筒倉儲(chǔ)煤技術(shù)在港口散貨系統(tǒng)中的應(yīng)用

喬朝起

（中交一航局安裝工程有限公司，天津 300457）

1 項(xiàng)目背景

干散貨碼頭是將陸路或水路到港的干散貨進(jìn)行裝車船作業(yè)，并結(jié)合出港的車、船計(jì)劃，進(jìn)行臨時(shí)堆存后裝運(yùn)出港的專業(yè)中轉(zhuǎn)碼頭。傳統(tǒng)的干散貨碼頭采用露天堆場(chǎng)形式對(duì)干散貨進(jìn)行臨時(shí)堆放，大風(fēng)揚(yáng)塵會(huì)對(duì)港口周邊環(huán)境造成污染，通常做法是在堆場(chǎng)兩側(cè)布置灑水噴槍，通過灑水降低粉塵的擴(kuò)散，在一定程度上抑制粉塵的產(chǎn)生。隨著環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，自21世紀(jì)初開始，散貨港口開始推廣利用在堆場(chǎng)四周建立防風(fēng)網(wǎng)的技術(shù)抑制粉塵的擴(kuò)散，這種方式配合灑水除塵對(duì)露天堆場(chǎng)粉塵的擴(kuò)散起到了比較好抑制和屏蔽作用。但由于防風(fēng)網(wǎng)僅對(duì)某一部分的風(fēng)向具有過濾作用，效果有一定的局限性，并不能從源頭上消除粉塵污染。

近年來，散貨港口開始逐步嘗試采用筒倉群、條形大棚、球筒倉等儲(chǔ)存技術(shù)來代替露天堆存方式，推行綠色環(huán)保港口新理念。這種技術(shù)從源頭上消除了粉塵產(chǎn)生的可能性，是一種積極主動(dòng)的解決方案。

黃驊港三期工程是世界上首例采用筒倉群代替露天堆場(chǎng)的一個(gè)煤炭專用碼頭。該項(xiàng)目合同簽訂日期為2011年3月19日，并于2012年12月12日順利完成重載試車[1]。

2 筒倉儲(chǔ)煤工藝介紹

黃驊港三期工程是一個(gè)設(shè)計(jì)年吞吐量為5 000萬t的大型煤炭裝卸碼頭。煤炭接卸采用2線4翻O型翻車機(jī)，額定能力為7 680 t/h；碼頭配置4臺(tái)8 000 t/h全回轉(zhuǎn)裝船機(jī)完成煤炭的裝船作業(yè)。堆場(chǎng)采用24座筒倉群代替露天堆場(chǎng)進(jìn)行煤炭的臨時(shí)中轉(zhuǎn)堆存。圖1為黃驊港三期工程工藝流程圖。

圖1 黃驊港三期工程工藝流程示意圖Fig.1 Process flow diagram of coal term inalphase-3 projectof Huanghua Port

如圖1所示，24座筒倉按4行6列方式布置，同一行的筒倉隸屬于同一作業(yè)流程，由1臺(tái)卸料小車負(fù)責(zé)完成筒倉的裝載作業(yè)。筒倉直徑為40 m，高度為42 m，混凝土結(jié)構(gòu)，煤炭容重按0.85 t/m3計(jì)算，每座筒倉的儲(chǔ)存量約為3萬t。

翻車機(jī)卸下的煤炭，經(jīng)過皮帶機(jī)轉(zhuǎn)接提升，到達(dá)倉頂BD皮帶機(jī)，通過倉頂卸料小車CT將煤炭卸入指定的筒倉內(nèi)。每行筒倉布置1臺(tái)卸料小車，共計(jì)4臺(tái)。為充分利用倉容，卸料小車可以通過行走往復(fù)卸料和定點(diǎn)卸料兩種工藝模式進(jìn)行卸料作業(yè)。在控制模式上，卸料小車既可以就地操作，也可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無人自動(dòng)卸料作業(yè)[2-4]。卸料小車額定能力為8 000 t/h。

倉底采用活化給料機(jī)方式進(jìn)行卸煤作業(yè)。活化給料機(jī)利用氣動(dòng)方式調(diào)節(jié)可變力輪來控制出料量。活化給料機(jī)有一定的活化作用，能夠降低出料口物料板結(jié)；同時(shí)通過內(nèi)部機(jī)械結(jié)構(gòu)使其停止工作時(shí)具有鎖煤作用。

黃驊港三期工程每行筒倉下平行布置2條4 000 t/h的皮帶輸送機(jī)，每座筒倉共設(shè)置6臺(tái)活化給料機(jī)，同一行3臺(tái)活化給料機(jī)對(duì)準(zhǔn)其中1條平行皮帶機(jī)給料?；罨o料機(jī)設(shè)計(jì)能力為200～1 350 t/h連續(xù)可調(diào)。圖2為筒倉裝卸料工藝布置及作業(yè)監(jiān)控。3 筒倉安全監(jiān)護(hù)措施圖

筒倉儲(chǔ)煤，安全生產(chǎn)作業(yè)是第一要素，防止煤炭自燃爆炸是至關(guān)重要的[5]。根據(jù)黃驊港已建港口使用情況，煤炭平均在港的周期為3.5 d，周轉(zhuǎn)比較快，而同樣的煤種在一些電廠同類筒倉中最長儲(chǔ)運(yùn)周期達(dá)到1.5個(gè)月，從理論和實(shí)際應(yīng)用上三期工程采用筒倉儲(chǔ)煤是安全的。但為防止意外發(fā)生，在工藝流程設(shè)計(jì)上專門配置了1條倒倉流程，圖1中BZ皮帶機(jī)即為應(yīng)急倒倉線，當(dāng)檢測(cè)到筒倉煤溫過高時(shí)，即啟動(dòng)倒倉作業(yè)流程，將該筒倉內(nèi)問題煤炭倒運(yùn)至露天堆場(chǎng)進(jìn)行處理。

為保證筒倉安全，三期工程中，筒倉配置了溫度、料位、有毒有害氣體等各種保護(hù)監(jiān)測(cè)裝置，這些信號(hào)被PLC系統(tǒng)采集、計(jì)算分析后顯示在操作員監(jiān)控站上，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控筒倉的各種狀態(tài)，保證生產(chǎn)作業(yè)的安全。圖3為筒倉安全監(jiān)控畫面。

3.1 溫?度檢測(cè)

溫度檢測(cè)是筒倉安全的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，為此系統(tǒng)設(shè)置了3種方式對(duì)進(jìn)倉、倉內(nèi)及出倉的煤炭進(jìn)行溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

圖2 筒倉裝卸料工藝布置及作業(yè)監(jiān)控Fig.2 Layoutand operationmonitoring of filling and dischargingmaterials in silo

圖3 筒倉安全監(jiān)控畫面Fig.3 Silo safetymonitoring

每座筒倉設(shè)置6套鋼纜測(cè)溫設(shè)施，可以動(dòng)態(tài)測(cè)量筒倉內(nèi)煤層溫度。測(cè)溫元器件采用鎧裝熱電偶型式，外部纏繞不銹鋼鋼絲繩，每根測(cè)溫鋼纜的長度為30 m，測(cè)溫點(diǎn)依據(jù)筒倉儲(chǔ)煤情況布置范圍在0～25m間，按5m一個(gè)分層實(shí)時(shí)檢測(cè)煤層溫度，測(cè)溫范圍為0～+200℃。溫度報(bào)警值設(shè)置為80℃，當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到任一點(diǎn)的溫度超過80℃時(shí)，即發(fā)出報(bào)警信息。同時(shí)在筒倉出倉口錐體與圓柱體結(jié)合容易集煤部位，設(shè)置有6套PT100測(cè)溫元器件，測(cè)溫范圍為-50～250℃。若監(jiān)測(cè)到倉內(nèi)及出倉口溫度異常，監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警，提醒操作人員注意，需要時(shí)啟動(dòng)應(yīng)急倒倉流程，將溫度過高煤炭倒運(yùn)出筒倉。

為控制進(jìn)倉煤炭的溫度，在進(jìn)倉前的皮帶輸送機(jī)BF上設(shè)計(jì)有紅外熱成像儀，動(dòng)態(tài)測(cè)量翻車機(jī)翻卸下準(zhǔn)備進(jìn)倉煤炭溫度高低，如果溫度異常，將停止或改變流程作業(yè)，不將溫度異常煤炭輸入至筒倉。

3.2 料位檢測(cè)

料位檢測(cè)依據(jù)測(cè)量方式不同有2種：雷達(dá)物位計(jì)和水銀傾斜開關(guān)，依據(jù)安裝方式不同，有安裝在筒倉上和卸料小車上2種形式。

每座筒倉設(shè)置6套雷達(dá)式料位計(jì)并與6個(gè)出料口相對(duì)應(yīng)，可以進(jìn)行連續(xù)料位測(cè)量?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)6套雷達(dá)料位計(jì)反饋信號(hào)，結(jié)合筒倉容積、煤種及安息角，生成筒倉料位分布圖，用以指導(dǎo)卸料小車卸料作業(yè)和活化給料機(jī)的出料作業(yè)，保證筒倉容積利用率和倉內(nèi)物料均勻分布；同時(shí)在卸料小車的卸料溜槽部位也安裝有2套雷達(dá)物位計(jì)，檢測(cè)卸料小車落料點(diǎn)料位精確高度。

每座筒倉設(shè)置8套水銀式高料位檢測(cè)開關(guān)，與雷達(dá)物位計(jì)一起對(duì)超高料位進(jìn)行檢測(cè)，并與進(jìn)煤筒倉皮帶輸送機(jī)聯(lián)鎖，在高料位狀態(tài)下急停進(jìn)倉作業(yè)流程，防止溢倉。

3.3 紅外式可燃?xì)怏w濃度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

每座筒倉設(shè)有2套有毒、有害氣體監(jiān)測(cè)設(shè)備，分別用于監(jiān)測(cè)筒倉內(nèi)部的一氧化碳?xì)怏w、可燃?xì)怏w的濃度，并上傳至控制系統(tǒng)。

一氧化碳?xì)怏w監(jiān)測(cè)設(shè)備采用電化學(xué)方式，對(duì)筒倉內(nèi)部空氣中所含有的一氧化碳?xì)怏w進(jìn)行監(jiān)測(cè)。當(dāng)設(shè)備監(jiān)測(cè)一氧化碳?xì)怏w濃度達(dá)到低報(bào)警設(shè)定值時(shí)，即發(fā)出報(bào)警信號(hào)?？扇?xì)怏w監(jiān)測(cè)設(shè)備采用紅外光譜分析的方式，對(duì)空氣中所含有的可燃性氣體進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)設(shè)備監(jiān)測(cè)可燃?xì)怏w濃度達(dá)到低報(bào)警值時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。監(jiān)控系統(tǒng)接到報(bào)警信號(hào)后，自動(dòng)聯(lián)鎖啟動(dòng)筒倉頂部防爆排風(fēng)機(jī)，排風(fēng)機(jī)將倉內(nèi)氣體向外界排放，起到降低可燃?xì)怏w濃度的作用。

3.4 煙霧濃度監(jiān)測(cè)及消防裝置

在筒倉頂廊道上部設(shè)置煙霧濃度測(cè)量裝置，每個(gè)倉上部設(shè)置1套，共計(jì)24套。煙霧濃度測(cè)量裝置報(bào)警信號(hào)傳輸給監(jiān)控系統(tǒng)，同時(shí)每排筒倉頂部設(shè)有10套消防炮及與皮帶機(jī)系統(tǒng)相隔離的消防水幕。上述系統(tǒng)設(shè)備由控制系統(tǒng)集中控制，出現(xiàn)異常情況時(shí)可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)聯(lián)動(dòng)。圖4為筒倉區(qū)消防監(jiān)控作業(yè)畫面。

圖4 筒倉區(qū)消防監(jiān)控Fig.4 Fire-fightingmonitoring of silo

3.5 空氣炮防堵措施

為防止筒倉儲(chǔ)煤起拱，保證物料的流動(dòng)性，每座筒倉設(shè)置有6套空氣炮，空氣炮安裝在筒倉下部與出料口錐體結(jié)合部，可以實(shí)現(xiàn)本地和遠(yuǎn)程控制操作。

4 優(yōu)勢(shì)比較

黃驊港三期工程采用筒倉工藝，在環(huán)保、節(jié)能及減員增效方面都有突出的表現(xiàn)。

4.1 環(huán)保

大型筒倉群代替露天堆場(chǎng)，節(jié)約了土地資源。每座筒倉設(shè)計(jì)煤炭裝載容量為3萬t，24座筒倉可實(shí)現(xiàn)72萬t的中轉(zhuǎn)量，占地面積比同等容量的露天堆場(chǎng)減少約1/2。同時(shí)筒倉區(qū)代替露天堆場(chǎng)不但消除了煤炭露天堆放時(shí)煤塵的產(chǎn)生，而且最大程度地減少了卸料、取料生產(chǎn)作業(yè)環(huán)節(jié)中粉塵的產(chǎn)生，在環(huán)保方面有無可比擬的優(yōu)勢(shì)。

4.2 節(jié)能

筒倉工藝的變革帶來生產(chǎn)作業(yè)方式的提升，傳統(tǒng)的堆料機(jī)和取料機(jī)裝卸設(shè)備由卸料小車和活化給料機(jī)取代。1臺(tái)堆料機(jī)裝機(jī)容量為800 kW，而對(duì)應(yīng)的1臺(tái)卸料小車裝機(jī)容量僅為90 kW；1臺(tái)取料機(jī)裝機(jī)容量約為1 000 kW，而對(duì)應(yīng)同等工藝配置的活化給料機(jī)為112 kW。同時(shí)由于活化給料機(jī)的使用，可以自動(dòng)精確調(diào)整給煤量，使取料裝船作業(yè)線采用變頻系統(tǒng)進(jìn)行皮帶機(jī)輸送速度調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)不同的運(yùn)量需求成為可能，節(jié)約了電能，降低了能源消耗；同時(shí)變頻系統(tǒng)可以在一定程度上提高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，延長啟動(dòng)時(shí)間，減少對(duì)機(jī)械設(shè)備沖擊，提高設(shè)備的使用壽命。初步估算，實(shí)現(xiàn)黃驊港三期5 000萬t的吞吐量，每年可節(jié)約電能2 871萬kW·h。

4.3 減員增效

黃驊港三期工程設(shè)計(jì)年吞吐量為5 000萬t，按2條卸車堆料作業(yè)線配置實(shí)現(xiàn)5 000萬t的卸火車能力，取料裝船作業(yè)線按碼頭4臺(tái)裝船機(jī)配置，完成1 a 5 000萬t的裝船任務(wù)。若按傳統(tǒng)露天堆場(chǎng)設(shè)置，需配置堆料機(jī)、取料機(jī)堆場(chǎng)裝卸設(shè)備，堆料機(jī)和取料機(jī)作業(yè)每臺(tái)機(jī)每班需配置2名作業(yè)人員，按三班制輪流值班，則黃驊港三期工程每班工作堆料線需按2條作業(yè)線配置，取料裝船線按4條作業(yè)線配置，則應(yīng)為堆料機(jī)、取料機(jī)配置作業(yè)人員為2×2×4+4×2×4=48人。

筒倉工藝模式，由卸料小車、活化給料機(jī)代替了堆料機(jī)和取料機(jī)的功能。卸料小車和活化給料機(jī)控制方式簡單，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的無人自動(dòng)作業(yè)，因此相比傳統(tǒng)露天堆場(chǎng)，可節(jié)省人員48人。

5結(jié)語

散貨港口采用筒倉儲(chǔ)煤方式代替露天堆場(chǎng)是近年港口行業(yè)適應(yīng)環(huán)保要求做出的有益實(shí)踐，黃驊三期工程的順利投產(chǎn)應(yīng)用除證明其環(huán)保方面明顯優(yōu)勢(shì)外，在簡化作業(yè)模式、節(jié)約電能、減員增效、節(jié)約土地資源方面也體現(xiàn)了突出的特點(diǎn)。但由于煤炭為易燃物品，筒倉儲(chǔ)煤安全性方面的監(jiān)控措施還需要在今后的生產(chǎn)實(shí)踐中進(jìn)一步探索和驗(yàn)證。

[1]邢軍，劉仲松.淺談黃驊港煤碼頭三期工程中儲(chǔ)煤筒倉的應(yīng)用[J].港工技術(shù)，2012，49（6）：11-14.XING Jun,LIU Zhong-song.Application of coal silos in coal terminal phase-3 project of Huanghua Port[J].Port Engineering Technology,2012,49(6)：11-14.

[2] 郭湛.火電廠貯煤筒倉安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[J].節(jié)能技術(shù)，2005（5）：414-416.GUOZhan.Research and design for the safetymonitoring system of coal-silo ofpower plant[J].Energy Conservation Technology,2005(5)：414-416.

[3] 李云軍.封閉式堆場(chǎng)煤炭碼頭物流系統(tǒng)建模與分析[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2007.LIYun-jun.Modelingand analysisof closed yard coalwharf logisticssystem[D].Wuhan：Wuhan University of Technology,2007.

[4]唐穎.基于專業(yè)配煤功能的環(huán)保型煤炭碼頭關(guān)鍵生產(chǎn)策略研究[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2009.TANG Ying.Key production strategy of environmental coal terminal with professional coal blending function[D].Wuhan：Wuhan Universityof Technology,2009.

[5] 胡煥國.貯煤筒倉自燃及安全監(jiān)控系統(tǒng)研究[J].才智，2009（13）：38-39.HUHuan-guo.Coal-silo spontaneous combustion and safetymonitoringsystem[J].Intelligence,2009(13)：38-39.