電廠配套煤碼頭封閉式裝卸系統(tǒng)設(shè)計(jì)

魏雅康 吳邵強(qiáng) 鄔俊文 梁 浩

中交第四航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司

1 引言

某紙業(yè)公司為滿足生產(chǎn)需要，建設(shè)了專用火力發(fā)電廠和配套碼頭。其中，專用配套碼頭共有9個(gè)泊位，以木片等造紙?jiān)线M(jìn)口以及成品紙漿出口為主。若專用碼頭兼顧煤炭裝卸作業(yè)將會(huì)對(duì)造紙?jiān)霞俺善吩斐梢欢ㄎ廴?，故專用碼頭在建設(shè)初期并未考慮煤炭接卸功能，燃煤主要通過當(dāng)?shù)毓蒙⒇洿a頭接卸，采用貨車運(yùn)送至該公司發(fā)電廠。貨車運(yùn)輸給周圍道路交通造成較大的壓力，且存在嚴(yán)重的沿途煤炭灑落揚(yáng)灰情況，對(duì)公共環(huán)境影響較大。

為減少煤炭運(yùn)輸對(duì)周邊環(huán)境的影響，同時(shí)降低物流成本，考慮將現(xiàn)有專用碼頭內(nèi)的9#泊位改造為煤炭卸船泊位。為了避免對(duì)專用碼頭原有生產(chǎn)作業(yè)流程的污染，煤炭在船岸作業(yè)以及水平運(yùn)輸作業(yè)過程中需要做到嚴(yán)格的密封。

2 工程概況

專用配套碼頭建有通用泊位9個(gè)，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(jí)為5萬t級(jí)，泊位長(zhǎng)度為260 m，現(xiàn)改造為煤炭卸船泊位，改造后煤炭卸船泊位年設(shè)計(jì)通過能力要求195萬t。

圖1 紙業(yè)公司專用配套碼頭現(xiàn)狀圖

本改造工程裝卸工藝主要設(shè)計(jì)內(nèi)容包括裝卸系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)及主要設(shè)備選型。煤炭經(jīng)9#泊位卸船后，途徑8#泊位及引橋運(yùn)至后方電廠。現(xiàn)有8#泊位主要利用帶斗門座起重機(jī)進(jìn)行木片裝卸作業(yè)，碼頭面及后方引橋布置有木片槽式帶式輸送機(jī)及桶裝成品紙漿運(yùn)輸車道。

改造工程采用的煤炭裝卸工藝系統(tǒng)與傳統(tǒng)的電廠煤碼頭卸船裝卸工藝系統(tǒng)相比，需具有較好的環(huán)保性能，可適應(yīng)原生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境，避免對(duì)原有碼頭裝卸系統(tǒng)和輸送物料造成污染。

3 裝卸工藝方案與設(shè)備選型

3.1 傳統(tǒng)煤炭卸船工藝概述

在我國(guó)電力能源生產(chǎn)體系中，火力發(fā)電占據(jù)了較大比重，與之對(duì)應(yīng)的電廠配套煤碼頭建設(shè)已經(jīng)發(fā)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(tǒng)主要以船岸作業(yè)及水平運(yùn)輸為主。

通過實(shí)地調(diào)查，與本工程相鄰的發(fā)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(tǒng)的電廠配套煤碼頭卸船工藝中，船岸作業(yè)以橋式抓斗卸船機(jī)或鏈斗式卸船機(jī)為主。在實(shí)際運(yùn)營(yíng)過程中，橋式卸船機(jī)卸船效率較高，對(duì)物料適應(yīng)性好，清倉(cāng)效果好；但是其自重較大，輪壓較高，土建基礎(chǔ)投資較大。另外，橋式抓斗卸船機(jī)在卸船過程中，抓斗行程及抓料卸料過程中為敞開式，揚(yáng)塵較大，對(duì)碼頭面存在一定程度的污染。鏈斗式卸船機(jī)能夠連續(xù)作業(yè)，但對(duì)物料的要求較高，對(duì)雜物多、塊度大的煤適應(yīng)性差，其維修難度也較大，設(shè)備單價(jià)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(jī)進(jìn)行作業(yè)，具有連續(xù)輸送穩(wěn)定、作業(yè)效率高等特點(diǎn)；缺點(diǎn)是揚(yáng)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(jìn)行清理，對(duì)周邊環(huán)境存在較大影響。

傳統(tǒng)的煤炭卸船裝卸工藝系統(tǒng)由于密封性較差，即使增設(shè)一定的防塵措施(安裝防塵罩、增設(shè)噴霧系統(tǒng)等)，仍然會(huì)對(duì)周邊環(huán)境和建構(gòu)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(duì)其裝卸貨種造成污染，影響貨物的高附加值。

3.2 本工程設(shè)備選型與裝卸工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.2.1 船岸作業(yè)設(shè)備選型

由于傳統(tǒng)的船岸作業(yè)設(shè)備對(duì)碼頭環(huán)境污染較大，難以保證專用碼頭內(nèi)相鄰泊位碼頭裝卸的木片、成品紙漿的潔凈度，而紙業(yè)公司對(duì)造紙的原材料及成品料的材質(zhì)控制的又極為嚴(yán)格，稍有污染就會(huì)造成極大的影響。為此，碼頭前沿選用取料環(huán)節(jié)密封性能較好、無揚(yáng)塵的螺旋卸船機(jī)進(jìn)行裝卸作業(yè)。

螺旋式卸船機(jī)主要由門架、轉(zhuǎn)臺(tái)、水平螺旋、垂直螺旋和喂料器等部分組成，物料靠螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的擠壓力向上提升。其最大優(yōu)點(diǎn)是作業(yè)過程在密閉狀態(tài)下進(jìn)行，且為連續(xù)式作業(yè)，無粉塵污染，外型和重量比其他連續(xù)卸船機(jī)小，在水泥、散糧、化肥、鉀鹽等散狀物料的卸船作業(yè)中已經(jīng)有比較成熟的應(yīng)用。

3.2.2 水平作業(yè)設(shè)備選型

煤炭經(jīng)卸船作業(yè)后，水平運(yùn)輸至后方電廠需經(jīng)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(jī)，且有成品紙漿運(yùn)輸車輛通行，若布置普通帶式輸送機(jī)進(jìn)行煤炭的水平運(yùn)輸，會(huì)對(duì)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(chǔ)上，水平運(yùn)輸考慮配置密封性能良好的圓管帶式輸送機(jī)，具有密封性能好、能夠空間彎曲輸送、輸送機(jī)傾角高、無跑偏現(xiàn)象等優(yōu)點(diǎn)，與普通帶式輸送機(jī)一樣也是由驅(qū)動(dòng)裝置、傳動(dòng)滾筒、改向滾筒、托輥、張緊裝置及金屬結(jié)構(gòu)架等組成。圓管帶式輸送機(jī)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(qiáng)制裹成圓管，物料在圓管內(nèi)隨膠帶穩(wěn)定運(yùn)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(jī)的回程分支輸送帶亦成管狀，不會(huì)產(chǎn)生卸料不徹底而造成的回程帶灑料問題，對(duì)周邊環(huán)境及建構(gòu)造物影響極小。

結(jié)合本項(xiàng)目特點(diǎn)，將螺旋卸船機(jī)卸料點(diǎn)的行程范圍設(shè)置在帶式輸送機(jī)的尾部過渡段，然后在尾部過渡段的槽型區(qū)域建設(shè)嚴(yán)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(yán)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(tǒng)設(shè)計(jì)

本工程采用螺旋卸船機(jī)卸船與圓管帶式輸送機(jī)水平運(yùn)輸?shù)难b卸工藝系統(tǒng)，結(jié)合9#泊位靠泊船型大小以及泊位年設(shè)計(jì)通過能力，選用2臺(tái)額定效率700 t/h，最大效率為850 t/h的螺旋卸船機(jī)進(jìn)行船岸裝卸作業(yè)；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(jī)進(jìn)行煤炭的水平運(yùn)輸。在螺旋卸船機(jī)與圓管帶式輸送機(jī)銜接處，布置一段長(zhǎng)度為300 m的密閉通廊，防止圓管帶式輸送機(jī)成型段的煤炭泄漏，用以保證裝卸工藝系統(tǒng)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(tǒng)布置圖

4 設(shè)備選型的適應(yīng)性分析

4.1 螺旋卸船機(jī)

螺旋卸船機(jī)對(duì)物料顆粒要求較高，目前在散糧、水泥、化肥等領(lǐng)域應(yīng)用較為普遍，裝卸能力普遍在300～1 000 t/h。近年來由于環(huán)保要求日益提高，螺旋卸船機(jī)開始在煤炭等碼頭應(yīng)用，其裝卸能力和效率有逐步提高的趨勢(shì)，平均生產(chǎn)率通常能達(dá)到設(shè)計(jì)生產(chǎn)率的75%，高于橋式抓斗卸船機(jī)的50%～60%；但也存在維修保養(yǎng)復(fù)雜，螺旋易磨損的缺點(diǎn)，維修更換成本較高[2]。由于設(shè)備提升機(jī)主要部件與物料接觸，螺桿容易受木條、鋼筋等長(zhǎng)條形硬物損傷，維修螺桿等關(guān)鍵部件需較長(zhǎng)的停機(jī)時(shí)間。但本項(xiàng)目煤炭主要來自印度尼西亞，屬于優(yōu)質(zhì)煤種，煤炭顆粒較細(xì)，所含木條、鋼筋等雜質(zhì)少，對(duì)螺旋卸船機(jī)的損傷較小，停機(jī)維修時(shí)間較少，能夠達(dá)到較好的裝卸作業(yè)效率。

另一方面，螺旋卸船機(jī)的卸料過程完全封閉，不發(fā)生泄漏，不揚(yáng)起灰塵，噪聲也較小。由于管式皮帶輸送機(jī)在較大粒徑顆粒輸送過程中，容易發(fā)生堵料現(xiàn)象，螺旋卸船機(jī)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(jié)塊堵塞管式皮帶輸送機(jī)，達(dá)到全裝卸過程的流暢作業(yè)。

基于螺旋卸船機(jī)封閉性特點(diǎn)及對(duì)水平運(yùn)輸設(shè)備的適應(yīng)性，選擇其作為卸船設(shè)備，能很好地適應(yīng)本改造工程。

4.2 管式皮帶輸送機(jī)

管式皮帶輸送機(jī)的管徑尺寸須嚴(yán)格針對(duì)輸送物料的顆粒大小而選用。本次工程主要接卸從印尼進(jìn)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(yùn)輸機(jī)直徑為500 mm，能適應(yīng)輸送物料的最大粒徑為200 mm，可滿足本工程煤炭運(yùn)輸?shù)男枰?/p>

由于專用碼頭現(xiàn)階段運(yùn)營(yíng)較為成熟，原有裝卸工藝系統(tǒng)布置有木片槽式帶式輸送機(jī)以及成品紙漿運(yùn)輸車道，為了不影響港區(qū)的正常交通組織，本改造工程煤炭輸送系統(tǒng)可利用平面及空間范圍較小，運(yùn)輸路線較不規(guī)則，無法進(jìn)行完全直線輸送。圓管帶式輸送機(jī)可適應(yīng)空間彎曲輸送，能夠通過較小的轉(zhuǎn)彎半徑實(shí)現(xiàn)輸送帶的方向變換，而不需要建造復(fù)雜的轉(zhuǎn)運(yùn)站。另一方面，圓管帶式輸送機(jī)中的物料被包裹在管式的運(yùn)輸帶中，物料與輸送帶內(nèi)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(yùn)輸?shù)缆窌r(shí)能夠較好地實(shí)現(xiàn)提升與爬坡。圓管帶式輸送機(jī)封閉式運(yùn)輸以及沿途物料無拋灑、無揚(yáng)塵的特點(diǎn)，也極大地契合了本工程封閉式設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，適應(yīng)性較強(qiáng)。

5 結(jié)語

該電廠配套煤碼頭的裝卸工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)、設(shè)備選型方案，避免了煤炭裝卸作業(yè)對(duì)港區(qū)原有裝卸系統(tǒng)及輸送物料的污染，既降低了企業(yè)發(fā)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(jìn)行運(yùn)輸，緩解了當(dāng)?shù)氐慕煌▔毫?，減輕了對(duì)周邊的環(huán)境污染，具有較好的社會(huì)效應(yīng)。