超大型圓筒倉儲煤工藝系統(tǒng)設計優(yōu)化

吳 濤

(中煤西安設計工程有限責任公司，陜西 西安 710054)

圓筒倉因具有容量大、占地小、運行費用低、環(huán)保等諸多優(yōu)點，廣泛應用在煤炭、電力、煤化工等領域的儲煤系統(tǒng)中。儲煤筒倉是儲煤系統(tǒng)的核心設施，其工藝設計是否合理，直接決定了儲煤系統(tǒng)的投資與運營成本。結(jié)合多年設計經(jīng)驗，提出了不同容量的圓筒倉常采用的入料、出料工藝布置，并結(jié)合國泰化工單倉3 萬t儲煤筒倉設計，提出了一種超大容量、大直徑筒倉，頂部采用可逆環(huán)形布料系統(tǒng)、底部采用雙環(huán)出料系統(tǒng)的新型工藝設計。

1 圓筒倉工藝設計常用形式

圓筒倉工藝系統(tǒng)主要由頂部入料系統(tǒng)和底部出料系統(tǒng)組成。

1.1 入料工藝設計

入料工藝設計常用以下2種形式。

(1)單路或雙路輸送機頭部卸料。這類卸料形式為點式入料，受料口為1或2個方形孔，進料不均勻，充滿系數(shù)小，倉容損失較大，同時還可能產(chǎn)生不均勻側(cè)壓。但因其系統(tǒng)簡單，多用于單倉布置的較小直徑(φ12 m及以下)的圓筒倉，如圖1所示。

圖1 單路或雙路輸送機頭部卸料

(2)雙路輸送機頭部和中部多點直接卸料。這種形式亦屬點式落料，落料點為頭部2個，中間若干個，落料較均勻，充滿系數(shù)較大，倉容損失較少，但同樣可能產(chǎn)生不均勻側(cè)壓。該形式常用于單倉布置的大直徑筒倉和多倉布置的筒倉群，如圖2所示。

圖2 雙路輸送機頭部和中部直接卸料

1.2 出料工藝設計

出料工藝系統(tǒng)布置形式較多，大致可歸納為3種。

(1)長縫式溝形出料口(葉輪給煤機移動式給煤)。長縫式煤溝可設計成1條或2條，其垂直斷面呈“V”形或“W”形，儲煤容積雙縫大于單縫。這種形式常應用于小型筒倉或是火車、汽車受煤坑下的受煤漏斗，簡單實用。若用于大型筒倉，由于在長縫傾斜平面與筒倉圓弧面相交處容易滯煤，嚴重時還可能導致自燃，所以弊端較明顯。同時，雙縫式煤槽因卸料時單邊運行，易造成倉內(nèi)煤偏積產(chǎn)生不均勻側(cè)壓，如圖3所示。

圖3 長縫式溝形出料口(葉輪給煤機移動式給煤)

(2)單斗或群斗式出料口(振動或其他形式給料機給煤)。出料斗分圓形錐斗和方形錐斗，從性能上講，圓形錐斗優(yōu)于方形錐斗，但前者施工難度較大，故基本都做成方形錐斗。例如大同某選煤廠3 萬t筒倉即為方形群錐斗出料口，筒倉下部為一平臺，平臺由若干立柱支撐，平臺下設14個落煤斗，平臺上部斗口之間連成錐體狀以防止滯煤。煤炭由3條連接群斗的帶式輸送機轉(zhuǎn)運至主輸送機進入系統(tǒng)。這種結(jié)構(gòu)形式的土建施工較簡單，但系統(tǒng)布置較煩瑣，落料點多，轉(zhuǎn)運設備多，出料不連續(xù)，非整體流動，有可能產(chǎn)生倉壁側(cè)壓不均勻現(xiàn)象，同時配套的控制系統(tǒng)和管理較為復雜，如圖4所示。

圖4 群斗式出料口(振動或其他形式給料機固定給煤)

(3)單環(huán)縫式出料口(大型環(huán)式給煤機給煤)。單環(huán)縫式出料口由接筒倉內(nèi)壁的倒錐臺與中央蘑菇錐組合而成，其斷面為“W”形。該結(jié)構(gòu)形式多應用于煤化工、電廠的大直徑儲煤筒倉。這種結(jié)構(gòu)形式與前3種形式相比，具有出料口面積大、儲煤整體流動性好、出料連續(xù)、均勻、煤對倉壁的側(cè)壓均衡等特點。同時，與之配套的1臺大型環(huán)式給煤機運行成熟、可靠，管理簡單。這種單環(huán)縫出料形式不僅使筒倉具有良好的工藝性，而且具有一定的安全性，因而是大型筒倉的理想出料形式，如圖5所示。

圖5 單環(huán)縫式出料口(大型環(huán)式給煤機給煤)

2 不同容量和直徑的儲煤筒倉工藝設計方案確定

常用儲煤筒倉直徑系列為12 m、15 m、18 m、21(22) m、27 m、30 m、36 m等，筒倉直徑與筒倉柱體高度的比例一般為1∶1.5以上比較經(jīng)濟合理，但不宜超過1∶2，如果比例過高，增加樁基的載荷，提高相應的施工難度。如果比例過低，勢必造成存儲量小而工程投資偏大。不同容量和直徑的儲煤筒倉可采取下述幾種不同的工藝設計方案。

2.1 小型筒倉

儲量一般在3 000 t及以下的筒倉稱之為小型筒倉，直徑一般為12 m、15 m。其入料系統(tǒng)比較適合采取單路或雙路帶式輸送機頭部卸料，出料系統(tǒng)可采取單斗、雙斗或4個卸料口出料。該設計形式雖然充滿系數(shù)小，同時還可能產(chǎn)生不均勻側(cè)壓，但因該系統(tǒng)簡單，筒倉儲量小，故倉容損失在可控范圍以內(nèi)。

2.2 中型筒倉

儲量一般在5 000 t左右的筒倉稱之為中型筒倉，直徑一般為18 m。其入料比較適合采取單路輸送機頭部和中部多點直接卸料，出料系統(tǒng)比較適合采取雙斗或群斗式出料口出料。這種設計形式落料較均勻，充滿系數(shù)較大，倉容損失較少，但同樣可能產(chǎn)生不均勻側(cè)壓。

2.3 大型筒倉

儲量一般在1萬t左右的筒倉稱之為大型筒倉，直徑一般為21 m或22 m。其入料比較適合采取雙路輸送機頭部和中部多點直接卸料，出料比較適合采取多斗式出料口出料或是單環(huán)縫式出料口出料。這種設計形式落料較均勻，充滿系數(shù)較大，如采用群斗式出料方式，倉容損失要比單環(huán)縫式出料方式大一些，但設備數(shù)量少、布置簡單。而單環(huán)式給煤機密封性能好，出料均勻，與其對應的出料帶式輸送機布置更加靈活。煤炭行業(yè)常采用群斗式出料方式，電力和煤化工行業(yè)常采用單環(huán)縫式出料方式。

2.4 超大型筒倉

儲量一般在3萬t及以上的筒倉，稱之為超大型筒倉，直徑常為φ30 m、φ36 m，目前最大達φ45 m。這類筒倉的入料比較適合采取單路或雙路輸送機配以可逆環(huán)形布料機旋轉(zhuǎn)卸料，出料比較適合采取雙環(huán)縫式出料口(超大型環(huán)式給煤機給煤)出料。超大型環(huán)式給煤機為大環(huán)套小環(huán)的同心圓雙環(huán)環(huán)式給煤機，2臺設備可同時或獨立雙向運行，卸料出力可隨時變化調(diào)整，布料點成為由大小2個同心圓組成的雙環(huán)，卸煤面積大。

3 超大直徑筒倉的新型工藝設計

傳統(tǒng)的大直徑筒倉常采用頂部雙路輸送機(雙路刮板機、帶犁式卸料器的帶式輸送機)頭部和中部多點直接卸料的入料系統(tǒng)和群斗式出料口的出料系統(tǒng)。這種工藝設計對于φ22 m左右的筒倉較為適宜，但是應用在φ30 m及以上的大直徑筒倉中，倉容損失太大。即使大直徑筒倉頂部由2路輸送機進行直線多點卸料，底部由多個固定式給煤機出料，也避免不了筒倉較低的充滿系數(shù)。如果要增加容量，只能增加倉體高度，會造成上倉輸煤棧橋提升高度大，增加筒倉和棧橋的投資，因此改進大直徑筒倉的工藝設計迫在眉睫。

結(jié)合鄂爾多斯某化工企業(yè)煤儲運項目36 m超大直徑筒倉設計，形成了一種新型超大直徑筒倉設計新方法。

3.1 可逆環(huán)形布料機旋轉(zhuǎn)卸料系統(tǒng)

鄂爾多斯某化工企業(yè)的儲煤筒倉為儲量3 萬t的超大容量筒倉，設計為了改進以往大直徑筒倉布料不均的缺陷，更大地提高筒倉容積利用率，采用了一種可逆環(huán)形布料設備。該設備主要由旋轉(zhuǎn)受料斗、帶式輸送機機身、行走驅(qū)動機構(gòu)、齒輪齒條行走機構(gòu)、內(nèi)、外環(huán)形蓋板、行走輪、水平導向輪、中心支柱、回轉(zhuǎn)機構(gòu)組成。帶式輸送機機身由齒輪齒條驅(qū)動，繞中心支柱做圓周運動，環(huán)形蓋板隨帶式輸送機機身一起做圓周運動，煤炭通過帶式輸送機的正反轉(zhuǎn)分別卸入圓筒倉的外、內(nèi)環(huán)受料口進入圓筒倉，從而實現(xiàn)圓筒倉雙環(huán)線式布料，提高圓筒倉倉容利用率。如圖6所示。

圖6 單路或雙路輸送機配以可逆環(huán)形布料機旋轉(zhuǎn)卸料布置

環(huán)形布料機可雙向運行，且有2個輸送半徑，使布料點成為由大小2個同心圓組成的雙環(huán)。這種形式落料連續(xù)、均勻，充滿系數(shù)最大，且儲煤對倉壁的側(cè)壓均衡。該系統(tǒng)雖然布置復雜一些，但能夠有效提高筒倉的充滿系數(shù)，并有利于筒倉的安全運行。目前在大容量、大直徑的筒倉中開始使用。

3.2 雙環(huán)環(huán)式給煤機出料系統(tǒng)

鄂爾多斯某化工企業(yè)煤儲運系統(tǒng)3萬t超大型儲煤筒倉的出料形式，借鑒單環(huán)縫式出料口配大型環(huán)式給煤機的給煤模式，提出了雙環(huán)縫式出料口方案。即將常用筒倉接倉壁的倒錐環(huán)沿徑向拉開，在倒錐環(huán)和蘑菇錐之間再立一個正錐形環(huán)，從而形成大環(huán)套小環(huán)的同心圓雙環(huán)縫式出料口，筒倉下部的直徑斷面為“WW”形狀。內(nèi)環(huán)采用原φ22 m筒倉的設備，即φ15 m環(huán)式給煤機，外環(huán)重新設計了φ30 m環(huán)式給煤機，優(yōu)化了大型筒倉的工藝設計。如圖7所示。

圖7 雙環(huán)縫式出料口(超大型環(huán)式給煤機給煤)

此φ36 m筒倉采用的雙環(huán)環(huán)式給煤機是由2臺(1臺φ15 m環(huán)式給煤機，1臺φ30 m環(huán)式給煤機)環(huán)式給煤機組合而成。整套設備包括2臺犁煤車，2臺給煤車，其中外環(huán)設備包括4臺卸煤犁，內(nèi)環(huán)設備包括2臺卸煤犁。雙環(huán)環(huán)式給煤機由上層的犁煤車和下層的卸煤車、犁煤車和卸煤車軌道、犁煤車驅(qū)動定位裝置、卸煤車驅(qū)動定位裝置、密封罩及電氣控制裝置等部分構(gòu)成。犁煤車和卸煤車均采用外環(huán)6點均布、內(nèi)環(huán)3點均布同步驅(qū)動，立式銷齒傳動，變頻調(diào)速。無論是犁煤車還是給煤車，能夠?qū)崿F(xiàn)在一套驅(qū)動系統(tǒng)發(fā)生故障時，靠其余幾套傳動裝置短時間內(nèi)繼續(xù)運行的條件。犁煤車與卸煤車的運行方向相反，速度比為1∶2～1∶3。當犁煤車開動后，插在筒倉下部縫隙煤中的犁煤器把筒倉環(huán)形縫隙里的煤犁下，落到與其相反方向運行的卸煤車上。繼而卸煤器的卸煤板把卸煤車上的煤卸到卸煤車邊緣的落煤斗中，直至落到下層的帶式輸送機上。內(nèi)環(huán)2臺卸煤器和外環(huán)4臺卸煤器對稱安裝在2個落煤口處，分別與下層的2臺帶式輸送機相對應，2臺帶式輸送機可以切換。根據(jù)需要，通過交流變頻器可以調(diào)節(jié)犁煤車和卸煤車的速度，使出力發(fā)生變化，以實現(xiàn)給煤和配煤功能。

3.3 可逆環(huán)形布料和雙環(huán)環(huán)式給煤機組合系統(tǒng)

鄂爾多斯某化工企業(yè)結(jié)合可逆環(huán)形布料系統(tǒng)和雙環(huán)環(huán)式給煤機系統(tǒng)的諸多優(yōu)點，采用了兩者相結(jié)合的方式進行設計，充分發(fā)揮了組合系統(tǒng)的優(yōu)勢，達到了優(yōu)化的目的。此組合系統(tǒng)的工藝布置打破了傳統(tǒng)布置的不足，提出了一種大容量、大直徑筒倉工藝設計的新方法。如圖8所示。

圖8 國泰化工3萬t煤筒倉工藝布置剖面

3.4 與傳統(tǒng)工藝設計的優(yōu)缺點分析

大直徑筒倉采用可逆環(huán)形布料和雙環(huán)環(huán)式給煤系統(tǒng)設計與傳統(tǒng)工藝設計的優(yōu)缺點對比。

3.4.1 可逆環(huán)形布料機入料系統(tǒng)

優(yōu)點：

(1)倉容利用率高，倉壁無不均勻側(cè)壓，筒倉柱體高度較低，節(jié)省土建投資費用，降低上倉帶式輸送機的功率；

(2)全程布料系統(tǒng)封閉，無污染、無粉煤揚塵；

(3)可以調(diào)高帶速，增大輸送機的輸送能力；

(4)宜采用單路帶式輸送機上倉，機頭或是中部卸料溜槽所需高差小，可降低倉頂至棧橋高度。

缺點：

(1)筒倉上部棧橋跨度相對較大；

(2)可逆環(huán)形布料機設備造價相對較高。

3.4.2 雙環(huán)環(huán)式給煤機出料系統(tǒng)

優(yōu)點：

(1)1個筒倉只需1套設備(包含2臺環(huán)式給煤機)，同時1臺給煤機配備多套驅(qū)動，能夠?qū)崿F(xiàn)一套驅(qū)動系統(tǒng)發(fā)生故障時，靠其余幾套傳動裝置短時運行的條件，故障率較低；

(2)外環(huán)給煤機和內(nèi)環(huán)給煤機可分別同時、獨立運行，給煤出力可靈活調(diào)整；

(3)倉底出倉的帶式輸送機可任意角度方向布置，并可根據(jù)設計要求，布置1臺或是多臺出倉帶式輸送機，且各帶式輸送機之間的間距可調(diào)至最近，有效降低出倉帶式輸送機的棧橋?qū)挾群娃D(zhuǎn)載點的體積，對于出倉運輸系統(tǒng)的布置更加靈活，且可降低投資費用；

(4)工藝布置、系統(tǒng)控制、管理較群斗式出口配備的多臺振動給煤機更靈活，易于管理；

(5)雙環(huán)給煤機出料系統(tǒng)全程密閉性較好，不會出現(xiàn)漏煤，撒煤的情況，采用先進的電子監(jiān)測及惰化保護系統(tǒng)，環(huán)保性能、防止筒倉自燃性能出眾。

缺點：

(1)土建施工難度相對較大；

(2)環(huán)式給煤機的設備造價相對較高。

4 結(jié) 語

通過對儲煤3 萬t筒倉設計采用的可逆環(huán)形布料機入料系統(tǒng)和雙環(huán)環(huán)式給煤機出料系統(tǒng)的設計實例分析及該項目投產(chǎn)4 a時間的運行驗證，說明了此種工藝布置應用于超大型筒倉，不論在結(jié)構(gòu)、功能及安全性和技術(shù)性方面，都是較先進的。業(yè)主方反饋該系統(tǒng)使用情況良好，故障率低，防自燃，環(huán)保性能好。該新型儲煤倉系統(tǒng)已在山西平朔某電廠儲煤系統(tǒng)進行了推廣應用。