大俯仰斗輪堆取料機應用研究

賈 斌

(中國能源建設集團廣東省電力設計研究院有限公司，廣東 廣州 510663)

0 引言

貯煤場是燃煤火力發(fā)電廠貯存燃料的重要設施[1]。早期貯煤場多采用露天條形煤場，占地面積大、場地利用率低、環(huán)保性差[2-3]。現(xiàn)行《中華人民共和國大氣污染防治法》要求對貯存煤炭的料倉進行密閉。近年來新建的條形煤場多采用封閉形式，原露天條形煤場也開始進行封閉改造[4-7]。

因封閉式條形煤場單位面積造價高，且受到消防規(guī)范的嚴格限制[8-9]，如何減小貯煤場占地面積、降低造價、提高場地利用率、節(jié)約土地資源等越來越受到關注。在不改變條形煤場型式的前提下，采用大俯仰斗輪堆取料機是一種較好的替代方案。

1 大俯仰斗輪堆取料機

大俯仰斗輪堆取料機是在傳統(tǒng)應用的斗輪堆取料機基礎上進行的優(yōu)化，是指通過特殊設計，使斗輪堆取料機懸臂的俯仰角度可以達到約±15°，如圖1所示。

圖1 大俯仰斗輪堆取料機示意圖

相比傳統(tǒng)斗輪堆取料機，大俯仰斗輪堆取料機具有以下優(yōu)缺點：

1)通過增大懸臂俯仰角度，在不增加斗輪堆取料機懸臂長度的情況下，提高懸臂堆、取的高度范圍，從而增加堆煤高度，提高單位面積貯煤量，減小煤場占地面積。

2)大俯仰斗輪堆取料機堆取角度均為15°，達到了帶式輸送機運輸物料傾斜角度的上限，相比傳統(tǒng)斗輪堆取料機(俯角-13°/仰角+12°)，可以最大限度地發(fā)揮設備性能。

3)大俯仰斗輪堆取料機俯角可達到15°，因此可以允許斗輪堆取料機工作在更高的軌道平臺上，可方便煤場兩端轉(zhuǎn)運站和煤場帶式輸送機拉緊裝置的布置，平臺和軌道不易被煤堆垮塌等淹沒。

4)高位布置的斗輪堆取料機軌道下方的隧道可作為電纜、水管、消防管、排污溝等布置區(qū)域，優(yōu)化煤場內(nèi)管線的布置。高位布置的斗輪堆取料機平臺也有條件設置消防車、推煤機的下穿通行通道。既能滿足消防要求，同時推煤機不必再繞行煤場環(huán)形道路，避免推煤機履帶壓壞路面。斗輪堆取料機平臺側(cè)墻兼做擋煤墻，極限情況下允許壓煤，可以增加煤場貯量。

5)當2×1 000 MW機組燃燒較差煤種時，采用傳統(tǒng)斗輪堆取料機無法實現(xiàn)在12 000 m2單個防火分區(qū)面積內(nèi)和50 000 m2單座煤場面積內(nèi)貯存20 d的耗煤量。根據(jù)國內(nèi)消防規(guī)范[10]，此種情況下將不得不采用兩座或以上的封閉煤場，從而大大增加占地面積和造價。而大俯仰斗輪堆取料機煤場通過優(yōu)化設計，可在消防規(guī)范限制內(nèi)設計單座煤場，節(jié)約了相關的投資。

6)大俯仰斗輪堆取料機本身的結構穩(wěn)定性計算比傳統(tǒng)斗輪堆取料機更為復雜，懸臂帶式輸送機電機功率比傳統(tǒng)斗輪堆取料機更大。

7)大俯仰斗輪堆取料機在堆取靠近軌道基礎的煤堆時，會受到基礎的部分影響，可能會增加推煤機等煤場機械的輔助作業(yè)量。

8)根據(jù)最近工程應用情況，大俯仰斗輪堆取料機相比傳統(tǒng)斗輪堆取料機設備費用上基本相同，軌道平臺基礎的土建費用略有增加，但總體相差不大。

2 2×1000MW機組貯煤場計算示例

某2×1 000 MW機組燃用陜北的原煤，耗煤量為780 t/h。應本項目集團公司以及當?shù)卣囊螅簣鲑A煤量須按20 d進行設計，即煤場貯煤量不小于31.2×104t。本工程的煤場示意圖如圖2所示。

圖2 某2×1 000 MW機組程貯煤場示意圖

根據(jù)設計要求，對采用大俯仰斗輪堆取料機和傳統(tǒng)斗輪堆取料機的條形煤場數(shù)據(jù)進行了計算，主要計算結果見表1所列。

表1 2×1 000 MW機組條形煤場計算結果對比表

根 據(jù)GB 50229—2019《 火 力 發(fā) 電 廠 與變電站設計防火標準》[10]第3.0.5條的要求，即“每座室內(nèi)貯煤場最大允許占地面積不應大于50 000 m2，每個防火分區(qū)面積不宜大于12 000 m2，當防火分區(qū)面積大于12 000 m2時，防火分區(qū)之間應采用寬度不小于10 m的通道或高度大于堆煤表面高度3 m的防火墻進行分隔”。

根據(jù)消防規(guī)范條款的條文說明，50 000 m2的面積限制是基于2×1 000 MW機組的褐煤15 d貯煤量或煙煤20 d的貯煤量而制定的。而當發(fā)電廠的煤場布置受限或煤質(zhì)較差時，單座煤場面積常常會超出50 000 m2的限制，由表1所知。在此種情況下，為滿足標準要求，不得不將煤場分隔為兩個互相獨立的封閉煤場，從而大大增加了占地面積和工程量。

當采用大俯仰斗輪堆取料機方案時，通過優(yōu)化設計，基本均可以控制單座煤場總面積以及單個防火分區(qū)面積處于標準的限制要求之內(nèi)，從而節(jié)約相關的投資。

3 3×660MW機組大型貯煤場應用方案

某3×660 MW機組工程受當?shù)卣吆铜h(huán)保要求的限制，需要選用封閉式條形貯煤場。該工程燃用印尼煤、澳洲煤，日耗煤量17 350 t，容量要求可貯存3×660 MW機組45 d耗煤量，共須貯存燃煤78.1×104t。煤場內(nèi)配置2臺懸臂回轉(zhuǎn)半徑45 m的斗輪堆取料機。

本工程要求煤場必須符合GB 50229—2019《火力發(fā)電廠與變電站設計防火標準》第3.0.5條的要求。

根據(jù)設計要求，主要考慮消防規(guī)范對貯煤場的限制，初步計算單座不超過50 000 m2的煤棚不能滿足本工程的貯煤面積需要，必須分多個煤棚。因煤棚內(nèi)分堆會造成封閉煤場面積的浪費，本工程的煤場考慮分隔為4座相隔10 m的封閉煤棚，其示意圖如圖3所示。

圖3 某工程貯煤場布置圖

根據(jù)設計要求，對采用大俯仰斗輪堆取料機和傳統(tǒng)斗輪堆取料機的條形煤場數(shù)據(jù)進行了計算，主要計算結果見表2所列。

表2 3×660 MW機組條形煤場計算結果表

由表2可知，當采用大俯仰斗輪堆取料機條形煤場方案時，煤場總面積相比傳統(tǒng)斗輪堆取料機條形煤場可以減少約10%，對于本工程而言，可大大節(jié)約總占地面積和封閉煤棚面積，有效降低造價，因此本工程最終選用大俯仰斗輪堆取料機條形煤場方案。

本工程煤場共配置2臺懸臂回轉(zhuǎn)半徑45 m、俯仰角度±15°、堆料高度20 m (軌上16 m軌下4 m)、堆取料出力2 000 t/h的大俯仰斗輪堆取料機。貯煤場共有12個煤堆，煤場總長度454 m，總跨度240 m，煤堆高度20 m，總存煤量約為78.1×104t。每座煤堆面積小于12 000 m2，煤堆之間間隔均不小于10 m，每座煤場占地面積小于50 000 m2，符合消防要求的規(guī)定。

斗輪堆取料機整體位于距離煤場地面約4 m的平臺上，平臺側(cè)墻兼做擋煤墻。平臺下可作為管道和電纜布置的隧道。不同煤棚之間間隔10 m，煤棚之間不設山墻以允許斗輪堆取料機通行，在煤棚間隔外圍設擋風抑塵墻，消防道路從4 m高斗輪機平臺下方穿過，既能允許消防車通行，也可允許推煤機和裝載機等煤場機械下穿，提高運行靈活性。本工程煤場的橫斷面布置如圖4所示。

圖4 本工程所用大俯仰斗輪機示意圖

4 大俯仰斗輪堆取料機項目調(diào)研

4.1 焦作龍源2×660 MW電廠

焦作電廠全廠配置一座長343 m封閉條形煤場，為中間設置立柱的兩跨結構，每跨寬度95 m；煤場配置兩臺長沙某公司生產(chǎn)的斗輪堆取料機，其主要參數(shù)見表3所列。斗輪堆取料機初始為常規(guī)設計，執(zhí)行過程中變更為大俯仰設計，是國內(nèi)第一家采用大俯仰斗輪堆取料機的電廠。

表3 焦作龍源電廠斗輪堆取料機主要參數(shù)表

自2014年投運以來，除運行中發(fā)生因操作失誤導致的前臂架脫落、斗輪電機及減速機地腳螺栓繃斷等故障外，斗輪堆取料機運行穩(wěn)定，缺陷較少。

4.2 海豐2×1 000 MW電廠

華潤海豐2×1 000 MW電廠全廠配置兩座直徑120 m圓形煤場及一座長200 m、總跨度100 m封閉條形煤場。條形煤場內(nèi)配置一臺長春某公司生產(chǎn)的大俯仰通過式斗輪堆取料機，參數(shù)見表4所列。條形煤場2015年10月投入運行。

表4 海豐電廠斗輪堆取料機主要參數(shù)表

海豐電廠條形煤場于2015年10月投入使用，斗輪堆取料機運行穩(wěn)定，缺陷較少，主要維護工作是磨損件的更換。2021年出現(xiàn)一次因液壓系統(tǒng)故障導致懸臂只能上升不能下降的問題，維修液壓系統(tǒng)后問題解決。

4.3 錦州2×660 MW電廠

華潤錦州2×660 MW電廠全廠配置兩座長250 m、總跨度120 m封閉條形煤場。每座煤場配置一臺天津某公司生產(chǎn)的大俯仰斗輪堆取料機，參數(shù)見表5所列。

表5 錦州電廠斗輪堆取料機主要參數(shù)表

錦州電廠條形煤場于2020年9月投入運行，懸臂斗輪機運行基本穩(wěn)定，結構方面未見異常。運行中產(chǎn)生的主要故障為電氣控制方面故障，主要原因為設備投運時間不長，還在磨合期；安裝時誤差較大。

5 大俯仰斗輪堆取料機設計應用注意事項

1)優(yōu)化煤堆的長度和寬度，必須進行多種煤堆長寬組合方案計算，盡量減少煤棚的占地面積，最大化地實現(xiàn)節(jié)地節(jié)造價的效果。

2)特別注意斗輪堆取料機平臺基礎兩側(cè)的堆取煤，優(yōu)化軌道平臺兩側(cè)的欄桿走道的布置，不應產(chǎn)生堆取煤的死角，并注意減少斗輪機直接堆取煤的障礙。同時，特別注意平臺兩側(cè)的煤堆底部總間距不小于10 m，以符合消防規(guī)定。

3)當需要利用斗輪堆取料機平臺下方的隧道時，應注意相關的消防限制。

4)特別注意大俯仰斗輪堆取料機俯、仰的極限位置與兩側(cè)煤堆的關系，避免配重在極限位置與煤堆的碰撞。

5)在大俯仰斗輪堆取料機設備招標及后續(xù)設計時，應要求設備生產(chǎn)廠家進行多種工況的穩(wěn)定性計算，保證設備的運行安全。

6 結語

經(jīng)實踐驗證，大俯仰技術在斗輪堆取料機的應用良好，能夠?qū)崿F(xiàn)設備的連續(xù)安全穩(wěn)定運行，國內(nèi)許多制造廠家均具備大俯仰斗輪堆取料機設計和制造能力。大俯仰斗輪堆取料機的應用可有效減少煤場及封閉煤棚的占地面積、降低造價、提高土地利用率，也可更好地符合現(xiàn)行消防規(guī)范要求、提高煤棚消防安全水平，在條形煤場的設計中可以推廣應用。