)鋼，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計控制比國家規(guī)范更為嚴(yán)格，重要鋼構(gòu)件強度、穩(wěn)定應(yīng)力比≤0．85，其它鋼構(gòu)件強度、穩(wěn)定應(yīng)力比≤0．95。本方案與基礎(chǔ)連接的支座節(jié)點采用鉸接支座，以減小支座反力，節(jié)約基礎(chǔ)用量。屋面圍護結(jié)構(gòu)可采用“檁條+彩鋼板”方案。屋面維護結(jié)構(gòu)面層為0．7mm的單層彩色鍍鋁鋅壓型鋼板，面漆為改性聚酯漆。為滿足采光的要求，屋面每隔一定距離沿橫向設(shè)特殊樹脂采光板。

（2）普通鋼桁架結(jié)構(gòu)的優(yōu)點。①力學(xué)特征明確。普通拱形鋼管桁架結(jié)構(gòu)是典型的平面單向受力結(jié)構(gòu)，與網(wǎng)架結(jié)構(gòu)相比，其力學(xué)特征更符合拱形條倉的造型，材料利用率較高；②耐腐蝕性強：普通鋼管桁架結(jié)構(gòu)相貫節(jié)點封閉性好，不易腐蝕，與焊接球網(wǎng)架相似，鋼桁架結(jié)構(gòu)體系耐腐性能強于螺栓球網(wǎng)架結(jié)構(gòu)體系；③工程應(yīng)用廣泛：普通鋼管桁架結(jié)構(gòu)在國內(nèi)外建筑中已廣泛應(yīng)用，結(jié)構(gòu)技術(shù)成熟。

（3）普通鋼桁架結(jié)構(gòu)的缺點。①工程造價高：由于沒有預(yù)應(yīng)力拉索的平衡作用，普通鋼桁架結(jié)構(gòu)需要較多的桿件實現(xiàn)結(jié)構(gòu)承載安全，普通鋼桁架主體結(jié)構(gòu)數(shù)量是預(yù)應(yīng)力鋼桁架結(jié)構(gòu)2倍左右，鋼結(jié)構(gòu)工程量較大，導(dǎo)致工程造價高；②后期維護費用高：與預(yù)應(yīng)力鋼桁架結(jié)構(gòu)相比，普通鋼桁架結(jié)構(gòu)構(gòu)件數(shù)量多（為預(yù)應(yīng)力鋼桁架結(jié)構(gòu)2倍以上），構(gòu)件表面積大，后期防腐費用增加，因此，在煤場設(shè)計使用年限以內(nèi)，鋼桁架結(jié)構(gòu)后期防腐維護較預(yù)應(yīng)力鋼桁架結(jié)構(gòu)增加；③施工周期長：普通鋼桁架結(jié)構(gòu)主雖可采用“分段組拼、累積滑移”法，但與預(yù)應(yīng)力鋼桁架結(jié)構(gòu)相比，普通鋼桁架結(jié)構(gòu)主拱桁架榀數(shù)多，焊接量較大，導(dǎo)致施工周期較長；④基礎(chǔ)用量大：由于沒有預(yù)應(yīng)力拉索的平衡作用，無法有效減少拱形結(jié)構(gòu)對基礎(chǔ)的推力，因此，基礎(chǔ)用量較大。與預(yù)應(yīng)力鋼桁架結(jié)構(gòu)相比，普通鋼桁架結(jié)構(gòu)是其價格1．15倍左右。

（4）結(jié)論。普通鋼桁架結(jié)構(gòu)在國內(nèi)外應(yīng)用非常普遍，耐腐蝕性較好，但其工程造價高、后期維護費用高、施工周期長、基礎(chǔ)用量大、抵抗基礎(chǔ)不均勻沉降強、溫度應(yīng)力釋放能力差。

4.2 拱型預(yù)應(yīng)力張弦桁架結(jié)構(gòu)

（1）預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)通過科學(xué)合理地引入自平衡的預(yù)應(yīng)力構(gòu)件，將上弦剛性受壓構(gòu)件（即鋼桁架）通過撐桿與下弦拉索組合在一起形成自平衡的受力體系，能夠充分發(fā)揮材料的力學(xué)性能，創(chuàng)建出結(jié)構(gòu)力學(xué)高效、安全、經(jīng)濟、造型美觀的現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)體系。上、下弦及腹桿采用高頻電焊鋼管及無縫鋼管，鋼材采用Q345B低合金結(jié)構(gòu)鋼，鋼拉索高強度鋼絞線，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計控制比國家規(guī)范更為嚴(yán)格，重要鋼構(gòu)件強度、穩(wěn)定應(yīng)力比≤0．85，其它鋼構(gòu)件強度、穩(wěn)定應(yīng)力比≤0．95，重要鋼拉索強度應(yīng)力比≤0．4，其它鋼拉索強度應(yīng)力比≤0．45。桁架與基礎(chǔ)連接的支座節(jié)點采用鉸接支座，以減小支座反力，節(jié)約基礎(chǔ)用量。屋面圍護結(jié)構(gòu)采用“檁條+彩鋼板”方案。屋面維護結(jié)構(gòu)面層為0．7mm的單層彩色鍍鋁鋅壓型鋼板，面漆為改性聚酯漆。為滿足采光的要求，屋面每隔一定距離沿橫向設(shè)特殊樹脂采光板[3]。

（2）預(yù)應(yīng)力索結(jié)構(gòu)的優(yōu)點。①跨越能力強：預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)具有超強的跨越能力，已建造跨度超過300m的罩棚結(jié)構(gòu)，可有效解決現(xiàn)有鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)跨度小（小于120m）、占地大等問題，節(jié)約土地資源；②結(jié)構(gòu)力學(xué)特性優(yōu)越：預(yù)應(yīng)力張弦桁架結(jié)構(gòu)體系是主次清晰的單向受力結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)體系最大限度的優(yōu)化結(jié)構(gòu)內(nèi)力，與普通鋼桁架結(jié)構(gòu)相比，節(jié)省鋼材用量10%～15%，節(jié)約工程造價；③耐腐蝕性強：預(yù)應(yīng)力鋼桁架相貫節(jié)點封閉性好，不易腐蝕，鋼結(jié)構(gòu)的鋼索防腐能滿足全壽命周期要求，防腐年限可達(dá)到50年；④施工速度快：構(gòu)建工廠拼接或現(xiàn)場地面拼裝量大，每個桁架僅需2處高空拼接點，安裝速度很快，對正常生產(chǎn)運營影響小。

（3）預(yù)應(yīng)力索結(jié)構(gòu)的缺點。預(yù)應(yīng)力張弦桁架（預(yù)應(yīng)力索結(jié)構(gòu)）對設(shè)計、施工的技術(shù)能力要求較高，施工技術(shù)難度加大。

（4）結(jié)論。預(yù)應(yīng)力張弦桁架結(jié)構(gòu)跨越能力強、結(jié)構(gòu)力學(xué)特性優(yōu)越、耐腐蝕性強。但對設(shè)計及施工的技術(shù)要求很高，對跨度小于130m的結(jié)構(gòu)體系工程造價偏高，其經(jīng)濟性體現(xiàn)不出來。與螺栓球網(wǎng)架結(jié)構(gòu)相比，預(yù)應(yīng)力張弦桁架結(jié)構(gòu)是其價格1．3倍左右。

4.3 螺栓球網(wǎng)架結(jié)構(gòu)

（1）螺栓球網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是由很多桿件從兩個方向或多個方向有規(guī)律地組成的高次超靜定空間結(jié)構(gòu)。網(wǎng)架上、下弦及腹桿采用高頻電焊鋼管，鋼材均采用 Q345 低合金結(jié)構(gòu)鋼。網(wǎng)架節(jié)點采用螺栓球節(jié)點，將桿件通過高強螺栓連接于螺栓球上。是目前應(yīng)用最為廣泛的一種節(jié)點形式。

支座節(jié)點是網(wǎng)架結(jié)構(gòu)與下部支撐結(jié)構(gòu)聯(lián)系的紐帶，也是整個結(jié)構(gòu)最重要的部位。網(wǎng)架支座處為鉸接點，包括豎向的連接板和水平的連接板，具有足夠的剛度和強度。為了增加儲煤量，煤場四周設(shè)置高度為5m 的鋼筋混凝土擋煤墻，沿?fù)趺簤Ψ较蛎扛粢欢ň嚯x設(shè)置鋼筋混凝土柱，柱子對擋煤墻起一定的約束作用，網(wǎng)架支座位于柱頂，與柱子可靠連接。

屋面圍護結(jié)構(gòu)可采用“檁條+彩鋼板”方案。屋面維護結(jié)構(gòu)面層為0．7mm的單層彩色鍍鋁鋅壓型鋼板，面漆為改性聚酯漆。為滿足采光的要求，屋面每隔一定距離沿橫向設(shè)特殊樹脂采光板。

（2）螺栓球網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的優(yōu)點。①網(wǎng)架結(jié)構(gòu)最大的特點是由于桿件之間相互支撐作用，剛度大、整體性好、抗震能力強，而且能夠承受由于地基不均勻沉降帶來的不利影響。即使在個別桿件受到損傷的情況下，也能自動調(diào)節(jié)桿件內(nèi)力，保持架構(gòu)的安全；②網(wǎng)架結(jié)構(gòu)自重輕，節(jié)約鋼材；③網(wǎng)架結(jié)構(gòu)適應(yīng)性強，既適用于中小跨度的建筑，也適用于大跨度的房屋，而且從建筑物平面型式上來說，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)也可以適應(yīng)各種平面形式的建筑：如矩形、圓形、扇形及各種多邊形等平面建筑形式；④網(wǎng)架結(jié)構(gòu)由于其桿件規(guī)格劃一，適宜工廠化生產(chǎn)，為加速工程進度提供了有利條件和保證。

（2）螺栓球網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的缺點。①耐腐蝕性差。由于本工程處于煤場環(huán)境，屬于煤硫化物強腐蝕工業(yè)大氣環(huán)境。鋼材與這些腐蝕性介質(zhì)發(fā)生電化學(xué)反映，產(chǎn)生銹蝕。連接球節(jié)點和桿件的高強螺栓螺紋防腐處理難度較大，連接處腐蝕介質(zhì)極易堆積，存在比較嚴(yán)重的銹蝕問題；②網(wǎng)架存在大面積堆載的問題。由于大面積的堆載，容易造成網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)支座的沉降和向外滑移，由此產(chǎn)生附加內(nèi)力，對支座附近的節(jié)點和桿件有一定的影響。

（3）結(jié)論。螺栓球網(wǎng)架結(jié)構(gòu)具有剛度大、整體性好、抗震能力強，對于跨度小于130m的結(jié)構(gòu)體系，工程造價偏低，施工難度小，施工周期短等特點，在國內(nèi)已有煤場的封閉工程中應(yīng)用非常普遍。雖然其存在著耐腐蝕性差的問題，采用熱浸鋅防腐措施（浸鋅厚度≥50μm）可以有效解決這個不足。

5 各結(jié)構(gòu)類型分析

通過對筒倉、圓形封閉煤場、條形封閉煤場等不同封閉煤場圍護類型特點分析，根據(jù)擬改造煤場實際現(xiàn)狀，若采用圓形煤場和筒倉結(jié)構(gòu)均需要重新改造原有輸煤系統(tǒng)，增加高位棧橋及配套輸煤系統(tǒng)，相比較投資高、改造難度大、施工周期長。所以選擇采用條形封閉煤場類型。

通過對條形封閉煤場三種鋼結(jié)構(gòu)體系特點進行分析，預(yù)應(yīng)力張弦桁架結(jié)構(gòu)、普通鋼桁架結(jié)構(gòu)及螺栓球網(wǎng)架結(jié)構(gòu)均在國內(nèi)有較成熟應(yīng)用。

預(yù)應(yīng)力張弦桁架結(jié)構(gòu)雖然跨越能力強、結(jié)構(gòu)力學(xué)特性優(yōu)越、耐腐蝕性強，但該結(jié)構(gòu)體系對設(shè)計及施工的技術(shù)能力均有較高要求，需要具有豐富經(jīng)驗的預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計單位進行設(shè)計工作。同時施工過程需要進行全過程施工仿真分析，并根據(jù)施工仿真結(jié)果指導(dǎo)施工，對桁架結(jié)構(gòu)安裝精度及預(yù)應(yīng)力張拉精度要求嚴(yán)格，對施工單位能力要求較高。對與本項目而言，結(jié)構(gòu)跨度約90米，對跨度小于130m的結(jié)構(gòu)體系工程造價偏高，約高出螺栓球網(wǎng)架結(jié)構(gòu)24%，其經(jīng)濟性體現(xiàn)不出來。

普通鋼桁架結(jié)構(gòu)耐腐蝕性較好，技術(shù)成熟，與螺栓球網(wǎng)架結(jié)構(gòu)相比，工程造價比預(yù)應(yīng)力張弦桁架結(jié)構(gòu)稍高，現(xiàn)場焊接量大，施工周期長，對于電廠正常運行有一定影響。工程造價約高出螺栓球網(wǎng)架結(jié)構(gòu)30%。

本工程結(jié)構(gòu)跨度約90米，采用螺栓球網(wǎng)架結(jié)構(gòu)現(xiàn)場焊接工作量相對較小，施工周期短，且現(xiàn)場施工過程中對現(xiàn)有煤場運行的影響最小，工程建設(shè)投資相對最少。

6 結(jié)語

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展、環(huán)境保護力度的加強和節(jié)能減排工作的大力開展，粉塵的排放控制日益受到重視。切實改善和提升城市環(huán)境空氣質(zhì)量已成為各級黨委、地方政府“十三五”期間最大的民生工程及核心工作之一。

煤塵不僅污染環(huán)境，同時大量的煤炭也會以揚塵的形式飄散于空氣中，造成煤炭資源的流失；露天煤場儲煤汛期受雨水沖刷也造成一部分煤炭資源損失，煤場封閉改造完成后可有效降低煤炭資源通過上述兩種方式造成的損耗。

對儲煤場進行封閉式改造，是國家到地方各級環(huán)保部門的明確要求。煤場封閉改造完成后可有效降低空氣的揚塵量，提高周邊環(huán)境空氣質(zhì)量，同時降低燃煤揚塵流損。寧夏寧魯煤電有限責(zé)任公司靈州電廠煤場進行全封閉改造具有十分重要的必要性。