電廠配套煤碼頭封閉式裝卸系統設計

魏雅康 吳邵強 鄔俊文 梁 浩

中交第四航務工程勘察設計院有限公司

1 引言

某紙業公司為滿足生產需要，建設了專用火力發電廠和配套碼頭。其中，專用配套碼頭共有9個泊位，以木片等造紙原料進口以及成品紙漿出口為主。若專用碼頭兼顧煤炭裝卸作業將會對造紙原料及成品造成一定污染，故專用碼頭在建設初期并未考慮煤炭接卸功能，燃煤主要通過當地公用散貨碼頭接卸，采用貨車運送至該公司發電廠。貨車運輸給周圍道路交通造成較大的壓力，且存在嚴重的沿途煤炭灑落揚灰情況，對公共環境影響較大。

為減少煤炭運輸對周邊環境的影響，同時降低物流成本，考慮將現有專用碼頭內的9#泊位改造為煤炭卸船泊位。為了避免對專用碼頭原有生產作業流程的污染，煤炭在船岸作業以及水平運輸作業過程中需要做到嚴格的密封。

2 工程概況

專用配套碼頭建有通用泊位9個，其中原有9#散雜貨位于配套碼頭西南方向(見圖1)，泊位等級為5萬t級，泊位長度為260 m，現改造為煤炭卸船泊位，改造后煤炭卸船泊位年設計通過能力要求195萬t。

圖1 紙業公司專用配套碼頭現狀圖

本改造工程裝卸工藝主要設計內容包括裝卸系統方案設計及主要設備選型。煤炭經9#泊位卸船后，途徑8#泊位及引橋運至后方電廠。現有8#泊位主要利用帶斗門座起重機進行木片裝卸作業，碼頭面及后方引橋布置有木片槽式帶式輸送機及桶裝成品紙漿運輸車道。

改造工程采用的煤炭裝卸工藝系統與傳統的電廠煤碼頭卸船裝卸工藝系統相比，需具有較好的環保性能，可適應原生產作業環境，避免對原有碼頭裝卸系統和輸送物料造成污染。

3 裝卸工藝方案與設備選型

3.1 傳統煤炭卸船工藝概述

在我國電力能源生產體系中，火力發電占據了較大比重，與之對應的電廠配套煤碼頭建設已經發展得較為成熟，形成了一套可靠、安全、效率較高的煤炭卸船體系，其裝卸工藝系統主要以船岸作業及水平運輸為主。

通過實地調查，與本工程相鄰的發電廠配套煤碼頭的裝卸工藝見表1。

表1 煤碼頭裝卸工藝表

由表1可知，在傳統的電廠配套煤碼頭卸船工藝中，船岸作業以橋式抓斗卸船機或鏈斗式卸船機為主。在實際運營過程中，橋式卸船機卸船效率較高，對物料適應性好，清倉效果好；但是其自重較大，輪壓較高，土建基礎投資較大。另外，橋式抓斗卸船機在卸船過程中，抓斗行程及抓料卸料過程中為敞開式，揚塵較大，對碼頭面存在一定程度的污染。鏈斗式卸船機能夠連續作業，但對物料的要求較高，對雜物多、塊度大的煤適應性差，其維修難度也較大，設備單價高昂，維修成本高[1]。

煤炭水平輸送方面，大型煤炭泊位一般采用普通槽式帶式輸送機進行作業，具有連續輸送穩定、作業效率高等特點；缺點是揚塵較大，回程皮帶容易沾有物料而灑料，造成碼頭面及棧橋的污染，需要定期進行清理，對周邊環境存在較大影響。

傳統的煤炭卸船裝卸工藝系統由于密封性較差，即使增設一定的防塵措施(安裝防塵罩、增設噴霧系統等)，仍然會對周邊環境和建構筑物帶來一定程度的污染。因此，散貨裝船泊位一般不與其余貨種碼頭臨近布置，以免對其裝卸貨種造成污染，影響貨物的高附加值。

3.2 本工程設備選型與裝卸工藝系統設計

3.2.1 船岸作業設備選型

由于傳統的船岸作業設備對碼頭環境污染較大，難以保證專用碼頭內相鄰泊位碼頭裝卸的木片、成品紙漿的潔凈度，而紙業公司對造紙的原材料及成品料的材質控制的又極為嚴格，稍有污染就會造成極大的影響。為此，碼頭前沿選用取料環節密封性能較好、無揚塵的螺旋卸船機進行裝卸作業。

螺旋式卸船機主要由門架、轉臺、水平螺旋、垂直螺旋和喂料器等部分組成，物料靠螺桿轉動產生的擠壓力向上提升。其最大優點是作業過程在密閉狀態下進行，且為連續式作業，無粉塵污染，外型和重量比其他連續卸船機小，在水泥、散糧、化肥、鉀鹽等散狀物料的卸船作業中已經有比較成熟的應用。

3.2.2 水平作業設備選型

煤炭經卸船作業后，水平運輸至后方電廠需經過8#泊位所在碼頭面以及碼頭引橋，碼頭面及引橋上已布置有木片帶式輸送機，且有成品紙漿運輸車輛通行，若布置普通帶式輸送機進行煤炭的水平運輸，會對木片、成品紙漿等造成較大的污染，即使加蓋防塵罩亦不能隔絕這種污染。

在此基礎上，水平運輸考慮配置密封性能良好的圓管帶式輸送機，具有密封性能好、能夠空間彎曲輸送、輸送機傾角高、無跑偏現象等優點，與普通帶式輸送機一樣也是由驅動裝置、傳動滾筒、改向滾筒、托輥、張緊裝置及金屬結構架等組成。圓管帶式輸送機一般由尾部過渡段、成形段和頭部過渡段等三部分組成。從尾部滾筒至膠帶由槽型形成圓管這段距離稱為尾部過渡段；在成形段，膠帶被呈六邊形布置的托輥強制裹成圓管，物料在圓管內隨膠帶穩定運行；在頭部過渡段，膠帶同物料一起由圓形過渡為槽形，并在頭部滾筒處變回槽型而卸料。

圓管帶式輸送機的回程分支輸送帶亦成管狀，不會產生卸料不徹底而造成的回程帶灑料問題，對周邊環境及建構造物影響極小。

結合本項目特點，將螺旋卸船機卸料點的行程范圍設置在帶式輸送機的尾部過渡段，然后在尾部過渡段的槽型區域建設嚴密的密閉通廊，以做到零污染零泄漏，考慮到通廊的空間密閉性，要嚴格做好消防措施(見圖2)。

圖2 密閉通廊段示意圖

3.2.3 裝卸工藝系統設計

本工程采用螺旋卸船機卸船與圓管帶式輸送機水平運輸的裝卸工藝系統，結合9#泊位靠泊船型大小以及泊位年設計通過能力，選用2臺額定效率700 t/h，最大效率為850 t/h的螺旋卸船機進行船岸裝卸作業；選用管徑為?500、帶速4 m/s、輸送能力為1 750 t/h的圓管帶式輸送機進行煤炭的水平運輸。在螺旋卸船機與圓管帶式輸送機銜接處，布置一段長度為300 m的密閉通廊，防止圓管帶式輸送機成型段的煤炭泄漏，用以保證裝卸工藝系統的密封性。改造工程裝卸工藝平面布置見圖3。

圖3 改造后裝卸工藝系統布置圖

4 設備選型的適應性分析

4.1 螺旋卸船機

螺旋卸船機對物料顆粒要求較高，目前在散糧、水泥、化肥等領域應用較為普遍，裝卸能力普遍在300～1 000 t/h。近年來由于環保要求日益提高，螺旋卸船機開始在煤炭等碼頭應用，其裝卸能力和效率有逐步提高的趨勢，平均生產率通常能達到設計生產率的75%，高于橋式抓斗卸船機的50%～60%；但也存在維修保養復雜，螺旋易磨損的缺點，維修更換成本較高[2]。由于設備提升機主要部件與物料接觸，螺桿容易受木條、鋼筋等長條形硬物損傷，維修螺桿等關鍵部件需較長的停機時間。但本項目煤炭主要來自印度尼西亞，屬于優質煤種，煤炭顆粒較細，所含木條、鋼筋等雜質少，對螺旋卸船機的損傷較小，停機維修時間較少，能夠達到較好的裝卸作業效率。

另一方面，螺旋卸船機的卸料過程完全封閉，不發生泄漏，不揚起灰塵，噪聲也較小。由于管式皮帶輸送機在較大粒徑顆粒輸送過程中，容易發生堵料現象，螺旋卸船機垂直臂的尾端外螺旋還能起到松散物料的作用，防止煤炭結塊堵塞管式皮帶輸送機，達到全裝卸過程的流暢作業。

基于螺旋卸船機封閉性特點及對水平運輸設備的適應性，選擇其作為卸船設備，能很好地適應本改造工程。

4.2 管式皮帶輸送機

管式皮帶輸送機的管徑尺寸須嚴格針對輸送物料的顆粒大小而選用。本次工程主要接卸從印尼進口的煤炭，煤炭顆粒最大直徑為200 mm，其中粒徑50 mm以下的占比為90%，粒徑為 50～200 mm占比10%。

本工程選用管式皮帶運輸機直徑為500 mm，能適應輸送物料的最大粒徑為200 mm，可滿足本工程煤炭運輸的需要。

由于專用碼頭現階段運營較為成熟，原有裝卸工藝系統布置有木片槽式帶式輸送機以及成品紙漿運輸車道，為了不影響港區的正常交通組織，本改造工程煤炭輸送系統可利用平面及空間范圍較小，運輸路線較不規則，無法進行完全直線輸送。圓管帶式輸送機可適應空間彎曲輸送，能夠通過較小的轉彎半徑實現輸送帶的方向變換，而不需要建造復雜的轉運站。另一方面，圓管帶式輸送機中的物料被包裹在管式的運輸帶中，物料與輸送帶內表面存在較大的摩擦力，可提高輸送帶的輸送傾角，在跨越專用碼頭成品紙漿運輸道路時能夠較好地實現提升與爬坡。圓管帶式輸送機封閉式運輸以及沿途物料無拋灑、無揚塵的特點，也極大地契合了本工程封閉式設計的特點，適應性較強。

5 結語

該電廠配套煤碼頭的裝卸工藝系統設計、設備選型方案，避免了煤炭裝卸作業對港區原有裝卸系統及輸送物料的污染，既降低了企業發電燃煤的物流成本，又充分利用了自有專用碼頭的泊位通過能力。另外，煤炭不再通過公共碼頭和公共道路進行運輸，緩解了當地的交通壓力，減輕了對周邊的環境污染，具有較好的社會效應。