封閉式圓形煤場儲量研究

于喜文（遼寧大唐國際沈東熱電項目籌備處，遼寧 沈陽 110001）

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封閉式圓形煤場儲量研究

于喜文
（遼寧大唐國際沈東熱電項目籌備處，遼寧 沈陽 110001）

摘 要：對于圓形煤場的儲煤量，目前較多采用估算的方式，與實際的誤差很大，其對圓形煤場尺寸的確定有很大的影響。通過對圓形煤場的堆煤方式、原理進行分析，合理確定圓形煤場煤堆的邊界條件。本次利用計算機CAD、三維建模，對各尺寸系列的圓形煤場進行了儲量計算，為工程設計提供參考數據，以進一步推進圓形煤場的廣泛應用。

關鍵詞：封閉；煤場；儲量；研究

封閉式圓形煤場的結構由鋼結構網架屋蓋和環形鋼筋混凝土側墻組成。圓形煤場的堆取煤作業由專門的圓形煤場堆取料機來完成，其主要組成部分為：中心柱及下部的圓錐形煤斗、堆料機、取料機、振動給煤機、緊急事故煤斗、電氣設備以及控制系統等。

一、封閉式圓形煤場煤堆基本參數的確定

圓形煤場的儲煤量主要是由煤的平均堆積密度、煤場堆積系數、自然堆積角、中心煤斗上口直徑、煤場地面傾斜角、煤場的直徑、煤場側墻的高度以及堆料機回轉堆料范圍等參數確定。

1 堆積密度及堆積系數

由于國內火力發電廠運煤系統中，圓形煤場尚未大范圍的采用，在計算其儲煤量時，對于煤場堆積系數、平均堆積密度等還沒有明確的規程規定要求。普通斗輪堆取料機煤場或橋抓煤場在堆煤范圍難以形成規整的煤堆，煤堆成形性不好，充滿性差；并且堆高只能達到10m～14m左右，煤壓低，煤堆松散。從圓形煤場的堆煤方式以及形成的煤堆形狀來看，由于是采用堆料機沿圓周方向均勻堆煤，煤堆規整，成形性良好；堆高可達20m～30m，場內儲煤基本已自然壓實。因此，圓形煤場的堆煤情況基本類似于大型筒倉，其平均儲量體積比應高于普通煤場，本次按0.85t/m3計算儲煤量，若儲存褐煤，該系數應適當的降低。

2 自然堆積角

參考國內外各工程的設計及實際情況，煤堆自然堆積角一般約為40°左右，本次研究計算按38°取值。

3 中心煤斗上口直徑

經過對國內外主要圓形煤場堆取料機調研及與制造廠商多次技術交流，和對各家設備資料的研究，中心煤斗上口直徑一般約為7.5m～8.5m左右，本次研究計算按8m取值。

4 煤場地面傾斜角

根據圓形煤場的布置特點，既要考慮煤場的排水坡度，還要盡量減少地下隧道的深度，減少土建造價較昂貴的地下部分，煤場地面按中心柱處比側墻處高5m設計。并且經分析，在相同擋墻高度情況下，采用中心柱處抬高5m作斜地面與水平地面相比，其煤堆的截面面積更大，即儲量更大。

5 煤場的直徑

圓形煤場的直徑一般由電廠的場地條件、總平面布置及電廠儲煤量要求確定。目前煤場規格一般為直徑75m～130m。本次研究按100m、110m和120m等3種較常規的直徑系列進行分類計算。

6 煤場側墻處堆高

根據圓形煤場的堆煤原理，側墻的高度一般由儲煤量及場地基礎條件決定。在側墻處的堆高，一般低于側墻0.5m～1.5m。相同直徑條件下，側墻做的越高，煤場儲量越大，煤堆頂部堆高亦越高。但側墻越高，承受的煤堆側壓力越大，土建造價高。120m直徑圓形煤場側墻現最高做到20m高，側墻處堆高18.5m，若無特殊要求一般不宜過高地增加側墻高度。

7 煤場回轉堆料范圍

圓形煤場的堆料范圍可根據要求采用以下三種方式：

（1）堆料機按360°范圍堆煤，煤場地面不留進出通道。這種方式是指圓形煤場360°范圍均可堆煤，煤場地面無固定的人員或設備進出通道，這樣可最大限度地利用煤場場地儲煤，有效減少煤場直徑或降低堆料機及煤場側墻的高度，工程投資最省。人員可通過運煤棧橋或地下隧道由中心柱進出煤場。在側墻四周多處需設置設備進出大門，平時采用大枕木封門，當設備器械等需進出煤場時再根據當時煤堆取空位置情況，拆開相應的封門進出。當采用門式取料機時，人員還可通過扶梯到環形側墻頂部，經門架上的走道進出煤場。

（2）在圓形煤場側墻上設置一個進出大門，煤場地面留有進出通道，以底部煤堆相切確定堆料機堆煤范圍。從大門到中心柱之間始終不堆煤，堆煤體積損失較大。堆料機作業范圍約為220°～230°左右。

（3）在圓形煤場側墻上設置一個進出大門，在側墻大門處不堆煤，留出進門空間，人員和檢修設備可通過大門自由出入，大門至中心柱的通道上有部分煤堆。正常運行時，人員越過部門煤堆可達到堆取料機中心柱，運行、檢修進出較為方便，煤堆體積有部分損失。堆料機作業范圍約240°～245°。

第1種堆煤方式：采用360°范圍堆煤，煤場儲煤量最大。但由于煤場地面沒有人員及設備的進出通道，安裝、調試、檢修維護等工作不方便，電廠今后的運行管理難度較大。

第2種堆煤方式：由于煤場通道上始終不堆煤，人員及設備進出很方便，易管理，但其儲煤量損失最大。

第3種堆煤方式：在相同直徑、儲煤量相同的情況下，煤場側墻可比第2種方式降低約2m～3m。雖然在煤場通道上有一定的堆煤，但對人員進出無影響，當大設備需要進出時，可用推煤機進行局部鏟煤處理，對檢修維護及運行管理影響不大，儲煤量損失較少。

因此，以第3種堆煤方式的堆煤范圍作為圓形煤場儲量計算的邊界條件是較為合理的。本次研究亦是按此邊界條件對各種直徑、側墻高度進行煤場儲量計算，堆料機作業范圍為242°左右。

二、建立圓形煤場煤堆數學模型

根據對圓形煤場煤堆形狀特性的研究，其煤堆是由一多邊形截面繞煤場中心旋轉而成的三維幾何體。該截面的上部斜線是由煤的自然堆積角確定的，外側垂線是由側墻確定，下部斜線是由煤場的地面線確定。煤場兩端的煤堆是由點堆料形成的圓錐。

1 根據煤場地面線、側墻線、煤自然堆積角創建煤場斷面封閉外形線，并創建成面域。利用三維旋轉創建實體的方法，以圓形煤場中心為旋轉軸線，按要求的旋轉角度旋轉創建三維煤堆體。

表1 直徑100m圓形煤場儲量表

表2 直徑110m圓形煤場儲量表

表3 直徑120m圓形煤場儲量表

2 在煤場兩端頭以煤自然堆積角創建圓錐體，錐體頂點與煤場端頭頂點重合，錐體高度應大于煤場堆高。

3 將煤場斷面360°旋轉創建封閉三維煤堆體，利用三維實體布爾運算將360°封閉煤堆體與兩端的圓錐體進行求交運算，得到煤場兩端頭的煤堆體。

4 利用三維實體布爾運算將煤場兩端頭的煤堆體與煤堆體進行求并運算，即可獲得要求的圓形煤場煤堆模型。

5 根據圓形煤場直徑系列和側墻系列分別對不同參數的煤堆創建三維數學模型。

三、計算圓形煤場煤堆模型體積及儲煤量

對創建的各三維數學模型，利用AutoCAD的體積計算命令精確計算模型體積，列出各種煤場的外形尺寸、體積參數表。按照0.85t/m3儲量體積比，計算煤堆的儲煤量，列出各種煤場的儲煤量，詳細情況見表1～表3。

由于圓形煤場的選擇與場地布置面積、基礎條件、儲量要求等多方面因素有關，在圓形煤場的具體設計過程中，煤堆的邊界條件也不盡相同，因此在優化設計過程中應根據工程的實際情況多種直徑、側墻高度組合方案進行分析，并進行三維建模儲量計算。經過技術經濟比選，確定設計儲量合理、工程投資節省的最優方案。

參考文獻

［1］金建華，沈建軍，龔福，等.封閉式大儲量圓形煤場儲煤自燃分析及處理［J］.電力與能源，2014（5）：620-623.

中圖分類號：TM621

文獻標識碼：A