燃煤火力發電站的超大型貯煤場方案與比選淺析

林世瑤，郭羽薇

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

1 前言

貯煤場是燃煤火力發電站的重要組成部分，主要用于電站燃煤的存貯，并且通過煤場的堆取料和輸送等設備，為燃煤火力發電站的鍋爐燃燒提供持續的燃料供應。

隨著國內外燃煤機組容量及建設規模的不斷擴大，通過新建或者上大壓小等措施，大容量、高效節能環保的大型燃煤火電機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電機組，這也導致電站的單位時間的耗煤量隨之增加；再加上近年來國內外煤炭行業的市場不斷變化，導致大部分燃煤電廠燃煤來源及供應情況不夠穩定，燃用進口煤源的電站還需要長距離的運輸，而部分寒冷地區的電站承擔著冬季城市供暖的任務，在電力匱乏的國家更需要電站能夠保證長時間連續穩定的運行，以上，都對電站的連續、穩定和可靠的運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對煤源的不穩定性，為燃煤電站配備大容量的貯煤場，是保障燃煤電站連續穩定運行的關鍵。

貯煤場用于接收運抵電廠的燃煤，貯煤場的大小要根據電廠裝機容量和功能需求的不同進行設計，通常會以滿足電站機組BMCR工況下的燃煤天數來計量貯煤場的大小。

隨著科技的發展、社會的進步，以及人類環保意識等的逐步增強，各國燃煤火力發電站的貯煤場的形式設計和方案選擇過程中，除了要考慮大型貯煤的容積外，還要考慮煤場相應的環保以及消防等因素，并且配備對應的煤場堆取料設備，保障煤場有效管理和高效運行，提高煤場運行的自動化水平。

通過以上分析，在大型燃煤火力發電站的設計過程中，大型貯煤場形式的確定對整個電站項目的廠區布局、工程整體投資均有較大影響，因此，對貯煤系統進行多方案的比選和分析十分必要。

2 概述

本文針對某海外3×660MW燃煤電站BOT項目，在貯煤場地面積有限，并且需要滿足3臺660MW燃煤機組BMCR工況下45天存煤量的容積要求的情況下（約計80萬t），對各種貯煤場方案的可行性和優缺點進行初步的比較和分析。

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

隨著全球環保理念的不斷提升，燃煤電站的大型貯煤場的形式，由開放式、半封閉式逐步向封閉式貯煤場轉變成為一種趨勢，近年來，各種形式的封閉煤場得到了蓬勃的發展與廣泛應用，但目前在不違反環保等要求的情況下，開放式和半封閉式貯煤場因其造價低、工期短等優點，仍有采用空間。

因該海外3×660MW燃煤電站項目地處沿海，現場季節性降雨較多，并且伴有季節性大風天氣，該項目燃用的燃煤依靠進口，通過海運的方式運抵電站，并且項目緊鄰海域以及臨近村莊，當地環保要求高、監管嚴格。

針對以上情況，為了保障在雨季能夠有足夠的干煤燃用，該項目不采用全開放式貯煤場的方案，因此本文僅從半封閉式貯煤場和全封閉式貯煤場的方案中進行比選。

3 大型貯煤場布置方案介紹

3.1 半封閉式貯煤場方案

半封閉式貯煤場的方案，采用條形煤場貯煤方案，并且采用半封閉干煤棚加抑塵網的型式。煤場設有干煤棚，除干煤棚區域外，煤場四周設有防風抑塵網。

煤場設備主要采用2臺懸臂斗輪堆取料機，2條帶式輸送機，單向運行，并配備多臺推煤機輔助作業。干煤棚采用預應力管桁架結構進行覆蓋，跨度控制在120m左右。

該方案滿足一定量的干煤存儲功能，同時，通過防風抑塵網的配置，可以有效抑制大風造成的露天煤場揚塵現象。煤場底部，通過敷設防滲膜，也能有效避免煤水滲入地下，造成對海水和地下水的污染。

該方案造價低、工期短。但該方案，因為是半封閉式貯煤場，當遇到較大降雨的時候，會產生大量的含煤污水，需要臨近配置較大容積的煤水收集和沉淀池，并對煤水進行處理和回用。同時，防風抑塵網，雖然能夠有效地防止煤場在大風天氣揚塵，但不能完全避免揚塵現象的發生，一旦出現這種問題，就會對周邊居民的生活產生影響，從而產生環保問題。

3.2 全封閉球型貯煤場方案

全封閉球型貯煤場（見圖1），又稱半球式儲煤倉，一般頂部采用球面網殼，下部采用混凝土澆筑。這種儲煤工藝與傳統貯煤場不同，一般常采用多個球型貯煤場并列使用，俗稱球型儲煤倉并列群倉。

圖1 球型儲煤倉并列群倉

球型貯煤場的物料輸送設備，包括帶式輸送機、旋轉懸臂堆料機、刮板取料機、地下煤斗、給煤機等。

球型貯煤場特點是占地小、單位面積儲煤量大、自動化程度高、運行安全可靠、抗惡劣天氣能力強、對環境污染小、景觀好等。球型煤場按進料形式分高位進料和低位進料，按取料形式分懸臂式和門架式，可根據不同的情況選取不同類型的全封閉圓形煤場。

根據目前已建成項目的經驗，大型全封閉球型貯煤場的直徑通常在80m以上，就目前已有的全封閉球型儲煤場的直徑最大已達120m，堆放高度達30m，單個球型貯煤場的儲量可以達到20萬t。

根據本項目約計80萬t的儲煤量需求，按照目前最大球型貯煤場的儲量，需要建設4個直徑120m、單個儲量20萬t的球型貯煤場。

根據項目的場地情況，如果采用球型貯煤場，單位面積的堆煤量有所增加，但考慮輸煤棧橋的布置，場地在寬度布置上可能存在局促的情況。另外，因為建設4個大型的球型煤場復雜程度較高，在造價和工期上都將不占優勢，并且各個球型煤場均需要配置輸煤設備和堆取料設備，將導致燃煤輸送系統的設計復雜，且設備增多，也因此會導致造價增高、工期加長。此外，球型貯煤場還有一個缺點，是設計燃煤儲量的實際利用率受煤質影響較大。

3.3 全封閉筒倉型貯煤場方案

全封閉筒倉型貯煤場，又稱圓形筒倉，一般為錐殼倉頂、圓筒倉體、倒錐型 底部漏斗的鋼筋混凝土結構。全封閉圓筒倉型貯煤場，通常為多個筒倉并列布置的貯煤形式。詳見圖2。

圖2 全封閉筒倉并列群倉

貯煤筒倉的直徑通常在8～30m，高度為直徑的1.5～2倍。近年來，國內項目上陸續出現單個直徑40m，儲量3萬t的筒倉；直徑45m，儲量為5～6萬t的筒倉等。國外，加拿大某水泥公司建成單體直徑為65.2m、儲量為12萬t的筒倉。

筒倉頂部給料設備主要有犁式卸料器、刮板輸送機、移動（固定）卸料小車、環形布料機等，底部取料設備主要有螺旋給煤機、（活化）振動給煤機、單雙側葉輪給煤機、單（雙或三）環形給煤機。

本項目按照80萬t的儲煤量，如果采用筒倉并列群倉的方案，按照單個筒倉直徑45m、6t存煤量計算，需要建設近14座筒倉型貯煤場。

圓形筒倉貯煤場，具有占地少、封閉效果好以及運行成本低等突出優點，但其缺點是筒倉基礎單位面積承受的載荷大，因而受工程地質條件影響明顯，基礎處理費用較高；此外，在運行過程中，容易發生棚拱、堵倉事故等。此外，圓筒倉并列群倉為多個筒倉并列布置的貯煤形式，造價過高，通常僅適用于場地極其狹窄的場合，且貯煤天數不宜過長，適用于煤源供應充足并及時的電廠，所以，一般電廠采用較少，并不適用于燃煤儲量需求過大的電廠。

3.4 全封閉條形貯煤場方案

條形煤場在國內大型燃煤發電廠應用較為普遍，適用于貯量較大的燃煤電廠，并且能夠大量地降低造價。國內的大型火力發電廠80%以上采用大型條形煤場貯煤方案，煤場配置懸臂斗輪堆取料機以及輸煤皮帶等設備，技術最成熟，應用最廣泛。而全封閉條形貯煤場，就是將條形煤場通過預應力管桁架結構的煤棚進行全面覆蓋，煤棚的跨度控制在120m左右，兩端進行封閉或者采用防風抑塵網的方式進行包圍。

該種全封閉條形貯煤場的方案，具有布置簡單、造價低、運行維護方便靈活等特點。全封閉條形煤場布置方案為條形煤場配置懸臂斗輪堆取料機設備，條形煤場為長方形煤場，堆料截面是梯形，煤場機械主要由懸臂斗輪堆取料機及其他輔助設施構成。全封閉條形煤場內部設備場景，見圖3。

圖3 全封閉條形煤場內部場景

3.5 全封閉矩形煤場方案

矩形煤場因其場地燃煤堆高較高且自動化水平高而備受關注。矩形煤場早期因配備的大型門式刮板取料機等設備依賴進口，導致工程造價較高。隨著近年來門式刮板取料機等大型設備的國產化，設備造價得到顯著降低。近年來，國內一些電廠開始采用這種新型的矩形煤場設計方案。

矩形煤場采用帶干煤棚長方形煤堆，堆料截面是三角形，煤場機械主要由懸臂堆料機及門式刮板取料機構成，其中門式刮板取料機取料精度相對較高。懸臂堆料機+門式刮板取料機，采用堆料、取料設備分開布置，設備型式自動化程度較高。可實現連續人字形堆料和全斷面取料，有利于燃煤的混配及摻燒。堆料、取料機均可實現全自動運行，設備回取率高。煤場輔助機械僅用于清理殘煤，自動化程度高，可實現煤場無人值守作業。全封閉矩形貯煤場內部斷面及煤場內設備形式，見圖4。

圖4 矩形貯煤場及門式刮板取料機

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

同時，根據調研，目前門式刮板取料機最大跨度為68m，按此設計，則每條矩形煤場的堆煤寬度也將受制。并且，矩形煤場的設備數量、軌道數量也較條形煤場多，取料帶式輸送機數量也會增加，棧橋和轉運站的工程量也相應增加。

因此，雖然矩形煤場堆煤區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，設備更多，工程量更大，也導致總體造價要高于條形煤場。

4 貯煤場方案比選分析

根據本項目貯煤場的功能需求以及場地條件，對以上各個貯煤場方案進行了粗略比較和定性分析，因目前處于項目設計前期方案比選階段，所以只對關注的技術和經濟指標進行比對和排序，詳見表1。

表1

5 結語

通過以上的方案比對和分析可以看出，從工程量、造價以及工期角度分析，目前半封閉式煤場是最優的，全封閉條形煤場次之，而后是全封矩形煤場、閉球型煤場、筒倉型煤場。但考慮本項目是海外的燃煤電站項目，地處沿海區域，環保要求高，并且季節性風雨較多，綜合以上項目特點，充分考慮當地嚴格的環保要求和后期電廠運行條件等因素，在適當增加投資的條件下，全封閉條形煤場方案最合適。