寧夏棗泉發電有限公司運煤系統設計特點

錢錫銘

(浙江省電力設計院，杭州　310012)

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寧夏棗泉發電有限公司運煤系統設計特點

錢錫銘

(浙江省電力設計院，杭州310012)

寧夏棗泉發電有限公司是浙江省能源集團有限公司旗下第1個采用兼有底開車鐵路卸煤溝與汽車卸煤溝、條形斗輪堆取料機折返式全封閉煤場、燃料智能管控系統、曲線落煤管、干霧抑塵裝置、脫硫廢水進行煤場噴淋、可控機械軟啟動裝置且處于高寒地區的大型火力發電廠，介紹了其運煤系統的設計特點，并指出了今后大型火力發電廠運煤系統設計應注意的問題。

卸煤溝；全封閉煤場；燃料智能管控；采暖；曲線落煤管；干霧抑塵；脫硫廢水；可控機械軟啟動

1　電廠情況概述

寧夏棗泉發電有限公司位于寧夏回族自治區銀川市東南55 km、靈武市東22 km處的寧東能源化工基地靈州綜合工業園區。設計煤種為寧東煙混煤，校核煤種為煙混煤。燃煤運輸采用鐵路+公路運輸方式。年需煤336.6萬t，其中256.6萬t為鐵路來煤，80.0萬t為汽車來煤。鐵路燃煤由寧東煤田的鴛鴦湖礦區和馬家灘礦區供應，汽車來煤煤源為電廠周邊煤窯。該電廠耗煤統計見表1。

表1　耗煤統計

2　運煤系統主要設計參數

運煤系統按2×660 MW機組容量設計，并留有擴建條件。

鐵路來煤采用底開門車縫式煤槽卸煤方案，火車卸煤溝設11個車位，容量約為3 000 t，縫式煤槽下配置單路帶式輸送機，帶寬b1=1 200 mm，帶速v1=2.8 m/s，出力qm1=1 200 t/h，帶式輸送機上配置2臺葉輪給煤機，其出力為600～1 500 t/h。

設置1座5個卸車位的縫式煤槽汽車卸煤裝置作為公路運輸接卸設施，縫式煤槽下配置雙路帶式輸送機，帶寬b2=1 200 mm，帶速v2=2.8 m/s，出力qm2=1 200 t/h，每路帶式輸送機上各配置1臺葉輪給煤機，其出力為600～1 500 t/h。

采用1座條形斗輪堆取料機折返式全封閉煤場[1]，總儲煤量約12.4 萬t，滿足2×660 MW機組10 d的耗煤量。斗輪堆取料機堆料能力與取料能力均為1 200 t/h，懸臂長度為35 m。煤場旁的汽車卸煤溝作為斗輪堆取料機故障時的事故煤斗。

卸煤系統與上煤系統均采用帶寬b3=1 200 mm，帶速v3=2.8 m/s，出力qm3=1 200 t/h的帶式輸送機。

運煤系統設置2臺出力為1 200 t/h的滾軸篩和2臺出力為800 t/h的環式碎煤機。運煤系統設備采用分散控制系統(DCS)，可實現就地控制。在重要部位設置了工業電視攝像頭，用于監測設備運行狀況，同時還設置有燃料智能管控系統[2-3]。

所有建筑物考慮高寒地區采暖，所有落煤點均采用曲線落煤管[4]與干霧抑塵[5]技術，利用脫硫廢水[6-7]進行煤場噴淋，部分帶式輸送機采用可控機械軟啟動(CST)裝置[8-9]。

3　運煤系統的設計特點

該電廠是浙江省能源集團有限公司旗下第1個采用兼有底開車鐵路卸煤溝與汽車卸煤溝、條形斗輪堆取料機折返式全封閉煤場、燃料智能管控系統、曲線落煤管、干霧抑塵裝置、脫硫廢水進行煤場噴淋、CST裝置且處于高寒地區的大型火力發電廠，其特點如下。

3.1兼有底開車鐵路卸煤溝與汽車卸煤溝

容納11個車位的火車底開門車縫式煤槽卸煤溝承擔76%的卸煤任務，容納5個卸車位的縫式煤槽汽車卸煤溝承擔24%的卸煤任務，鑒于電廠周邊煤窯甚多，汽車卸煤溝尚有卸煤裕量，為電廠燃用更多周邊煤窯的煤炭留有余地。

3.2采用條形斗輪堆取料機折返式全封閉煤場

采用全封閉煤場已是發電企業共識，國內的全封閉煤場主要為條形、圓形、筒倉全封閉煤場。該電廠采用條形斗輪堆取料機折返式全封閉煤場，占地面積大，投資較其他形式煤場少，煤場內煤炭分堆，符合消防要求。

3.3采用燃料智能管控系統

燃料智能管控系統是1套獨立運行的系統，有專屬的軟件和硬件設備，系統機房最終設在燃料綜合樓，通過光纜接入該電廠局域網。該系統是電廠信息系統的一個獨立組成部分，可與企業資源計劃(ERP)系統的數據集成，并能夠實現與上級公司燃料管理系統的集成。

3.3.1智能管控系統內容

3.3.1.1硬件

(1)入廠汽車煤無人值守自動計量、采樣等所需設備。

(2)存查樣間、煤制樣間、燃料管控中心等處所需的標準化設備。

(3)入廠煤信息網絡系統建設涵蓋硬件(網絡布線、交換機、無線訪問節點等)。

(4)數字化煤場建設所需設備。

(5)門禁、監控等其他必需硬件配置，要求能實現煤車從入廠到計量、采樣、制樣、化驗等整個流程全程監控，無死角。

(6)全自動制樣機將樣品傳輸至煤樣存查樣間和化學試驗室時所需的輸送系統。

(7)火車取樣、汽車取樣及帶式輸送機入爐取樣裝置的集樣罐，由系統自動生成一級編碼，在集樣罐上形成電子標簽。智能管控系統硬件包含電子標簽與相應設備接口處理的軟、硬件設施。

(8)制樣間傳統制樣設備。

3.3.1.2軟件

軟件包括軟件調運管理、入廠燃料驗收管理(含數量驗收和質量驗收，質量驗收包含采樣、制樣、化驗編碼及化驗數據管理、存查樣管理等)、接卸管理等。

3.3.1.3應用軟件

數據庫軟件采用Oracle，備份軟件采用EMC NetWorker。

3.3.1.4系統業務流程

燃料智能管控系統業務流程如圖1所示。

圖1　燃料智能管控系統業務流程

3.3.2燃料智能管控系統目的

智能管控系統將電廠燃料管理涉及的設備、流程和信息進行集成，依托計算機網絡等先進手段進行管理，達到以下目標。

(1)通過燃料智能管控系統控制及協調，保證燃料系統采樣、制樣、化驗工作自動有序地進行，減少人為干涉；自動控制采樣機、汽車衡等驗收設備，設備工作流程不能隨意修改，減少人工操作的項目、頻次，提高工作效率，減少人為影響；降低人力成本，提高管理效率和管理質量。

(2)驗收業務流程公開、透明、可追溯，防止作弊使假的發生，減少管理漏洞，減少煤炭供需雙方的矛盾。系統直接和驗收的儀器設備相連，現場實時采集、自動處理各種數據，減少手工抄錄環節，且數據不能隨意修改，提高數據的準確性、安全性和透明度。

(3)實現燃料管理業務的整合與內部數據資源的高度共享。決策層能實時了解基礎數據，調整、控制燃料的采購、存儲計劃；依據完善的統計報表、科學的分析模型，為管理部門的數據對比和管理決策提供輔助支持；以精細化管理來實現降本增效。

(4)對所有工作點視頻監控，設立視頻監控中心，記錄驗收過程的所有工作，并提供遠程監察，形成完善的監控網。監控中心采用大屏幕工業顯示器作為顯示終端。

3.4高寒地區采暖

運煤系統所有建筑物、拉緊間、棧橋、煤水處理間均設置采暖，采暖熱媒采用高溫熱水，散熱器采用鋼排管散熱器。對于多層建筑，底層設置較多的鋼排管散熱器，樓層越高，散熱器越少；對于傾斜棧橋，棧橋兩側均布置散熱器，下半段可設上、下2排散熱器，上半段只設1排散熱器；對于通道設防寒門，窗玻璃采用中空玻璃，規格不低于5 mm×9 mm×5 mm。

3.5所有落煤點均采用曲線落煤管

帶式輸送機頭部漏斗及護罩、全封閉導料槽均屬于曲線落煤管的范疇，優化轉運點落煤管布置，達到減少噪音、減少磨損、粉塵達標的目的。

3.5.1曲線落煤管

曲線落煤管總體設計從頭部集流罩開始，頭部集流罩設計成一體流線式。煤流的收集從頭部開始，此處的沖擊角度小于20°。整個曲線落煤管首先應能保證物料的匯集，其次要保證煤流的減勢(能)輸送。在設計軟件顯示的曲線上應能夠看出煤流下落的速度隨著曲線落煤管高度的降低而遞減，通過控制煤流下落速度和角度來減小料流對落煤管壁沖擊的角度和力度，減少誘導風和粉塵的產生。曲線落煤管應達到控制物料流動軌跡和流動速度的目的，結合落差的大小設置誘導風抑制系統和緩沖物料沖擊系統，因此，所有曲線落煤管在取消使用鎖氣器時要配有1套行之有效的給料匙。給料匙具備緩沖物料、導流物料、居中物料、保護膠帶四大功能，可以避免采用傳統落煤管時直接落料對受料膠帶造成沖擊。曲線落煤管的設計要求保證所有落料點處于接料帶式輸送機落料點的中部，避免因落料點的偏移導致帶式輸送機跑偏。

曲線落煤管通過曲線控制煤流的下落軌跡，使煤流在整個下落過程中基本都貼著管壁，所以在曲線落煤管內，煤流經過處均應設置耐磨襯板。非沖擊和非磨損面采用8 mm厚Q235材料，沖擊磨損面采用耐磨陶瓷襯板制作。耐磨陶瓷襯板采用耐磨陶瓷磚直接粘貼的方式，陶瓷中Al2O3質量分數在97%以上，莫氏硬度在9以上，密度在3.6 t/m3以上，壓縮強度不小于2.5 GPa。耐磨陶瓷磚采用冷粘+螺栓緊固雙重固定工藝。耐磨陶瓷磚的規格為200 mm×200 mm×25 mm，200 mm×100 mm×25 mm，100 mm×100 mm×25 mm，100 mm×50 mm×25 mm。其黏結及布置工藝如圖2所示，黏結劑采用澳洲進口環氧樹脂膠水(澳洲美高寶)。陶瓷內襯應保證光滑順暢、耐磨損、抗沖擊力強、易安裝且陶瓷面不易脫落，襯板厚度不小于25 mm。

圖2　耐磨陶瓷襯板黏結工藝及布置工藝

對所有落煤管出口長期受沖擊的部位，采用的耐磨鋼板為12 mm厚的Q235普通鋼板上面復合14 mm厚的高鉻合金鑄鐵材料，復合板表面硬度為HRC60，鉻的質量分數超過35%，耐磨鋼板總厚度為26 mm。

曲線落煤管出口采用向前擴容設計，使物料的滑落方向與帶式輸送機的運行方向一致。曲線落煤管給料匙兩側要求深入導料槽內側并配有導流擋板和防堵料裝置，導流擋板離空載膠帶面不小于150 mm，落煤管的截面形式應結合不同轉運點落差大小進行設計。

3.5.2全封閉導料槽

雙密封全封閉導料裝置主要由4部分組成，即雙密封導料槽、泄壓器、擋塵簾和S形阻尼簾。

雙密封導料槽取消側托輥，改用超高分子量聚乙烯滑板與短托輥代替，使膠帶得到連續支撐，運行中不會因凸凹不平而產生漏粉通道。由于保留的底部水平托輥承擔了物料的大部分重量，使側面膠帶與滑板之間既減少了摩擦力，又形成了密封。帶式輸送機導料槽采用雙密封導料槽，每節導料槽長度為1 500 mm；滑板用厚20 mm的聚乙烯超高分子量耐磨板制作，超高分子量大于900萬。

在導料槽兩側內部裝設特制的雙層防溢裙板，既防止導料槽內粉塵外泄，又阻止膠帶撒料。防溢裙板的接觸摩擦面鑲有高分子聚氨酯滑條，并做成1個整體，長度與導料槽的總長基本相同。防溢裙板安裝在裙板支架上，裙板支架上設有裝卸滑道，便于檢修和更換。

設在導料槽上各隔離區的多道擋塵簾，將通過的粉塵吸附在膠條上并抖落在膠帶上，從而加強了無動力自降塵的作用。每臺導料槽擋塵簾應按現場要求進行設計、配置，尾部不少于2道，每個落料點前方不少于2道。每個擋塵簾均為可升降式，且采用耐磨、阻燃、抗老化聚氨酯合成膠料制成，單條直徑為5～6 mm，每組擋塵簾不少于6層。擋塵簾兩側應安裝滑槽，阻擋粉塵外溢。

在每道升降式靜電吸塵擋簾前方設置阻尼簾，含塵氣流呈S形運動，降低風能，延長沉降距離，并將過大壓力的氣體通過緩沖的方式從吸塵擋簾排出，使粉塵落到阻尼簾及吸塵擋簾內側。阻尼簾不低于6道，材質為柔性、耐磨、抗老化、阻燃材料。

3.6所有落煤點均采用干霧抑塵裝置

曲線落煤管與干霧抑塵裝置聯合使用，確保落煤點的粉塵質量濃度小于5 mg/m3。干霧抑塵裝置由以下幾部分構成。

3.6.1設備室

每套干霧抑塵裝置都設置有設備室，干霧主機、全自動凈化過濾器、空氣壓縮機、增壓水泵、可編程邏輯控制器(PLC)電控系統、控制箱等均布置在設備室內。設備室采用全封閉結構，室內設置照明、插座等設備，具備防曬、隔熱、通風、防塵、地面排水等功能。

干霧抑塵裝置通過電磁閥、流量調節閥分配箱實現水、氣與干霧噴嘴的連接，并根據現場情況實現噴霧量的調整，可在管路氣壓低于工作氣壓時截斷水流。干霧抑塵裝置可以給輸送系統提供噴霧、停止噴霧、氣壓低、水壓低等開關量設備運行狀態信號。

干霧抑塵裝置投產后，單個轉載點耗水量與輸煤量的質量比小于0.1%，增加耗水量與輸煤量的質量比小于0.1%。

3.6.2干霧主機

每套干霧抑塵裝置需根據不同的除塵工況要求選擇適用且能耗少的干霧主機。干霧主機外殼采用不銹鋼316材質，壁厚不小于2 mm。干霧主機由電磁閥、流量調節閥、水氣分配系統、PLC電控系統組成，防護等級為IP55。干霧抑塵裝置的PLC與輸煤DCS協調配合，操作人員可以通過觸摸屏或文本顯示器調整設備噴霧時間。

根據主設備運行要求以及噴霧點的設置，干霧主機采用水氣分配系統。水氣分配系統應具有可靠的安全防護裝置，由管道傳輸的壓縮空氣和水經水氣分配系統調定輸出不同的壓力和流量。

3.6.3供水系統

水源壓力為0.5～1.2 MPa，在每套干霧抑塵裝置用水母管上接壓力表和流量計。

每套干霧抑塵系統均需配置不少于2道水過濾器，1道全自動凈化過濾器。其中一道水過濾器設置在水源接入點后，另一道設置在干霧主機水氣分配系統前。全自動凈化過濾器可根據水質進行二級過濾，一級過濾主要過濾掉75%的雜質，再經過二級過濾，使最終水質濁度不大于5 NTU，且具有自動反沖洗程序和自動排污功能，排污時不影響供水系統正常供水。

在全自動凈化過濾器后設置儲水箱和增壓泵。增壓泵選用臥式多級離心泵，儲水箱采用不銹鋼材質，下設排污閥。為保護增壓泵，儲水箱需配置水位計，低于保護水位則增壓泵停止工作，并報故障。

3.6.4供氣系統

干霧抑塵裝置所用壓縮空氣應集中供給。供氣系統包括空氣壓縮機、輸送壓縮空氣管道及儲氣罐。在每套干霧抑塵裝置用氣母管上接壓力表和流量計。

壓縮空氣應經除油、除水等凈化處理，并安裝空氣過濾器。每個轉運站或碎煤機室均需布置1套螺桿式有油空氣壓縮機，為箱式結構，其供氣量和壓力應滿足干霧抑塵系統連續工作的需要。空氣壓縮機排氣溫度≤100 ℃。

結合各干霧抑塵裝置所需用氣量和空氣壓縮機的產氣量來確定壓縮空氣儲氣罐的容積，并配置安全閥、壓力表、自動排污裝置等。在儲氣罐前、后設置除油過濾器和粉塵過濾器，以確保進、出儲氣罐壓縮空氣的品質。

3.6.5霧化噴射裝置

霧化噴射裝置安裝于帶式輸送機、碎煤機、滾軸篩落煤管，帶式輸送機尾部導料槽、頭部滾筒、尾部改向滾筒及張緊改向滾筒等適合位置。

根據每個抑塵點的粉塵情況選擇噴射射程和口徑合適的噴嘴。噴嘴應采用不銹鋼材料制作，并設計有自清理按鈕。干霧與粉塵顆粒相互接觸、碰撞，使粉塵顆粒相互黏結、凝聚變大，并在自身重力的作用下沉降進入到物料中，以達到抑塵的作用。

干霧抑塵裝置安裝完成后，應進行靜水壓試驗并沖洗管道，試驗按照GB 50242—2002《建筑給水排水及采暖工程》中規定的給水管道檢驗方法，確保噴嘴噴出的水霧顆粒粒徑為1～10 μm。

干霧抑塵裝置除塵率不低于95%，粉塵測定方法符合GBZ/T 192.1—2007《工作場所空氣中粉塵測定》要求，除塵后粉塵發生場所周圍的空氣質量應滿足GB 20426—2006《煤炭工業污染物排放標準》的要求。

系統應設計合理的耗水量，避免多余的干霧飛散后凝結成水，產生水的二次污染。干霧抑塵裝置耗水量一般不超過起塵物料總質量的0.05%，單只噴嘴的最大耗水量性能保證門檻值≤0.55 L/min，性能保證值≤0.3 L/min，單只噴嘴的耗氣量不大于0.21 m3/min，空氣壓縮機須確保儲氣罐內壓力≥0.7 MPa。

火車卸煤溝葉輪給煤機在T-1轉運站設置干霧抑塵裝置，噴嘴隨葉輪給煤機同步行走，單獨設置水管、汽管的行走軌道，軌道設在葉輪給煤機上方(煤斗下方)。配供2套水纜，每套長度約200 m。火車卸煤溝(地上部分)兩端設置干霧墻，從頂部及兩側噴干霧，兩端門洞尺寸約為12 m×10 m，每個門洞設置60只噴嘴，保證煤塵不外溢。

汽車卸煤溝葉輪給煤機在汽車卸煤溝除塵室設置干霧抑塵裝置，噴嘴隨葉輪給煤機同步行走，單獨設置水管、汽管的行走軌道，軌道設在葉輪給煤機上方(煤斗下方)。配供2套水纜，每套水纜長度約50 m。在汽車卸煤溝屋頂下方(地上部分)設置干霧抑塵裝置，配供5套車位傳感器。每個車位約為7 m×12 m，每個車位設置21只噴嘴。

汽車卸煤位進車口應設橡膠卷簾門，該門能上下升降，待重車進車位后將卷簾門降下，防止大風對干霧抑塵效果產生影響。

3.7利用脫硫廢水進行煤場噴淋

電廠的脫硫廢水很難回收利用，后續處理費時費錢，煤場噴淋采用脫硫廢水解決了電廠的難題。為防止脫硫廢水腐蝕管路與閥門，噴淋系統加設了工業水反沖洗。

脫硫廢水中懸浮物質量濃度≤70 mg/L，Cl-質量濃度≤20 000 mg/L，溶解固形物質量濃度≤35 000 mg/L。

母管上的電動蝶閥帶有過流過載保護，每只噴槍采用進口電動閥控制，能滿足使用脫硫廢水的要求，噴槍選用尼爾森牌。因該工程噴槍所用水為脫硫廢水，噴槍過水面需進行硬質陽極氧化處理。

煤場噴淋裝置采用程序控制和就地手動控制相結合的方式，煤場設置1個控制箱。程序控制通過PLC實現，噴灑時間可任意設定。

3.8部分帶式輸送機采用CST裝置

對帶式輸送機而言，CST裝置主要分為3類：變頻設備，常規驅動裝置外配電氣CST裝置，帶濕式離合器CST裝置。變頻設備適合于頻繁變速的場合，配置液力偶合器后，在軟啟動階段電機轉速偏低，功率傳遞不足；常規驅動裝置外配電氣CST裝置在軟啟動階段對減速器保護不力；CST裝置將帶式輸送機的啟動、停止、各種保護、張力調節和多電機驅動功率平衡等功能融合成一體，但投資稍高。進廠區C2帶式輸送機與進主廠房C6AB帶式輸送機采用CST裝置，已獲得浙江省能源集團有限公司的認可與推廣。

CST技術具有以下優勢。

(1)將減速器和軟啟動二合一，減小驅動系統整體尺寸。

(2)現場可調加速曲線，啟動時間在30～300 s范圍內可調。

(3)現場可調減速曲線，停車時間在30 s內可調(不是制動閘，等于或大于自然停車時間)。

(4)可調驗帶速度。最小驗帶速度在空載時為設計速度的20% 。

(5)每小時啟動次數不小于5次。

(6)減速器的最大輸出功率(力矩)可調，以保護帶式輸送機部件(膠帶、滾筒、托輥及軸承)和驅動裝置部件(齒輪及軸承)，避免過載的沖擊。

(7)當功率超過設定最大值時，機械軟啟動裝置將對控制系統發出故障信號。

(8)短時間停車時，不停主電機也能實現帶式輸送機的停機，延長了電機壽命。

4　結束語

寧夏棗泉發電有限公司4×600 MW運煤系統為大型火力發電廠運煤系統的設計提供了借鑒，設計運煤系統時應注意以下幾個方面。

(1)電廠最好有2種來煤方式，鐵路與汽車，鐵路與水路，或水路與汽車，可作多方面考慮，確保不會因突發事件而停煤。

(2)若有場地，為了節約投資，全封閉煤場優先采用條形全封閉煤場。

(3)隨著管理水平的提高，所有大型火力電廠均需采用燃料智能管控系統。

(4)南方的設計師對高寒地區電廠的防凍設計經驗不足，需要在細節上多下功夫。

(5)為了減少噪音與磨損，并使運煤系統所有落煤點的粉塵質量濃度均能達標，必須采用曲線落煤管技術與干霧抑塵裝置。

(6)利用脫硫廢水進行煤場噴淋是一種創舉，值得所有大型火力發電廠仿效。

(7)為了改善帶式輸送機的啟動特性，單機功率大于315 kW的帶式輸送機應采用CST裝置，擇優選用不同種類的CST裝置。

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(本文責編：弋洋)

2016-04-07；

2016-06-05

TM 621

B

1674-1951(2016)06-0006-05

錢錫銘(1965—)，男，浙江嵊州人，高級工程師，從事運煤設計方面的工作(E-mail:qian_xm@163.com)。