燃煤火力發(fā)電站的超大型貯煤場(chǎng)方案與比選淺析

林世瑤，郭羽薇

（1.哈爾濱電氣國(guó)際工程有限責(zé)任公司；2.國(guó)能哈爾濱熱電有限公司，黑龍江 哈爾濱 150000）

1 前言

貯煤場(chǎng)是燃煤火力發(fā)電站的重要組成部分，主要用于電站燃煤的存貯，并且通過(guò)煤場(chǎng)的堆取料和輸送等設(shè)備，為燃煤火力發(fā)電站的鍋爐燃燒提供持續(xù)的燃料供應(yīng)。

隨著國(guó)內(nèi)外燃煤機(jī)組容量及建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，通過(guò)新建或者上大壓小等措施，大容量、高效節(jié)能環(huán)保的大型燃煤火電機(jī)組逐步取代了小容量、低效率、重污染的老破小的燃煤火力發(fā)電機(jī)組，這也導(dǎo)致電站的單位時(shí)間的耗煤量隨之增加；再加上近年來(lái)國(guó)內(nèi)外煤炭行業(yè)的市場(chǎng)不斷變化，導(dǎo)致大部分燃煤電廠燃煤來(lái)源及供應(yīng)情況不夠穩(wěn)定，燃用進(jìn)口煤源的電站還需要長(zhǎng)距離的運(yùn)輸，而部分寒冷地區(qū)的電站承擔(dān)著冬季城市供暖的任務(wù)，在電力匱乏的國(guó)家更需要電站能夠保證長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)穩(wěn)定的運(yùn)行，以上，都對(duì)電站的連續(xù)、穩(wěn)定和可靠的運(yùn)行提出了很高的要求。為了滿足以上大型電站的日常煤耗需求以及應(yīng)對(duì)煤源的不穩(wěn)定性，為燃煤電站配備大容量的貯煤場(chǎng)，是保障燃煤電站連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。

貯煤場(chǎng)用于接收運(yùn)抵電廠的燃煤，貯煤場(chǎng)的大小要根據(jù)電廠裝機(jī)容量和功能需求的不同進(jìn)行設(shè)計(jì)，通常會(huì)以滿足電站機(jī)組BMCR工況下的燃煤天數(shù)來(lái)計(jì)量貯煤場(chǎng)的大小。

隨著科技的發(fā)展、社會(huì)的進(jìn)步，以及人類環(huán)保意識(shí)等的逐步增強(qiáng)，各國(guó)燃煤火力發(fā)電站的貯煤場(chǎng)的形式設(shè)計(jì)和方案選擇過(guò)程中，除了要考慮大型貯煤的容積外，還要考慮煤場(chǎng)相應(yīng)的環(huán)保以及消防等因素，并且配備對(duì)應(yīng)的煤場(chǎng)堆取料設(shè)備，保障煤場(chǎng)有效管理和高效運(yùn)行，提高煤場(chǎng)運(yùn)行的自動(dòng)化水平。

通過(guò)以上分析，在大型燃煤火力發(fā)電站的設(shè)計(jì)過(guò)程中，大型貯煤場(chǎng)形式的確定對(duì)整個(gè)電站項(xiàng)目的廠區(qū)布局、工程整體投資均有較大影響，因此，對(duì)貯煤系統(tǒng)進(jìn)行多方案的比選和分析十分必要。

2 概述

本文針對(duì)某海外3×660MW燃煤電站BOT項(xiàng)目，在貯煤場(chǎng)地面積有限，并且需要滿足3臺(tái)660MW燃煤機(jī)組BMCR工況下45天存煤量的容積要求的情況下（約計(jì)80萬(wàn)t），對(duì)各種貯煤場(chǎng)方案的可行性和優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行初步的比較和分析。

大型貯煤場(chǎng)的形式主要有：（1）開(kāi)放式貯煤場(chǎng)，即露天儲(chǔ)煤場(chǎng)，四周加防風(fēng)抑塵網(wǎng)的方式；（2）半封閉式煤場(chǎng)，即采用干煤棚的方式覆蓋局部或全部煤場(chǎng)，同時(shí)未封閉處配備防風(fēng)抑塵網(wǎng)的方式，該種方式適合雨水較多的區(qū)域；（3）全封閉式煤場(chǎng)，包括全封閉球型貯煤場(chǎng)、全封閉筒倉(cāng)型貯煤場(chǎng)以及全封閉條形和矩形煤場(chǎng)。

隨著全球環(huán)保理念的不斷提升，燃煤電站的大型貯煤場(chǎng)的形式，由開(kāi)放式、半封閉式逐步向封閉式貯煤場(chǎng)轉(zhuǎn)變成為一種趨勢(shì)，近年來(lái)，各種形式的封閉煤場(chǎng)得到了蓬勃的發(fā)展與廣泛應(yīng)用，但目前在不違反環(huán)保等要求的情況下，開(kāi)放式和半封閉式貯煤場(chǎng)因其造價(jià)低、工期短等優(yōu)點(diǎn)，仍有采用空間。

因該海外3×660MW燃煤電站項(xiàng)目地處沿海，現(xiàn)場(chǎng)季節(jié)性降雨較多，并且伴有季節(jié)性大風(fēng)天氣，該項(xiàng)目燃用的燃煤依靠進(jìn)口，通過(guò)海運(yùn)的方式運(yùn)抵電站，并且項(xiàng)目緊鄰海域以及臨近村莊，當(dāng)?shù)丨h(huán)保要求高、監(jiān)管嚴(yán)格。

針對(duì)以上情況，為了保障在雨季能夠有足夠的干煤燃用，該項(xiàng)目不采用全開(kāi)放式貯煤場(chǎng)的方案，因此本文僅從半封閉式貯煤場(chǎng)和全封閉式貯煤場(chǎng)的方案中進(jìn)行比選。

3 大型貯煤場(chǎng)布置方案介紹

3.1 半封閉式貯煤場(chǎng)方案

半封閉式貯煤場(chǎng)的方案，采用條形煤場(chǎng)貯煤方案，并且采用半封閉干煤棚加抑塵網(wǎng)的型式。煤場(chǎng)設(shè)有干煤棚，除干煤棚區(qū)域外，煤場(chǎng)四周設(shè)有防風(fēng)抑塵網(wǎng)。

煤場(chǎng)設(shè)備主要采用2臺(tái)懸臂斗輪堆取料機(jī)，2條帶式輸送機(jī)，單向運(yùn)行，并配備多臺(tái)推煤機(jī)輔助作業(yè)。干煤棚采用預(yù)應(yīng)力管桁架結(jié)構(gòu)進(jìn)行覆蓋，跨度控制在120m左右。

該方案滿足一定量的干煤存儲(chǔ)功能，同時(shí)，通過(guò)防風(fēng)抑塵網(wǎng)的配置，可以有效抑制大風(fēng)造成的露天煤場(chǎng)揚(yáng)塵現(xiàn)象。煤場(chǎng)底部，通過(guò)敷設(shè)防滲膜，也能有效避免煤水滲入地下，造成對(duì)海水和地下水的污染。

該方案造價(jià)低、工期短。但該方案，因?yàn)槭前敕忾]式貯煤場(chǎng)，當(dāng)遇到較大降雨的時(shí)候，會(huì)產(chǎn)生大量的含煤污水，需要臨近配置較大容積的煤水收集和沉淀池，并對(duì)煤水進(jìn)行處理和回用。同時(shí)，防風(fēng)抑塵網(wǎng)，雖然能夠有效地防止煤場(chǎng)在大風(fēng)天氣揚(yáng)塵，但不能完全避免揚(yáng)塵現(xiàn)象的發(fā)生，一旦出現(xiàn)這種問(wèn)題，就會(huì)對(duì)周邊居民的生活產(chǎn)生影響，從而產(chǎn)生環(huán)保問(wèn)題。

3.2 全封閉球型貯煤場(chǎng)方案

全封閉球型貯煤場(chǎng)（見(jiàn)圖1），又稱半球式儲(chǔ)煤倉(cāng)，一般頂部采用球面網(wǎng)殼，下部采用混凝土澆筑。這種儲(chǔ)煤工藝與傳統(tǒng)貯煤場(chǎng)不同，一般常采用多個(gè)球型貯煤場(chǎng)并列使用，俗稱球型儲(chǔ)煤倉(cāng)并列群倉(cāng)。

圖1 球型儲(chǔ)煤倉(cāng)并列群倉(cāng)

球型貯煤場(chǎng)的物料輸送設(shè)備，包括帶式輸送機(jī)、旋轉(zhuǎn)懸臂堆料機(jī)、刮板取料機(jī)、地下煤斗、給煤機(jī)等。

球型貯煤場(chǎng)特點(diǎn)是占地小、單位面積儲(chǔ)煤量大、自動(dòng)化程度高、運(yùn)行安全可靠、抗惡劣天氣能力強(qiáng)、對(duì)環(huán)境污染小、景觀好等。球型煤場(chǎng)按進(jìn)料形式分高位進(jìn)料和低位進(jìn)料，按取料形式分懸臂式和門(mén)架式，可根據(jù)不同的情況選取不同類型的全封閉圓形煤場(chǎng)。

根據(jù)目前已建成項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)，大型全封閉球型貯煤場(chǎng)的直徑通常在80m以上，就目前已有的全封閉球型儲(chǔ)煤場(chǎng)的直徑最大已達(dá)120m，堆放高度達(dá)30m，單個(gè)球型貯煤場(chǎng)的儲(chǔ)量可以達(dá)到20萬(wàn)t。

根據(jù)本項(xiàng)目約計(jì)80萬(wàn)t的儲(chǔ)煤量需求，按照目前最大球型貯煤場(chǎng)的儲(chǔ)量，需要建設(shè)4個(gè)直徑120m、單個(gè)儲(chǔ)量20萬(wàn)t的球型貯煤場(chǎng)。

根據(jù)項(xiàng)目的場(chǎng)地情況，如果采用球型貯煤場(chǎng)，單位面積的堆煤量有所增加，但考慮輸煤棧橋的布置，場(chǎng)地在寬度布置上可能存在局促的情況。另外，因?yàn)榻ㄔO(shè)4個(gè)大型的球型煤場(chǎng)復(fù)雜程度較高，在造價(jià)和工期上都將不占優(yōu)勢(shì)，并且各個(gè)球型煤場(chǎng)均需要配置輸煤設(shè)備和堆取料設(shè)備，將導(dǎo)致燃煤輸送系統(tǒng)的設(shè)計(jì)復(fù)雜，且設(shè)備增多，也因此會(huì)導(dǎo)致造價(jià)增高、工期加長(zhǎng)。此外，球型貯煤場(chǎng)還有一個(gè)缺點(diǎn)，是設(shè)計(jì)燃煤儲(chǔ)量的實(shí)際利用率受煤質(zhì)影響較大。

3.3 全封閉筒倉(cāng)型貯煤場(chǎng)方案

全封閉筒倉(cāng)型貯煤場(chǎng)，又稱圓形筒倉(cāng)，一般為錐殼倉(cāng)頂、圓筒倉(cāng)體、倒錐型 底部漏斗的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。全封閉圓筒倉(cāng)型貯煤場(chǎng)，通常為多個(gè)筒倉(cāng)并列布置的貯煤形式。詳見(jiàn)圖2。

圖2 全封閉筒倉(cāng)并列群倉(cāng)

貯煤筒倉(cāng)的直徑通常在8～30m，高度為直徑的1.5～2倍。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)項(xiàng)目上陸續(xù)出現(xiàn)單個(gè)直徑40m，儲(chǔ)量3萬(wàn)t的筒倉(cāng)；直徑45m，儲(chǔ)量為5～6萬(wàn)t的筒倉(cāng)等。國(guó)外，加拿大某水泥公司建成單體直徑為65.2m、儲(chǔ)量為12萬(wàn)t的筒倉(cāng)。

筒倉(cāng)頂部給料設(shè)備主要有犁式卸料器、刮板輸送機(jī)、移動(dòng)（固定）卸料小車、環(huán)形布料機(jī)等，底部取料設(shè)備主要有螺旋給煤機(jī)、（活化）振動(dòng)給煤機(jī)、單雙側(cè)葉輪給煤機(jī)、單（雙或三）環(huán)形給煤機(jī)。

本項(xiàng)目按照80萬(wàn)t的儲(chǔ)煤量，如果采用筒倉(cāng)并列群倉(cāng)的方案，按照單個(gè)筒倉(cāng)直徑45m、6t存煤量計(jì)算，需要建設(shè)近14座筒倉(cāng)型貯煤場(chǎng)。

圓形筒倉(cāng)貯煤場(chǎng)，具有占地少、封閉效果好以及運(yùn)行成本低等突出優(yōu)點(diǎn)，但其缺點(diǎn)是筒倉(cāng)基礎(chǔ)單位面積承受的載荷大，因而受工程地質(zhì)條件影響明顯，基礎(chǔ)處理費(fèi)用較高；此外，在運(yùn)行過(guò)程中，容易發(fā)生棚拱、堵倉(cāng)事故等。此外，圓筒倉(cāng)并列群倉(cāng)為多個(gè)筒倉(cāng)并列布置的貯煤形式，造價(jià)過(guò)高，通常僅適用于場(chǎng)地極其狹窄的場(chǎng)合，且貯煤天數(shù)不宜過(guò)長(zhǎng)，適用于煤源供應(yīng)充足并及時(shí)的電廠，所以，一般電廠采用較少，并不適用于燃煤儲(chǔ)量需求過(guò)大的電廠。

3.4 全封閉條形貯煤場(chǎng)方案

條形煤場(chǎng)在國(guó)內(nèi)大型燃煤發(fā)電廠應(yīng)用較為普遍，適用于貯量較大的燃煤電廠，并且能夠大量地降低造價(jià)。國(guó)內(nèi)的大型火力發(fā)電廠80%以上采用大型條形煤場(chǎng)貯煤方案，煤場(chǎng)配置懸臂斗輪堆取料機(jī)以及輸煤皮帶等設(shè)備，技術(shù)最成熟，應(yīng)用最廣泛。而全封閉條形貯煤場(chǎng)，就是將條形煤場(chǎng)通過(guò)預(yù)應(yīng)力管桁架結(jié)構(gòu)的煤棚進(jìn)行全面覆蓋，煤棚的跨度控制在120m左右，兩端進(jìn)行封閉或者采用防風(fēng)抑塵網(wǎng)的方式進(jìn)行包圍。

該種全封閉條形貯煤場(chǎng)的方案，具有布置簡(jiǎn)單、造價(jià)低、運(yùn)行維護(hù)方便靈活等特點(diǎn)。全封閉條形煤場(chǎng)布置方案為條形煤場(chǎng)配置懸臂斗輪堆取料機(jī)設(shè)備，條形煤場(chǎng)為長(zhǎng)方形煤場(chǎng)，堆料截面是梯形，煤場(chǎng)機(jī)械主要由懸臂斗輪堆取料機(jī)及其他輔助設(shè)施構(gòu)成。全封閉條形煤場(chǎng)內(nèi)部設(shè)備場(chǎng)景，見(jiàn)圖3。

圖3 全封閉條形煤場(chǎng)內(nèi)部場(chǎng)景

3.5 全封閉矩形煤場(chǎng)方案

矩形煤場(chǎng)因其場(chǎng)地燃煤堆高較高且自動(dòng)化水平高而備受關(guān)注。矩形煤場(chǎng)早期因配備的大型門(mén)式刮板取料機(jī)等設(shè)備依賴進(jìn)口，導(dǎo)致工程造價(jià)較高。隨著近年來(lái)門(mén)式刮板取料機(jī)等大型設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化，設(shè)備造價(jià)得到顯著降低。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)一些電廠開(kāi)始采用這種新型的矩形煤場(chǎng)設(shè)計(jì)方案。

矩形煤場(chǎng)采用帶干煤棚長(zhǎng)方形煤堆，堆料截面是三角形，煤場(chǎng)機(jī)械主要由懸臂堆料機(jī)及門(mén)式刮板取料機(jī)構(gòu)成，其中門(mén)式刮板取料機(jī)取料精度相對(duì)較高。懸臂堆料機(jī)+門(mén)式刮板取料機(jī)，采用堆料、取料設(shè)備分開(kāi)布置，設(shè)備型式自動(dòng)化程度較高?？蓪?shí)現(xiàn)連續(xù)人字形堆料和全斷面取料，有利于燃煤的混配及摻燒。堆料、取料機(jī)均可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)運(yùn)行，設(shè)備回取率高。煤場(chǎng)輔助機(jī)械僅用于清理殘煤，自動(dòng)化程度高，可實(shí)現(xiàn)煤場(chǎng)無(wú)人值守作業(yè)。全封閉矩形貯煤場(chǎng)內(nèi)部斷面及煤場(chǎng)內(nèi)設(shè)備形式，見(jiàn)圖4。

圖4 矩形貯煤場(chǎng)及門(mén)式刮板取料機(jī)

矩形煤場(chǎng)和條形煤場(chǎng)的煤堆積角度相同，但因矩形煤場(chǎng)堆高較高，所以堆煤截面為三角形，而條形煤場(chǎng)堆煤截面為梯形，所以矩形貯煤場(chǎng)本應(yīng)比條形煤場(chǎng)單位面積存煤量更多，因此更節(jié)省場(chǎng)地。但由于矩形煤場(chǎng)堆、取料設(shè)備分開(kāi)布置，導(dǎo)致設(shè)備軌道比較多，而軌道之間、軌道與帶式輸送機(jī)之間，都保留一定的間距及通道，因此，總的儲(chǔ)煤量要求相同的情況下，矩形煤場(chǎng)的整體占地面積比條形煤場(chǎng)的可能還要更大些。

同時(shí)，根據(jù)調(diào)研，目前門(mén)式刮板取料機(jī)最大跨度為68m，按此設(shè)計(jì)，則每條矩形煤場(chǎng)的堆煤寬度也將受制。并且，矩形煤場(chǎng)的設(shè)備數(shù)量、軌道數(shù)量也較條形煤場(chǎng)多，取料帶式輸送機(jī)數(shù)量也會(huì)增加，棧橋和轉(zhuǎn)運(yùn)站的工程量也相應(yīng)增加。

因此，雖然矩形煤場(chǎng)堆煤區(qū)域的單位面積堆煤量看似較多，但在相同堆煤總量的情況下，占地面積更大，設(shè)備更多，工程量更大，也導(dǎo)致總體造價(jià)要高于條形煤場(chǎng)。

4 貯煤場(chǎng)方案比選分析

根據(jù)本項(xiàng)目貯煤場(chǎng)的功能需求以及場(chǎng)地條件，對(duì)以上各個(gè)貯煤場(chǎng)方案進(jìn)行了粗略比較和定性分析，因目前處于項(xiàng)目設(shè)計(jì)前期方案比選階段，所以只對(duì)關(guān)注的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行比對(duì)和排序，詳見(jiàn)表1。

表1

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上的方案比對(duì)和分析可以看出，從工程量、造價(jià)以及工期角度分析，目前半封閉式煤場(chǎng)是最優(yōu)的，全封閉條形煤場(chǎng)次之，而后是全封矩形煤場(chǎng)、閉球型煤場(chǎng)、筒倉(cāng)型煤場(chǎng)。但考慮本項(xiàng)目是海外的燃煤電站項(xiàng)目，地處沿海區(qū)域，環(huán)保要求高，并且季節(jié)性風(fēng)雨較多，綜合以上項(xiàng)目特點(diǎn)，充分考慮當(dāng)?shù)貒?yán)格的環(huán)保要求和后期電廠運(yùn)行條件等因素，在適當(dāng)增加投資的條件下，全封閉條形煤場(chǎng)方案最合適。