筒倉儲煤技術在港口散貨系統中的應用

喬朝起

（中交一航局安裝工程有限公司，天津 300457）

1 項目背景

干散貨碼頭是將陸路或水路到港的干散貨進行裝車船作業，并結合出港的車、船計劃，進行臨時堆存后裝運出港的專業中轉碼頭。傳統的干散貨碼頭采用露天堆場形式對干散貨進行臨時堆放，大風揚塵會對港口周邊環境造成污染，通常做法是在堆場兩側布置灑水噴槍，通過灑水降低粉塵的擴散，在一定程度上抑制粉塵的產生。隨著環保意識的增強，自21世紀初開始，散貨港口開始推廣利用在堆場四周建立防風網的技術抑制粉塵的擴散，這種方式配合灑水除塵對露天堆場粉塵的擴散起到了比較好抑制和屏蔽作用。但由于防風網僅對某一部分的風向具有過濾作用，效果有一定的局限性，并不能從源頭上消除粉塵污染。

近年來，散貨港口開始逐步嘗試采用筒倉群、條形大棚、球筒倉等儲存技術來代替露天堆存方式，推行綠色環保港口新理念。這種技術從源頭上消除了粉塵產生的可能性，是一種積極主動的解決方案。

黃驊港三期工程是世界上首例采用筒倉群代替露天堆場的一個煤炭專用碼頭。該項目合同簽訂日期為2011年3月19日，并于2012年12月12日順利完成重載試車[1]。

2 筒倉儲煤工藝介紹

黃驊港三期工程是一個設計年吞吐量為5 000萬t的大型煤炭裝卸碼頭。煤炭接卸采用2線4翻O型翻車機，額定能力為7 680 t/h；碼頭配置4臺8 000 t/h全回轉裝船機完成煤炭的裝船作業。堆場采用24座筒倉群代替露天堆場進行煤炭的臨時中轉堆存。圖1為黃驊港三期工程工藝流程圖。

圖1 黃驊港三期工程工藝流程示意圖Fig.1 Process flow diagram of coal term inalphase-3 projectof Huanghua Port

如圖1所示，24座筒倉按4行6列方式布置，同一行的筒倉隸屬于同一作業流程，由1臺卸料小車負責完成筒倉的裝載作業。筒倉直徑為40 m，高度為42 m，混凝土結構，煤炭容重按0.85 t/m3計算，每座筒倉的儲存量約為3萬t。

翻車機卸下的煤炭，經過皮帶機轉接提升，到達倉頂BD皮帶機，通過倉頂卸料小車CT將煤炭卸入指定的筒倉內。每行筒倉布置1臺卸料小車，共計4臺。為充分利用倉容，卸料小車可以通過行走往復卸料和定點卸料兩種工藝模式進行卸料作業。在控制模式上，卸料小車既可以就地操作，也可以實現遠程無人自動卸料作業[2-4]。卸料小車額定能力為8 000 t/h。

倉底采用活化給料機方式進行卸煤作業。活化給料機利用氣動方式調節可變力輪來控制出料量。活化給料機有一定的活化作用，能夠降低出料口物料板結；同時通過內部機械結構使其停止工作時具有鎖煤作用。

黃驊港三期工程每行筒倉下平行布置2條4 000 t/h的皮帶輸送機，每座筒倉共設置6臺活化給料機，同一行3臺活化給料機對準其中1條平行皮帶機給料。活化給料機設計能力為200～1 350 t/h連續可調。圖2為筒倉裝卸料工藝布置及作業監控。3 筒倉安全監護措施圖

筒倉儲煤，安全生產作業是第一要素，防止煤炭自燃爆炸是至關重要的[5]。根據黃驊港已建港口使用情況，煤炭平均在港的周期為3.5 d，周轉比較快，而同樣的煤種在一些電廠同類筒倉中最長儲運周期達到1.5個月，從理論和實際應用上三期工程采用筒倉儲煤是安全的。但為防止意外發生，在工藝流程設計上專門配置了1條倒倉流程，圖1中BZ皮帶機即為應急倒倉線，當檢測到筒倉煤溫過高時，即啟動倒倉作業流程，將該筒倉內問題煤炭倒運至露天堆場進行處理。

為保證筒倉安全，三期工程中，筒倉配置了溫度、料位、有毒有害氣體等各種保護監測裝置，這些信號被PLC系統采集、計算分析后顯示在操作員監控站上，可以實時監控筒倉的各種狀態，保證生產作業的安全。圖3為筒倉安全監控畫面。

3.1 溫?度檢測

溫度檢測是筒倉安全的一個重要環節，為此系統設置了3種方式對進倉、倉內及出倉的煤炭進行溫度實時監測。

圖2 筒倉裝卸料工藝布置及作業監控Fig.2 Layoutand operationmonitoring of filling and dischargingmaterials in silo

圖3 筒倉安全監控畫面Fig.3 Silo safetymonitoring

每座筒倉設置6套鋼纜測溫設施，可以動態測量筒倉內煤層溫度。測溫元器件采用鎧裝熱電偶型式，外部纏繞不銹鋼鋼絲繩，每根測溫鋼纜的長度為30 m，測溫點依據筒倉儲煤情況布置范圍在0～25m間，按5m一個分層實時檢測煤層溫度，測溫范圍為0～+200℃。溫度報警值設置為80℃，當系統監測到任一點的溫度超過80℃時，即發出報警信息。同時在筒倉出倉口錐體與圓柱體結合容易集煤部位，設置有6套PT100測溫元器件，測溫范圍為-50～250℃。若監測到倉內及出倉口溫度異常，監控系統發出報警，提醒操作人員注意，需要時啟動應急倒倉流程，將溫度過高煤炭倒運出筒倉。

為控制進倉煤炭的溫度，在進倉前的皮帶輸送機BF上設計有紅外熱成像儀，動態測量翻車機翻卸下準備進倉煤炭溫度高低，如果溫度異常，將停止或改變流程作業，不將溫度異常煤炭輸入至筒倉。

3.2 料位檢測

料位檢測依據測量方式不同有2種：雷達物位計和水銀傾斜開關，依據安裝方式不同，有安裝在筒倉上和卸料小車上2種形式。

每座筒倉設置6套雷達式料位計并與6個出料口相對應，可以進行連續料位測量。控制系統根據6套雷達料位計反饋信號，結合筒倉容積、煤種及安息角，生成筒倉料位分布圖，用以指導卸料小車卸料作業和活化給料機的出料作業，保證筒倉容積利用率和倉內物料均勻分布；同時在卸料小車的卸料溜槽部位也安裝有2套雷達物位計，檢測卸料小車落料點料位精確高度。

每座筒倉設置8套水銀式高料位檢測開關，與雷達物位計一起對超高料位進行檢測，并與進煤筒倉皮帶輸送機聯鎖，在高料位狀態下急停進倉作業流程，防止溢倉。

3.3 紅外式可燃氣體濃度監測系統

每座筒倉設有2套有毒、有害氣體監測設備，分別用于監測筒倉內部的一氧化碳氣體、可燃氣體的濃度，并上傳至控制系統。

一氧化碳氣體監測設備采用電化學方式，對筒倉內部空氣中所含有的一氧化碳氣體進行監測。當設備監測一氧化碳氣體濃度達到低報警設定值時，即發出報警信號。可燃氣體監測設備采用紅外光譜分析的方式，對空氣中所含有的可燃性氣體進行監測，當設備監測可燃氣體濃度達到低報警值時，發出報警信號。監控系統接到報警信號后，自動聯鎖啟動筒倉頂部防爆排風機，排風機將倉內氣體向外界排放，起到降低可燃氣體濃度的作用。

3.4 煙霧濃度監測及消防裝置

在筒倉頂廊道上部設置煙霧濃度測量裝置，每個倉上部設置1套，共計24套。煙霧濃度測量裝置報警信號傳輸給監控系統，同時每排筒倉頂部設有10套消防炮及與皮帶機系統相隔離的消防水幕。上述系統設備由控制系統集中控制，出現異常情況時可實現系統自動聯動。圖4為筒倉區消防監控作業畫面。

圖4 筒倉區消防監控Fig.4 Fire-fightingmonitoring of silo

3.5 空氣炮防堵措施

為防止筒倉儲煤起拱，保證物料的流動性，每座筒倉設置有6套空氣炮，空氣炮安裝在筒倉下部與出料口錐體結合部，可以實現本地和遠程控制操作。

4 優勢比較

黃驊港三期工程采用筒倉工藝，在環保、節能及減員增效方面都有突出的表現。

4.1 環保

大型筒倉群代替露天堆場，節約了土地資源。每座筒倉設計煤炭裝載容量為3萬t，24座筒倉可實現72萬t的中轉量，占地面積比同等容量的露天堆場減少約1/2。同時筒倉區代替露天堆場不但消除了煤炭露天堆放時煤塵的產生，而且最大程度地減少了卸料、取料生產作業環節中粉塵的產生，在環保方面有無可比擬的優勢。

4.2 節能

筒倉工藝的變革帶來生產作業方式的提升，傳統的堆料機和取料機裝卸設備由卸料小車和活化給料機取代。1臺堆料機裝機容量為800 kW，而對應的1臺卸料小車裝機容量僅為90 kW；1臺取料機裝機容量約為1 000 kW，而對應同等工藝配置的活化給料機為112 kW。同時由于活化給料機的使用，可以自動精確調整給煤量，使取料裝船作業線采用變頻系統進行皮帶機輸送速度調節來實現不同的運量需求成為可能，節約了電能，降低了能源消耗；同時變頻系統可以在一定程度上提高啟動轉矩，延長啟動時間，減少對機械設備沖擊，提高設備的使用壽命。初步估算，實現黃驊港三期5 000萬t的吞吐量，每年可節約電能2 871萬kW·h。

4.3 減員增效

黃驊港三期工程設計年吞吐量為5 000萬t，按2條卸車堆料作業線配置實現5 000萬t的卸火車能力，取料裝船作業線按碼頭4臺裝船機配置，完成1 a 5 000萬t的裝船任務。若按傳統露天堆場設置，需配置堆料機、取料機堆場裝卸設備，堆料機和取料機作業每臺機每班需配置2名作業人員，按三班制輪流值班，則黃驊港三期工程每班工作堆料線需按2條作業線配置，取料裝船線按4條作業線配置，則應為堆料機、取料機配置作業人員為2×2×4+4×2×4=48人。

筒倉工藝模式，由卸料小車、活化給料機代替了堆料機和取料機的功能。卸料小車和活化給料機控制方式簡單，可以實現遠程的無人自動作業，因此相比傳統露天堆場，可節省人員48人。

5結語

散貨港口采用筒倉儲煤方式代替露天堆場是近年港口行業適應環保要求做出的有益實踐，黃驊三期工程的順利投產應用除證明其環保方面明顯優勢外，在簡化作業模式、節約電能、減員增效、節約土地資源方面也體現了突出的特點。但由于煤炭為易燃物品，筒倉儲煤安全性方面的監控措施還需要在今后的生產實踐中進一步探索和驗證。

[1]邢軍，劉仲松.淺談黃驊港煤碼頭三期工程中儲煤筒倉的應用[J].港工技術，2012，49（6）：11-14.XING Jun,LIU Zhong-song.Application of coal silos in coal terminal phase-3 project of Huanghua Port[J].Port Engineering Technology,2012,49(6)：11-14.

[2] 郭湛.火電廠貯煤筒倉安全監測系統的研究與設計[J].節能技術，2005（5）：414-416.GUOZhan.Research and design for the safetymonitoring system of coal-silo ofpower plant[J].Energy Conservation Technology,2005(5)：414-416.

[3] 李云軍.封閉式堆場煤炭碼頭物流系統建模與分析[D].武漢：武漢理工大學，2007.LIYun-jun.Modelingand analysisof closed yard coalwharf logisticssystem[D].Wuhan：Wuhan University of Technology,2007.

[4]唐穎.基于專業配煤功能的環保型煤炭碼頭關鍵生產策略研究[D].武漢：武漢理工大學，2009.TANG Ying.Key production strategy of environmental coal terminal with professional coal blending function[D].Wuhan：Wuhan Universityof Technology,2009.

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