日照煤炭筒倉裝卸工藝系統設計

梁孝誠，崔建勛

（中交第一航務工程勘察設計院有限公司，天津 300220）

引言

目前我國粘結性強、結焦性好的煉焦煤資源主要集中在山西，中國其他地區乃至國外高強度的煉焦煤資源日益稀缺匱乏。根據日照港石臼港區南作業區規劃及日照港石臼港區東煤南移工程的建設情況，山西焦煤集團擬在東煤南移工程堆場西側，建設煤炭筒倉及專業化煤炭堆場，進行單一煤種的精確混配作業。本文結合該工程的工藝設計進行分析研究，簡析了煤炭筒倉的設計要點。

1 裝卸及配煤工藝系統

本工程原料煤依托日照港東煤南移工程堆場進行堆存，東煤南移工程帶式輸送機系統預留接口，為本工程供給原料煤，采用筒倉方式進行原料煤混配作業，按照每批次配煤總量要求，根據配煤比例將原料煤取裝進筒倉，經筒倉下給料設備計量，落料至出倉帶式輸送機，原料煤在帶式輸送機多次轉接和堆入成品煤堆場的過程中實現均勻混配。

裝卸及配煤工藝系統可劃分為鐵路卸車系統、碼頭卸船系統、碼頭裝船系統、配煤系統、配前煤、配后煤堆場堆存系統以及采制樣系統。其中鐵路卸車系統、碼頭裝船系統利用日照港東煤南移工程相關設施設備，碼頭卸船系統依托日照港14#、15#泊位設施設備，接卸原料煤依托日照港東煤南移工程堆場進行堆存。根據出倉帶式輸送機的布置形式，進行方案對比分析。

2 設計方案

2.1 設計方案1

1）鐵路卸車系統

本工程設計年配煤量為1 000 萬t，其中700萬t 為鐵路來煤，依托日照港東煤南移工程翻車機房進行鐵路卸車作業，接卸原料煤直接堆存至東煤南移工程堆場；同時，考慮遠期鐵路來煤直配作業，遠期可將本工程BJ2 帶式輸送機尾部延長，并設置固定接料漏斗，由東煤南移工程堆場最西側堆料機給料至接料漏斗，從而進入本工程工藝系統。

2）碼頭卸船系統

除了700 萬t 的鐵路來煤以外，本工程300 萬t原料煤為水上來煤，依托日照港14#、15#泊位進行卸船作業。日照港14#、15#泊位近期采用通用作業模式，碼頭采用門座起重機進行卸船作業，并在門機陸側軌后方設置緩沖堆場，采用流機進行倒運；遠期考慮進行專業化改造，改造后卸船原料煤可直接經帶式輸送機輸送至東煤南移工程堆場堆存。

3）碼頭裝船系統

本工程年配煤量為1 000 萬t，配后成品煤全部依托日照港南5#～7#泊位進行裝船外運。本項目帶式輸送機與日照港東煤南移工程（預留）帶式輸送機采用伸縮頭轉接形式，通過伸縮頭可實現工程堆場內物料通過（預留）帶式輸送機至東煤南移工程任意臺裝船機進行裝船作業。

4）原料煤堆場堆存系統

鐵運、水運原料煤均依托日照港東煤南移工程西側堆場進行堆存，并利用其堆取料設備進行堆碼垛作業。

5）煤炭筒倉

本工程共設6 座煤炭筒倉，南北排成一列。筒倉頂部設倉頂房，采用卸料小車進行卸料，每座筒倉頂設6 個進料口，由卸料小車進行定點卸料；倉底布置兩條出倉帶式輸送機，每座筒倉底設4 個卸料口，由平板閘門控制卸料口的開閉，并在其下方配備1 臺帶計量功能的帶式給料機，根據預設配煤比例及計量設施反饋的結果，實時調整帶式給料機的給料能力，將物料輸送至出倉帶式輸送機上。

6）成品煤堆場堆存系統

結合實際場地條件及工藝流程需求，本工程采用長條形露天堆場進行堆存。于煤炭筒倉東側設置1 條壩基，沿壩基兩側布置2 條堆場，每條煤炭堆場有效堆存長度約455.5 m，其中一條料堆寬度為35 m，堆高13.5 m，另一條料堆寬度為45.5 m，堆高14 m，總堆存容量約為17.02 萬t，采用“雙線雙機”的作業形式：壩基上布置1 條堆料帶式輸送機、1 條取料帶式輸送機，對應的布置1 臺堆料機、1臺取料機。

7）采制樣系統

配煤質量的保障取決于對原料煤質量的驗證以及對成品煤質量的把控，這就需要實時有效地進行采樣制樣，以便對樣本做進一步的化驗分析。

本項目采制樣分為兩部分，其一是本項目內的采制樣，檢驗配煤質量并反饋配煤設備工作情況；其二是日照港東煤南移工程裝卸系統的采制樣，檢驗原料煤質量及成品煤裝船交接質量。

本項目內其主要基本要求如下：

①對配煤前的原料煤進行在線采樣，原料煤采樣裝置布置在BJ2 帶式輸送機靠近頭部的位置；

②對配煤后的成品煤在線采樣，成品煤采樣裝置布置在BJ5 帶式輸送機靠近頭部的位置；

③品質檢驗工作應滿足國家標準質量要求及檢驗效率滿足生產需求；

④對用戶生產出的焦炭質量進行研究和反饋性評價。

2.2 設計方案2

工藝方案2 與工藝方案1 大體相同，主要區別在于工藝方案2 設置一條出倉帶式輸送機，位于筒倉東側。筒倉卸料至帶式給料機（無計量功能），由帶式給料機給料至BP 帶式輸送機，經BP 帶式輸送機計量并反饋給帶式給料機，實現雙回路調節，而后將物料輸送至出倉帶式輸送機。

圖1 雙回路調節精準度控制原理圖

3 工藝流程

3.1 工藝方案1

1）原料煤進倉混配

（原料煤堆場→堆取料機/取料機→帶式輸送機）→轉接機房→BJ1 帶式輸送機→BJ2 帶式輸送機→BJ3 帶式輸送機→卸料小車→煤炭筒倉→計量帶式給料機→帶式輸送機→BJ5 帶式輸送機→BD1帶式輸送機→堆料機→成品煤堆場

2）成品煤取裝船

成品煤堆場→取料機→BQ1 帶式輸送機→BJ6帶式輸送機→TP1 轉接機房→（帶式輸送機→碼頭帶式輸送機→裝船機→船舶）

3）出倉成品煤直裝船

煤炭筒倉→計量帶式給料機→BJ4-1/BJ4-2 帶式輸送機→BJ5 帶式輸送機→BQ1 帶式輸送機→BJ6 帶式輸送機→TP1 轉接機房→（帶式輸送機→碼頭帶式輸送機→裝船機→船舶）

4）半成品煤回倉再配

成品煤堆場→取料機→BQ1 帶式輸送機→BJ2帶式輸送機→BJ3 帶式輸送機→卸料小車→煤炭筒倉→計量帶式給料機→BJ4-1/BJ4-2 帶式輸送機→BJ5 帶式輸送機→BD1 帶式輸送機→堆料機→成品煤堆場

裝卸及配煤工藝流程方案1 見圖2。

圖2 裝卸及配煤工藝流程方案1

3.2 工藝方案2

1）原料煤進倉混配

（原料煤堆場→堆取料機/取料機→帶式輸送機）→TP1 轉接機房→BJ1 帶式輸送機→BJ2 帶式輸送機→BJ3 帶式輸送機→卸料小車→煤炭筒倉→帶式給料機→計量BP 帶式輸送機→BJ4 帶式輸送機→BJ5 帶式輸送機→BD1 帶式輸送機→堆料機→成品煤堆場

2）成品煤取裝船

成品煤堆場→取料機→BQ1 帶式輸送機→BJ6帶式輸送機→TP1 轉接機房→（帶式輸送機→碼頭帶式輸送機→裝船機→船舶）

煤炭筒倉→帶式給料機→計量BP 帶式輸送機→BJ4 帶式輸送機→BJ5 帶式輸送機→BQ1 帶式輸送機→BJ6 帶式輸送機→TP1 轉接機房→（帶式輸送機→碼頭帶式輸送機→裝船機→船舶）

4）半成品回倉再配

成品煤堆場→取料機→BQ1 帶式輸送機→BJ2帶式輸送機→BJ3 帶式輸送機→卸料小車→煤炭筒倉→帶式給料機→計量BP 帶式輸送機→BJ4 帶式輸送機→BJ5 帶式輸送機→BD1 帶式輸送機→堆料機→成品煤堆場

裝卸及配煤工藝流程方案2 見圖3。

圖3 裝卸及配煤工藝流程方案2

4 設備選型

4.1 水平運輸設備

1）工藝方案1

①取料入倉及取料裝船帶式輸送機系統

取料入倉帶式輸送機系統能力與日照港東煤南移工程9#～11#堆場取料系統設備能力相同；取料裝船帶式輸送機系統與日照港東煤南移工程取料裝船系統設備能力相同。

然而,當兩區域OLR負相關時,情形卻非常不同。熱帶西北太平洋仍處于下沉區域,而熱帶東南印度洋則有顯著的上升運動和對流增強時,在Box-A和Box-B間形成了完整的斜向的垂直環流(圖6b)。這種垂直環流在西北太平洋與熱帶東南印度洋的相互作用中起到了非常重要的作用。這里與圖5的分析結果一致,也與圖3b,圖4d、4e、4f所示的非絕熱加熱異常擾動相一致。所以,OLR在Box-A和Box-B上的負相關表明了這兩個地區存在著明顯的相互影響,且垂直環流圈或為這兩個地區聯系的重要途徑之一。

因此，BJ1/BJ2/BJ3/BQ1/BJ6 帶式輸送機：額定能力6 000 t/h，帶寬2.2 m，帶速4.3 m/s。

②出倉堆存帶式輸送機系統

BJ5/BD1 帶式輸送機：額定能力6 000 t/h，帶寬2.2 m，帶速4.3 m/s。

BJ4-1/BJ4-2 帶式輸送機：額定能力3 000 t/h，帶寬1.8 m，帶速3.5 m/s。

2）工藝方案2

①取料入倉及取料裝船帶式輸送機系統

取料入倉帶式輸送機系統能力與日照港東煤南移工程9#～11#堆場取料系統設備能力相同；取料裝船帶式輸送機系統與日照港東煤南移工程取料裝船系統設備能力相同。

因此，BJ1/BJ2/BJ3/BJ6/BQ1 帶式輸送機系統：額定能力6 000 t/h，帶寬2.2 m，帶速4.3 m/s；

②出倉堆存帶式輸送機系統

BJ4/BJ5/BD1 帶式輸送機：額定能力6 000 t/h，帶寬2.2 m，帶速4.3 m/s。

BP 帶式輸送機：額定能力800 t/h，帶寬1.2 m，帶速2.5 m/s。

4.2 配煤系統設備

1）筒倉頂卸料小車

本工程在筒倉頂部設倉頂房，倉頂房內配備一臺卸料小車，串聯在倉頂帶式輸送機上，并通過卸料小車頭部三通落料管進行雙側定點卸料，將不同種類原料煤卸料至各個筒倉內部進行堆存，等待原料煤出倉混配，卸料小車額定能力6 000 t/h，軌距4.2 m。

2）筒倉底給料計量設備

工藝方案1 在倉底卸料口沿線布置兩條出倉帶式輸送機，采用帶式給料機（帶計量功能）進行給料計量，本次設計選用帶式給料機額定能力100～600 t/h，準確度等級0.5 級。

工藝方案2 在筒倉東側布置一條出倉帶式輸送機，由帶式給料機（不帶計量功能）給料至BP 帶式輸送機（帶計量功能），而后由BP 帶式輸送機將物料輸送至出倉帶式輸送機。本次設計選用帶式給料機額定能力400 t/h，BP 帶式輸送機額定能力800 t/h，準確定等級0.5 級。BP 帶式輸送機可將計量數據實時反饋給給料機，從而指導給料機進行給料能力調控，實現雙回路調節，保障煤炭配比。

3）煤炭筒倉

筒倉內徑18 m、凈高約38 m、倉容5 000 t，采用鋼筋混凝土四錐斗結構形式，具有使用壽命長、維護量小等優點。卸料通道采用雙曲線截面，采用不銹鋼材質，外圍有電伴熱及保溫層，為防止可能出現的膨倉，同時在筒倉四周預留空氣炮位置，當筒倉內部出現倉壁掛料，或局部物料粘結等情況，可采用空氣炮進行及時清理。筒倉頂采用固定多點卸料形式，每座筒倉頂設6 個進料口，實現筒倉內物料的均勻堆存，從而充分利用筒倉容積。

4.3 成品煤堆場設備

本次設計的兩個工藝方案堆場布置相同。在筒倉東側設一條壩基，壩基兩側設兩條露天堆場，，采用“雙線雙機”的布置形式，壩基上布置一條堆料線和一條取料線，并對應配備一臺堆料機和一臺取料機，其中堆料機布置在取料機的北側，能夠有效提升堆料機、取料機在壩基上的走行范圍，從而提升堆場利用率，提高堆場堆存容量。

堆料機主要技術參數：額定能力6 000 t/h，軌距12 m，回轉半徑35 m；

取料機主要技術參數：額定能力6 000 t/h，軌距12 m，回轉半徑48 m。

4.4 采制樣設備

本次設計將采制樣設施布置在BJ2 帶式輸送機及BJ5 帶式輸送機靠近頭部位置，分別對原料煤及成品煤進行采制樣分析。采樣裝置由初級采樣機、一次給料機、破碎機、二次給料機、縮分器、樣品收集器、斗提機、電控系統及一些鋼結構附件組成，最終樣品收集在防塵、防水的收集器中，收集器為自動旋轉換位式，整個采制樣設備可實現無人值守全自動采制樣。

4.5 其它設備

各轉接機房及倉頂房內設置維修用的電動葫蘆或手動葫蘆，起重量滿足使用要求；在煤炭進出堆場的帶式輸送機適當位置設置除鐵器和除雜裝置，以確保煤炭質量及帶式輸送機運行安全。

5 煤炭筒倉設計要點

5.1 煤炭筒倉的結構型式、容量及數量的確定

1）筒倉的結構形式

從結構形式來看，筒倉一般可劃分為平底倉和錐底倉，其中平底倉適用于貯存流動性較好的物料，如大豆、玉米等糧食物料；結合國內外煤炭筒倉的應用情況，貯存煤炭的筒倉一般采用錐形底結構形式，以方便物料出倉，減少清倉作業量。

從建設材質來看，又可劃分為鋼結構筒倉和鋼筋混凝土筒倉兩種形式。鋼結構筒倉自重輕、價格便宜、施工較簡單、施工周期短，但倉壁較薄，受外界溫差變化影響大，容易產生濕料、掛料情況，難以清理。而鋼筋混凝土筒倉雖然價格相對較高，施工周期較長，但維護保養工作量小，受外界溫差影響小，倉壁光滑，不易掛料。從長期使用性能和存儲質量等方面考慮，本工程推薦采用鋼筋混凝土筒倉。

2）筒倉容量及個數確定

筒倉容量決定配煤系統的投資和可操作性。容量過小會導致筒倉供料設備、取料機斷斷續續取料，取料能力不能有效利用，增加取料機在各個煤種之間的移機次數，從而增大能耗；容量過大勢必造成筒倉高度及內徑的增加，從而導致筒倉建設難度加大、能耗提升，經濟性降低。

在工程實際中，筒倉容量及個數一般需要綜合考慮多種因素考慮，如年配煤作業量、年運營時間、配煤種類、成品煤裝船船型（或裝車車型）、投資、作業效率、作業不平衡等，并充分結合建設方意見進行設計，具體問題具體分析，進而確定筒倉容量及數量。

5.2 煤炭進出筒倉工藝設計

原料煤進倉：本工程原料煤堆場依托日照港東煤南移工程堆場堆存，待有配煤任務后，由東煤南移工程堆場取料設備進行取料作業，將物料轉接至本工程帶式輸送機系統，通過筒倉頂卸料小車進行倉頂多點卸料作業，將原料煤堆存至指定的筒倉內，等待配煤作業。

出倉配煤：本工程推薦采用四錐斗混凝土筒倉，在筒倉底布置兩條出倉主帶式輸送機，當所需原料煤完成入倉后，筒倉開始卸料配煤，物料在出倉、轉接、輸送過程中完成混配均勻，而后堆存至成品煤堆場或進行直裝船作業。

5.3 成品煤堆存工藝設計

結合本工程實際用地情況，在煤炭筒倉東側設置長條形露天成品煤堆場，設置1 條壩基，沿壩基兩側布置2 條堆場，采用“雙線雙機”的作業模式，即在壩基上布置1 條堆料作業線、1 條取料作業線，同時配備1 臺堆料機和1 臺取料機，能夠減少軌道梁建設投資，增大成品煤堆場容量，從而滿足年配煤作業量的堆存要求。

5.4 配煤精度保障工藝設計

在配煤過程中，各原料煤的配比十分重要，需要高精度的計量設備，保證各原料煤的精確配比，從而確保成品煤質量。本工程推薦采用帶計量功能的帶式給料稱，給料能力為100～600 t/h，準確定等級0.5 級，能夠有效保證配煤精度。同時為了保證給料稱計量數據真實可靠，設計時還需考慮采用實物對給料稱進行校驗：通過港區內流動機械裝載一定物料，通過計量精度達到1 %的汽車衡計量后，將物料卸入原料煤堆場，而后由取料機將該部分物料取出，由帶式輸送機將該部分物料輸送至已完成清倉作業的筒倉內，而后進行出倉作業，統計給料秤計量數據，進行前后比對，從而實現對給料稱計量精度的校驗。

5.5 采制樣工藝設計

采制樣工藝又可劃分為在線采樣、制樣及化驗室檢測三個部分，是配煤系統中必不可少的重要環節。通過連續采樣或間斷采樣獲得隨機樣品，再進行破碎、縮分等流程后獲得最終樣本，并通過進一步化驗檢測，鑒別單批次煤炭的優劣，并將檢驗結果反饋配煤系統，從而指導實際生產，把控成品煤的質量。

6 結語

本文從筒倉的結構選型、筒倉容量及數量確定、物料進出倉的工藝方案、出倉帶式輸送機的布置形式、成品煤堆場的堆存方案以及機械化采制樣的布置等方面，對日照配煤基地工藝系統的設計工作進行回顧，并對煤炭筒倉工藝的設計要點進行歸納整理，為今后類似的工程設計及建設提供一定的借鑒和參考，具有一定的工程實際參考價值。