维普资讯 http://www.cqvip.com ＝ 掣封峨 直塞的 ｊ…………………………………………．．．…… 鞠 一种大型封闭式煤场 设计方案的探讨 赵谦，姚欣怡，南罕言，范良干 （中国电力建设工程咨询公司，北京１０００１１） 摘要：针对百万机组电厂贮煤场的规模，在借鉴现有圆形煤场及引进国外球形煤场的基础上，综合两种 煤场的优点，提出另一种大型封闭式煤场的设计方案（以下简称本煤场方案），以供工程设计参考。 关键词：圆形煤场；球形煤场；框架；安全监测。 中图分类号：ＴＭ６２１ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１６７１—９９１３（２００７）０５．００４０—０５ Ｔｈｅ Ｄｅｓｉｇｎ Ｓｃｈｅｍｅ ｏｆ ａ Ｌａｒｇｅ Ｅｎｃｌｏｓｅｄ Ｃｏａｌｙａｒｄ ＺＨＡ０ Ｑｉａｎ，ＹＡＯ Ｘｉｎ—ｙｉ，ＮＡＮ Ｈａｎ—ｙａｎ，ＦＡＮ Ｌｉａｎｇ—ｇａｎ （Ｃｈｉｎａ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００１ １，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇ ａｔ ｔｈｅ ｓｃａｌｅ ｏｆ ｃｏａｌｙａｒｄ ｆｏｒ ｐｏｗｅｒ ｐｌａｎｔ ｗｉｔｈ ｌＯ００ｍｗ ｕｎｉｔ，ｂａｓｉｎｇ ｏｎ ｒｅｆｅｒｒｉｎｇ ｔｏ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｃｉｒｃｕｌａｒ ｃｏａｌｙａｒｄ ａｎｄ ｓｐｈｅｒｉｃａｌ ｃｏａｌｙａｒｄ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｆｒｏｍ ａｂｒｏａｄ，ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｄｉｎｇ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｔｈｅｓｅ ｔｗｏ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｃｏａｌｙａｒｄｓ， ｗｅ ｐｒｅｓｅｎｔ ａｎｏｔｈｅｒ ｄｅｓｉｇｎ ｓｃｈｅｍｅ ｏｆ ｌａｒｇｅ ｅｎｃｌｏｓｅｄ ｃｏａｌｙａｒｄ（ａｂｂｒｅｖｉａｔｅｄ ａｓ“ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｃｏａｌｙａｒｄ ｓｃｈｅｍｅ”ｌａｔｅｒ）ｆｏｒ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｉｎ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｄｅｓｉｇｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ￣ｃｉｒｃｕｌａｒ ｃｏａｌｙａｒｄ；ｓｐｈｅｒｉｃａｌ ｃｏａｌｙａｒｄ；ｃｅｎｔｒａｌ ｆｌａｍｅ；ｓａｆｅｔｙ ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ． １概述 式封闭煤棚。该煤场主要特点是建设投资较省， 但煤场占地面积大；且煤棚封闭有限，不能更 随着国民经济的高速发展，国家对环境保 好的适应环境保护要求。 护的要求越来越高。特别对能源行业控制环境 １．２简仓贮煤场 污染的条件更加严格。为更有效地治理燃煤电 ２０世纪８０年代以后，一些电厂采用了筒仓 厂煤场的运行条件，改善电厂周边的生态环境， 式贮煤场，即由多个钢筋混凝土封闭圆筒形结 推广应用工艺、结构更为合理、造价更为经济 构，配备环式给煤机组成。国内电厂现有最大 的全封闭式煤场势在必行。 单元简仓直径达４３ｍ，贮煤量约３．６万ｔ。筒仓 目前，所了解的全封闭式煤场有如下几种 式贮煤场的主要特点：是环保条件好、占地面 形式： 积小，但投资较高，单位贮煤造价达１８００元／ｔ １．１封闭式条形煤场 （不含地基处理费用）。应用受到。 一般采用的条形煤场，即斗轮机煤场加部 １．３圆形煤场 分干煤棚，属于露天式煤场。而国外一般使用 近些年，在新建电厂中，已逐步采用全封 的封闭式条形煤场，则是斗轮机煤场另加通长 闭式圆形煤场。它由大直径环形挡煤墙，其上 收稿日期：２００７—０８—３０ 作者简介：赵谦（１９５６一），男，湖北人，教授级高工，主要从事火电厂土建、水工专业设计与研究工作。 ４０电力勘测设计２Ｄ。７年１ Ｄ月第５别 维普资讯 http://www.cqvip.com 露 濯露 ………………………………………………－一二 型 堡扬婆 方赛 板，简称为下部结构。煤场圆形浅仓为一个大 设圆形网架顶盖组成。工艺主要配备圆形堆、 取料系统。圆形煤场的主要特点是内部空间大， 煤场贮量大，环保性能好；设备可靠、维护工 作量小，外形美观；但煤场充满系数较低。现 有圆形煤场最大直径约１２０ｍ。总投资虽比筒仓 贮煤较为节省，但土建部分仍有较大优化空间， 直径圆柱体，煤堆由圆柱体及上部自然堆积成 的圆锥体组成，全部贮煤由叶轮给煤机卸至胶 带机Ｅ。 ３本煤场工艺设计 ３．１参数的确定 目前中南、西南电力设计院都在进行专题研究， 并取得一定成就。 １．４球形煤场 由美国ＤＯＭＥ公司首创开发，国内即将引 进的，大直径半球形钢筋混凝土薄壳储煤仓 （以下简称球形煤场），下部结构为多条钢筋混 凝土煤槽通廊，输煤工艺配备相应的卸料机系 统。这种煤场的主要优点是：贮煤充满系数、 用地面积均介于筒仓和圆形煤场之间；空间利 用率高，输煤工艺较简单，外形美观。缺点是： 投资较高。 因此，在圆形与球形煤场的基础上本文提 出：一种新的全封闭煤场设计方案，供同行们 讨论，以实现电力工业可持续发展，提高设计 技术水平。 ２本煤场方案的构成 本煤场方案基本与球形煤场相近，包括以 下几部分。 ２．１圆形罩盖 亦称为煤埸的顶盖，一般采用钢网壳外设 压型钢板，简称球形网壳结构。当采用进入煤 场的栈桥直接支承在钢网壳时，由于网壳 的耗钢量加大，故称为重型球形网壳结构。 ２．２煤场转运站 球形煤场当顶盖采用钢筋混凝土球壳时， 煤场转运站直接支承在球壳中间。当顶盖采用 球形网壳时，可在煤场加设四立柱组成的 支架（简称框架），支承进入煤场的转运 站、胶带机及其栈桥，同时可将安全监测设施 布置其上。 框架四立柱的每柱直径与煤场直径之 比是微小的，在煤场内不会对煤的流动和贮存 带来影响。 ２．３煤的贮仓及卸出部分 包括圆形浅仓、若干条缝式煤沟及基础底 本煤场针对１０００ＷＭ容量机组，并参照同 类工程按２０天耗煤量煤场容量约１５万ｔ，相应 煤场直径为ｌＯＯｍ，设备选用见表１。 表１直径１００ｍ煤场设备选用 设备选型 设备名称 双侧叶轮给煤机 单侧叶轮给煤机 卸煤廊道 １１条 ５条 胶带运煤机 １１台 １０台 （出力１５００ｔ／ｈ） 叶轮给煤机 １６台 １４台 以上设备是根据国内现有产家资料确定的， 曾试图对双侧叶轮给煤机方案中减少卸煤廊道 数量、增大叶轮给煤机直径，但需要增加煤场 基础的深度，是否合理尚有待研究。 ３．２煤流与设备配置 （１）煤场来煤采用自上下落的方式进行堆 积，来煤自上下落堆积过程中，煤将发生离析。 即煤块粒度大的，将在煤堆的外侧，而煤场中 间则为小颗粒的末煤。 在煤堆贮存的过程中，由于煤的氧化，煤 将发热。堆存的时间越长，煤的氧化程度越高， 所产生的热量越多。在煤堆的外侧，由于颗粒 较大煤堆之间存在着大小不等的间隙，因此， 煤堆外侧的煤由于氧化而产生的热量可以通过 煤块之间的间隙向上运动而排出，而不易造成 热量集，而煤堆中部，多为煤末，煤粒的间隙 很小，氧化而产生的热量不易排出，堆积的时 间越长，氧化程度越深，则生成的热量越多， 在热量不易排出的情况下，将导致煤层温度的 升高，以致自燃。因此在这种煤场中煤堆中向 煤层发热的问题将直接影响到煤场的安全运行。 （２）在煤场运行中高温煤区并非固定的， 一成不变的。有时还可能同在时两个区域煤温 升高，可以肯定的是，高温煤层区在煤场中间 电力勘测设计２Ｏ ￡）７年１｛Ｊ月第弓别４１ 维普资讯 http://www.cqvip.com 型载 式蠼 堡 直塞 ｊ………．．．………………………………………舞篷鋈圜隧髓 的机率远高于煤场周边。为此我们除设立了安 全监测系统外，我们在设备的配制上也做了 安排。 方式，贮煤的落差较大，故在贮煤时仓内到处 均有粉尘飞扬。喷雾可以减少空气中粉尘的飞 扬量和粉尘在空中停留的时间。但喷雾水量不 宜过多。 煤的流动，改变了固定不变的状态，煤温 不易聚集，也就不至形成高温煤区，煤的自燃 可能性，也就大大降低，位于煤场中间部位， （５）消防设施：为防止仓内贮煤一旦自燃， 将采用消防水将自燃的煤火等熄灭。只有将 已燃的煤熄灭后才可将煤送往煤斗间。在巡回 由于其煤层厚，中间廊道的叶轮给煤机启动频 率高于外侧廊道的叶轮给煤机，因此在中间廊 道的胶带运输机上均配备两台叶轮给煤机，而 靠边廊道的胶带机均配一台叶轮给煤机。不管 是横向双机运行还是纵向双机运行都会带来各 自断面内的煤的大量流动，不仅满足上煤要求， 而且对煤场的安全运行也是十分有益的。 （３）单侧叶轮给煤机与双侧叶轮给煤机从 运行角度对本煤场来说都是一种较好的卸料设 备，运行安全、可靠，卸料连续、稳定，可以 实现远距离遥控。 采用单侧叶轮给煤机布置时，在一个通廊 内布置两条胶带运输机而采用双侧叶轮给煤机 布置时一个通廊内只有一条胶带机，因此，在 日常维护运行中巡视等方面单侧叶轮给煤机较 为方便。双侧叶轮给煤机上运行中发生的故障 时，如叶轮被卡，其检修较困难些。 在腭带机头部，专设一个约为１０×２０ｍ 的 叶轮给煤机检修场地，较分散布置能节省更多 的投资。 ３．３安全保护与监测设施 料场的安全监测包括：温度监测，可燃气 体监测，料位监测，喷雾降尘，消防设施和安 全通道与安全防暴设施。 （１）温度监测：在土建结构上，支撑转运 站的四根柱正好布置在煤场中间部分，也就是 煤的温度最易升高的地方，同时又为温度监测 点的设置提供了方便。 本煤场煤温度监测布置在四个柱子上，从 根部起每层八个测点，共八层。同时还对本煤 场室内温度实施监测。 （２）可燃气体监测：本煤场设立四个监测 点，均布置顶盖的最高点。 （３）料位监测：本煤场设置两台超声波料 位计。 （４）喷雾降尘：由于采用自上下落的贮煤 ４２ 电力勘测设＇汁２Ｄ 年０￡）月第５期 环廊中均布四个水，其喷射距离为５０ｍ，这 些水可复盖本煤场的任何角落。 （６）安全通道安全与防爆措施：在煤场与 网架的相接处，设有环形巡回通廊，宽 １２００ｍｍ，其运行人员进场做巡回检查。 巡回通廊较长，为确保运行人员安全能及 时进、出煤场，故设立四个大门与外侧走道相 通，且灭火水就设在大门附近。 顶盖的顶部与转运站相接处设有约２．６ｍ宽 的可开启的玻璃窗，在顶盖的底部均匀设立若 干玻璃窗，其总面积约为１５０ｍ ，基于如下四个 原因而设。 ①当煤场顶部聚集一定量的可燃气体时， 可通过开窗的办法将其放出，以减少危害。 ②采光。 ③当煤场内空气温度较高时，将上、下窗 户打开通过气流降低场内温度。 ④一旦发生爆炸，玻璃窗将被高气压击碎， 把爆炸而产生的高气压及时泄出，保证顶盖的 安全。 ４本煤场土建设计 ４．１结构特点 （１）本煤埸的圆形浅仓，主要承受堆煤的 竖向压力及侧向水平力，竖向压力通过基础底 板直接传递给地基；而侧向水平力则通过圆形 浅仓的环板、环梁，直接转换成环梁的内力， 自行平衡，与一般筒仓相同。而一般圆形煤埸 的堆煤竖向压力，直接作用于地面，侧向水平 力则通过圆形煤埸的挡煤墙、柱传递给基础底 板。因此，随着挡煤墙的增高而形成较大的水 平推力和倾覆弯矩。由于堆取料机作业可能产 生的不均匀堆煤，使得挡煤墙将承受煤堆不均 匀荷载。 （２）本煤埸面积大由中间进煤，自然形成 维普资讯 http://www.cqvip.com …………………一…………………一……… 一＝ 型塾 扬望 赛的堡 锥形煤堆，煤的竖向压力由中间向周围逐惭减 小，因此，竖向煤压的分布显然与一般筒仓不 同，需要分区计算对结构的影响。 （３）本煤场大体积、构件长，温度变化影 响较大，可沿纵、横向各设１～２道后浇施工带 或设变形缝。上、下环梁承受较大的环向拉力 不宜设变形缝，则应计算温度应力的影响。为 节省材料，环梁可采用后张法无粘结予应力 结构。 （４）本煤场浅仓内的斜板、连系梁以及中 央框架的梁柱外表面，应考虑煤对构件的磨损 影响，采用较高强度等级的混凝土、增加保护 层厚度或设耐磨层，视工程情况而定。 ４．２计算原则 （１）堆煤荷载：考虑进煤由煤场中心自上 而下，按煤的自然安息角逐层堆积，作用在贮 煤层的堆煤荷载，分区接相应的堆煤高度确定。 可取由纵、横梁形成的方格作为分区单元。忽 略煤流动过程产生的局部不均匀影响。 （２）常规荷载作用（指除堆煤水平压力、 温度应力以外的所有荷载）：可按ＳＡＴＷＥ空间 有限元分析，并将顶盖网架与下部结构分开 计算。 （３）非常规荷载作用（指堆煤水平压力、 温度应力）：对煤场的环形梁及环形板可按弹性 力学推导的公式［１］，计算煤压及温度应力产 生的内力，并并考虑混凝土裂缝、徐变后刚度 降低，对内力的影响系数（Ｋ ），计算环梁 （板）表面温差△￡作用时，Ｋ 可取０．７；计算 环（板）梁季节温差￡ 作用时，Ｋ 可取０．２。 ４．３方案比较 对于直径１００ｍ球形煤埸，根据工艺设备布 置不同，对下部结构，提出以下三种方案，进 行比较，上部结构基本相同。 从土建结构的角度分析，三种方案的主要 特点列于表２。 方案三主要为纵墙结构，使得基础底板受 力比较均匀，由柱的集中传递荷载转化为由纵 墙线性传荷，相应的混凝土量较省。同时，纵 墙结构设置温度伸缩缝，构造比较简单，方案 一、二为框架结构，空间较大，设备维修较方 便。但由于方案三设备及土建投资费用较方案 一、二，可节省约１８％。综合衡量，仍首选方 案三为本煤场推荐方案。在以后的表述中，本 煤场即方案三。 表２方案比较 方案 结构类型 结构受力特点 混凝土量 其他 煤压作用下构件 上部结 方案一 纵横向 主要受弯剪，且 构， 不 底板混凝土 （单侧叶轮 框架 、横梁跨度大但 含 约１２７４０ｍ ， 给煤机） 钭板悬挑较小，框架： 土方量大 。 １７１８４ｍ 方案二 纵向框 煤压作用下构件 上部结 （单侧叶轮 架、横向 主要受弯剪，纵 构， 不 底板混凝土 梁跨度小，但钭 含 约１２７４０ｍ ， 给煤机） 连梁 板悬挑较大框架： 土方量大 。 １７７３１ｍ 煤压作用下墙为 上部结 方案三 纵向墙、 偏压，且横梁跨 构， 不 底板混凝土 （双侧叶轮 横向连 度小，钭板为弹 含 约８５００ｍ ， 给煤机） 粱 性支承，受力较 框架： 土方量小 合理。 １４８０９ｍ ５技术经济综合分析 （１）本煤场主要技术特点 ①来煤自然堆存，不设堆料设备及煤场整 理设备，维护、运行简单。煤在煤场内没有死 角，也就不存在死煤，进、出煤场的煤流动 性好。 ②煤场设立安全监测系统，确保运行安全。 ③卸料设备为多台叶轮给煤机，这种设备 不仅运行可靠，检修方便，可以实现远程自动 化控制，有利于电厂减员增效。 ④本圆形煤场可以做到来煤先进先出，减 少了煤的自燃可能性。 ⑤煤场的环保性能较好，可以做到煤场无 污染运行，也不受自然条件（风、雨）的影响， 煤的非生产损耗极小。 （２）本煤埸的顶盖结构，采用球形网壳， 自重轻、制作安装简便，国内有成熟经验，且 造价较低。 （３）煤埸单位贮煤量的占地面积，本煤场 为５５３ｍ ／万ｔ，而国内现有几座直径为１２０ｍ的 圆形煤埸，则为６１６～８２０ｍ ／万ｔ，本煤场减少 １０％～４５％，对节省用地有着重要意义。 （４）经济比较表明，煤场本体主要土建及 设备费用（不包括其它输煤设施及计地基处理 电力勘测设计２ｆｊＤ７年１ ９月第与期４３ 维普资讯 http://www.cqvip.com ＝ 型越 羲蠼 堡 塞 ．ｊ一………………………………………………圈露 圜霹 翟 费用），按国产设备价格及土建统一单价确定的 综合投资，本煤场每座约５３８２万元，相应单位 贮煤量造价为３６１ ｔ。 区别于一般圆形煤场，或命名为“轻型网壳球 形煤场”以区别于一般球形煤场。 ｔ，而国内现有几座直径为 １２０ｍ的圆形煤场，单位贮煤量造价为３８９～５５５ （５）综上所述，本煤场有着明显的优越， 参考文献： ［１］ＪＧＪ／Ｔ２２－－９８，钢筋混凝土薄壳结构设计规程［ｓ］． ［２］上海市政工程设计院．给水排水工程结构设计手册 通过工程应用和设计方案的进一步优化，定有 ［Ｋ］．北京：中国建筑工业出版社，１９８４． 好的发展前景。 ［３］曹祖同，等．钢筋混凝土特种结构［Ｍ］．北京： （６）本煤场可命名为“缝式圆形煤场”以 中国建筑工业出版社，１９８７． （上接第３９页） 电力建设应优先选择在关停厂址场地上进行先 大部分小电厂原有铁路需要进行改造，改为翻 拆后建“上大压小”项目。 车机或底开车卸煤沟，当电厂铁路运煤不是唯 （２）国家有关主管部门应加大并优先核准 一来煤方式是，铁路卸煤沟可以采用单线或双 和审批关停小火电厂址资源的再利用项目力度 线卸煤沟，没有必要考虑底开车。 和比例，并制定出关停小机组厂址资源再利用 原有厂区铁路一般能进行改造，需要改为 的配套制度，切实落实小火电厂址资源的再利 翻车机铁路线或缝式卸煤沟线路时，应优先利 用规划方案。 用既有股道及其路基。 （３）为鼓励关停小火电厂址资源的充分再 ４．６贮煤场布置 利用，特别是对５０ＭＷ及以下小火电厂址的利 原为斗轮机堆取煤场，优先考虑直接利用。 用，国家有关主管部门是否可以适当放宽利用 这类电厂多建于２０世纪７０年代末８０年代初， 小机组厂址技改３００ＭＷ等级燃煤纯凝汽机组项 装机多为２００ＭＷ机组等级，煤场输煤系统可以 目的。 得到利用。 （４）燃煤小机组关闭后，其场地用于建设 原为桥抓煤场或其他形式的小煤场，厂区 ３００ＭＷ等级的燃机一般不成问题，故天然气 场地有条件拓展时，原则上优先改造为斗轮机 有保障时，关停厂址的土地资源可以用燃机 煤场。如果厂区场地过于狭小或因环保需要时， 代替。 可改为筒仓煤场或圆型封闭煤场。 （５）电力规划设计工作者应当思想， 既有小煤场不能满足大机组要求时，可将 开拓思维，打破常规设计理念，因地制宜地在 常规煤场结合卸煤设施设在厂外。 关停机组场地上，对实施“上大压小”的工程 进行总体规划，充分利用好既有厂址资源，全 ５ 结语 面地做好节能减排工作，并改善老厂职工生活 （１）关停小机组留下的场地和其它设施是 和工作条件，切实贯彻落实科学发展观和构建 建设大容量、高参数机组十分重要的厂址资源， 社会主义和谐社会。 ４４ 电力勘测设＿汁２９ｃ３７年１￡Ｊ月第５期
