氣膜式封閉煤場在某火電廠的應用及投資分析

周彥軍　李元昊　司小飛　王世穩(wěn)

摘 要：煤場是火電廠的燃料儲存場所，為火電廠每日大量消耗燃煤提供重要保障。隨著國家對環(huán)境治理日趨嚴格，大量的露天煤場需要進行全封閉改造。本文結合某火電廠煤場全封閉工程案例，對火電廠煤場封閉改造中選用的充氣膜結構進行技術和經(jīng)濟性分析，為火電廠煤場封閉可以達到科學、經(jīng)濟合理、節(jié)能環(huán)保的目標提供一定的借鑒和指導作用。

關鍵詞：火電廠；煤場全封閉；氣膜結構；環(huán)境治理；技術經(jīng)濟分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.15.185

截至2018年年底，我國總發(fā)電裝機容量為189967萬千瓦，其中火電為114367億千瓦，占到總容量的60.2%。雖然煤炭能源在我國一次能源結構中的占比逐步下降，但依然處于主導地位。

隨著我國經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展，人們對賴以生存的空氣及環(huán)境的重視程度正在加強，為了使人民的生活和國家經(jīng)濟的健康綠色發(fā)展，國家和地方政府近幾年針對大氣污染防治出臺了一系列相關政策和規(guī)定。

《中華人民共和國大氣污染防治法》（2015修訂）第七十二條規(guī)定：貯存煤炭、煤矸石、煤渣、煤灰、水泥、石灰、石膏、砂土等易產(chǎn)生揚塵的物料應當密閉；不能密閉的，應當設置不低于堆放物高度的嚴密圍擋，并采取有效覆蓋措施防治揚塵污染?！毒┙蚣郊爸苓叺貐^(qū)2017-2018年秋冬季大氣污染綜合治理攻堅行動方案》（環(huán)大氣[2017]110號）文，要求完全完成《大氣十條》考核指標。各類煤堆、灰場、渣場和其它產(chǎn)生揚塵（粉塵）的散流體堆放場，按照《防治城市揚塵污染技術規(guī)范》（HJ/393-2007）要求，采取倉儲、罐儲、封閉或半封閉堆場等形式，并配備噴淋、覆蓋、圍擋等防風抑塵設施，避免作業(yè)起塵和風蝕起塵。2018年，國家生態(tài)環(huán)境部將京津翼、長三角及汾渭平原列為大氣污染重點防治區(qū)域，進一步加大了環(huán)保治理力度。

全國各燃煤發(fā)電廠根據(jù)國家和地方政府的政策規(guī)定，絕大部分地區(qū)正如火如荼的對煤場進行封閉式改造當中。在當前已封閉的煤場改造中，根據(jù)煤場的情況封閉結構形式主要有三心圓鋼網(wǎng)架結構封閉、預應力管桁架結構封閉、平板鋼網(wǎng)架結構封閉和拱形鋼網(wǎng)架結構封閉。

隨著氣膜建筑技術的不斷發(fā)展，氣膜式全封閉技術在火力發(fā)電廠煤場封閉改造中有了一定程度的應用。

1 某火電廠煤場氣膜式全封閉改造背景

1.1 電廠及煤場介紹

該火電廠位于南京市郊區(qū)，裝機容量為兩臺320兆瓦燃煤發(fā)電機組，分別于1994年3月、10月相繼投產(chǎn)。來煤主要以蒙煤和中煤集團的平混煤為主，運輸方式為海進江。電廠現(xiàn)有南煤場、北煤場，其中：南北煤場長約260米，總寬約107米，目前為露天煤場，煤場中部設有一臺懸臂式斗輪堆取料機，設計堆高14米，南、北煤場共可儲煤10萬噸。電廠目前總儲量為12萬噸，雙機運行時日耗煤量為6500噸，總儲量滿足兩臺機組最大出力運行15天耗煤量需要。煤場四周建有防風抑塵墻，防風網(wǎng)高度14m，抑塵墻總長約840m。

1.2 項目改造必要性

根據(jù)《江蘇省顆粒物無組織排放深度整治實施方案》的函（蘇大氣辦[2018]4號文〕要求，南京市所屬火電行業(yè)煤場需進行全封閉。

該電廠已經(jīng)完成延壽準許審查并取得電力業(yè)務許可證（有效期為2006年7月25日至2026年7月24日），同時地方政府對電廠無搬遷計劃和關停要求。目前電廠煤場設施不符合發(fā)文中要求的全封閉，需進行相應改造，以符合國家及地方環(huán)保政策的要求。

2 氣膜式全封閉改造簡介

拆除現(xiàn)有煤場四周的防風抑塵網(wǎng)，采用充氣膜結構對現(xiàn)有煤場進行封閉。其中南、北煤場長約260m，該區(qū)域為露天煤場。本工程擬對南、北煤場進行封閉改造。封閉式氣膜結構是完全封閉，無煤灰外溢，靠氣膜內外部的氣壓差來支撐整個氣膜結構，無承重結構，氣膜結構的材料和固有的柔性，沒有受彎、受扭和受壓的構件，單位面積重量輕，對基礎要求較低，幾乎可以在任何條件的地面、建筑物屋頂?shù)葓龊辖ㄔ?。施工快捷、成本低，跨度大，內部不需要承重結構。斗輪機在內部運行不受影響，設備不需要改造，不影響煤場正常生產(chǎn)運營。膜材本身具有自潔性、耐腐蝕性，在壽命期內防腐和清潔的維護工作量較少。

本工程煤場儲煤面積約為：25350平米，外表尺寸為長260米×寬97.5米×高約40米（新建擋煤墻基礎以地面0米為準不低于4米，氣膜以新建基礎頂面為準不低于36米）。煤場封閉可采用單層膜結構，氣膜基礎固定在條形淺基礎頂部，設置充氣系統(tǒng)、燈光照明系統(tǒng)、瓦斯安全監(jiān)測排放系統(tǒng)、粉塵降除塵及過濾系統(tǒng)。同時設置兩個汽車通道進出大門、四個人員進出氣密門、四個消防應急密閉門。

由于氣膜較輕，基礎無需鉆孔打樁，采用天然地基，氣膜膜角與新建擋煤墻基礎連接，直接固定在新建擋煤墻基礎頂部。

2.1 基礎部分

充氣膜結構鋼結構構件少，重量輕，對基礎要求很低，幾乎可以在任何條件的地面、建筑物屋頂?shù)葓龊辖ㄔ?。本項目基礎采用天然地基，氣膜膜角直接固定在條形淺基礎頂部，結構簡單、施工方便。沿煤場周邊新建條形基礎建擋煤墻。

2.2 膜罩部分

膜材采用耐臟的PVDF膜材。膜材固定在條形混凝土基礎上。氣膜材料的抗拉強度要相當于同樣厚度的鋼板抗拉強度，使用壽命為20年。氣膜罩使用PVDF膜材，膜材厚度不低于1.2mm，耐各種強酸強堿腐蝕，耐老化，在使用期內不用做特別的維護，一方面具有“自我清潔”的功能灰塵不易粘在其表面上，另一方面能延長膜材的壽命。

2.3 鋼索部分

氣膜拉索采用PE索，大幅度提高氣膜設施的受力性能；同時可以減低膜材氣壓受力，延長膜材使用壽命。

2.4 模塊式組合風柜

風機系統(tǒng)是氣膜結構設施的關鍵之一，主要有風機、定向吹風調節(jié)器及過濾設備等。充氣膜結構采用節(jié)能的風機配置，配置不小于30000m3/h的風機，設計風機約12臺左右（根據(jù)要求調整），充氣成型時風機同時運作，時間不超過2小時，縮短氣膜充氣成型時間能大大降低此過程的不安全因素（時間越長，受到外界自然因素的影響越大，例如大風，大雨等）。

（1）設施在閑置情況下啟用1-3臺風機變頻50%-60%功率運行，排放風與送風量對等；

（2）設施在使用的情況下（汽車進出頻繁），啟用2-5臺風機。排放風與送風量對等；送風量的大小跟人員進出及汽車門開啟頻率成正比，風機由智能控制系統(tǒng)控制變頻運行，隨著室內氣壓的高低加大或減少送風量，維持室內氣壓穩(wěn)定安全。

維持室內氣壓智能控制系統(tǒng)通過變頻控制風機來運行，向氣膜內充氣加壓，保持氣膜內外的差壓比，一般應控制在200Pa至500Pa之間，由智能控制系統(tǒng)根據(jù)安裝在室外的多個風速、氣壓等感應儀傳輸?shù)男盘杹碜詣痈袘{整。

氣膜設備如有風機設備不正常，智能控制系統(tǒng)會檢測到并馬上啟動備用設備運行的功能，并進行聲光報警，不得影響充氣膜的安全。

2.5 智能控制系統(tǒng)

智能控制系統(tǒng)是充氣膜結構的控制核心，控制著氣膜所有設備的運行。智能系統(tǒng)收集室內外各種傳感器的數(shù)據(jù)（例如：煤、粉塵濃度，瓦斯和空氣質量感應器，室內氣壓感應器、室外的風速感應器、雪荷載感應器等），實時將數(shù)據(jù)傳回智能化機電控制系統(tǒng)，自動調節(jié)通風換氣量。智能控制各個設備系統(tǒng)協(xié)調運行，實現(xiàn)人性化操作管理，從而達到氣膜設施的安全、空氣清新、環(huán)境舒適、節(jié)能環(huán)保的目的。設計了自動和手動兩種運行方式，在控制系統(tǒng)故障情況下，可以人工轉換成手動運行模式運行，小故障能實現(xiàn)網(wǎng)上遠程排除功能，智能控制系統(tǒng)實現(xiàn)了通過網(wǎng)上下載數(shù)據(jù)，實現(xiàn)24小時無人監(jiān)控，全自動運轉，亦可遠程操作監(jiān)控，保證安全生產(chǎn)。

2.6 與鋼結構方案對比

2.6.1 充氣膜結構的特點

（1）充氣膜結構重量輕。氣膜施工周期一般在4～5個月左右，施工較為快捷簡單，在施工中較傳統(tǒng)結構減少了一定的高空作業(yè)，提高施工安全。

（2）充氣膜結構不需要立柱及梁板等混凝土，造價較低。

（3）氣膜膜材本身具有很強彈性，可以輕易的卸掉高空墜物的沖擊力而不被破壞，一般的石塊、磚頭對氣膜是不會破壞。但氣膜結構在尖銳物作用下可能會使氣膜局部被穿孔或割裂，但由于網(wǎng)索的分格保護不會快速延展出現(xiàn)大面積撕裂，智能控制系統(tǒng)自動監(jiān)測氣壓并及時增大風量維持氣膜狀態(tài)，可以在充氣狀態(tài)下進行修補。

（4）充氣膜結構在低于設定壓力時才啟動變頻風機充氣，運行維護費用較低。氣膜設施配備有自動降塵、除塵設施，在粉塵濃度超標時自動啟動排塵系統(tǒng)，可以保持室內良好的作業(yè)環(huán)境。

2.6.2 常規(guī)空間網(wǎng)架結構特點

網(wǎng)架跨度適中，設計施工難度低；常規(guī)跨度下網(wǎng)架造價低，常規(guī)施工費用合理；對煤場運行無影響。缺點：基礎間距較小，基礎費用較高；網(wǎng)架一般跨度不超過120米，過大的跨度會造成成本急劇上升。

方案對比詳見表1。

3 充氣膜封閉施工簡介

充氣膜施工方案主要包括原煤場防風抑塵網(wǎng)拆除、下部基礎施工及上部封閉結構安裝。下部為鋼筋混凝土條形基礎施工、擋煤墻施工，上部為充氣膜結構施工。根據(jù)廠區(qū)地質勘察資料本項目條形煤場基礎埋深在地下水位以上，故施工時無需進行施工降水，亦可依據(jù)本項目的實際情況，采取明排水方式進行施工降水。充氣膜基礎施工和煤場周圍鋼筋混凝土擋煤墻施工均采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土施工工藝。

安裝前準備→所有門系統(tǒng)安裝→風機（充氣設備）安裝→膜材拼裝→斜網(wǎng)索拼裝→膜結構固定→控制系統(tǒng)安裝→設備聯(lián)動試車→開始充氣→智能化控制調試→室內設施安裝→竣工驗收交付使用。

4 投資估算

該火電廠煤場采用氣膜全封閉改造工程靜態(tài)總投資6853萬元，其中原抑塵網(wǎng)、基礎、擋煤墻拆除267萬元、煤場封閉下部基礎及上部結構（氣膜封閉）3702萬元、干煤棚山墻封閉（2#煤場）382萬元、煤場噴淋裝置22萬元、電氣系統(tǒng)266萬元、消防系統(tǒng)905萬元、溝道、道路及場地還建226萬元、露天棧橋封閉55萬元、卸煤碼頭區(qū)域干霧抑塵改造138萬元、皮帶機及裝載機300萬元，其他費用（管理、招標、監(jiān)理、評價、勘察設計、評審、驗收等）390萬元、基本預備費200萬元。

參考文獻：

[1]王銳.全封閉煤場結構選型[J].山西建筑，2018（26）：49-50.

[2]韋飛，惠潤堂，鄭貴榮，顧文浩.燃煤電廠煤場封閉技術路線研究[C].《環(huán)境工程》編輯部，《環(huán)境工程》2018年全國學術年會論文集（下冊）[D].北京：《環(huán)境工程》編輯部，2018：347-349.

[3]安曉樂.簡述儲煤場封閉形式比較[J].山東工業(yè)技術，2018（10）：75.

[4]司小飛，王軍，殷結峰.火電廠煤場環(huán)境污染防治[J].環(huán)境工程，2018（01）：88-91.

[5]王玨.充氣膜結構在邢臺發(fā)電廠煤炭堆場上的應用[J].港工技術，2018（S1）：59-62.

[6]于向春.膜結構在大跨度建筑上的運用[J].中外企業(yè)家，2014（09）：212.

[7]趙大鵬，陳務軍，張麗梅.大型充氣膜結構及膜材的發(fā)展概述[J].建筑施工，2008（02）：135-139.

[8]周曼毅.氣膜式煤棚在火電廠貯煤場的應用[J].電力勘測設計，2016（S2）：268-272.

[9]袁伯文，王興興，汪春筍，姚松，許成譜.全封閉氣膜式儲煤棚在神華巴彥淖爾能源有限責任公司選煤廠的應用[J].選煤技術，2014（04）：82-84+96.

作者簡介：周彥軍（1983-），男，甘肅白銀人，本科，工程師，主要研究方向：鍋爐環(huán)保工程及煤灰場的環(huán)保治理。