大俯仰斗輪堆取料機應用研究

賈 斌

(中國能源建設集團廣東省電力設計研究院有限公司，廣東 廣州 510663)

0 引言

貯煤場是燃煤火力發電廠貯存燃料的重要設施[1]。早期貯煤場多采用露天條形煤場，占地面積大、場地利用率低、環保性差[2-3]。現行《中華人民共和國大氣污染防治法》要求對貯存煤炭的料倉進行密閉。近年來新建的條形煤場多采用封閉形式，原露天條形煤場也開始進行封閉改造[4-7]。

因封閉式條形煤場單位面積造價高，且受到消防規范的嚴格限制[8-9]，如何減小貯煤場占地面積、降低造價、提高場地利用率、節約土地資源等越來越受到關注。在不改變條形煤場型式的前提下，采用大俯仰斗輪堆取料機是一種較好的替代方案。

1 大俯仰斗輪堆取料機

大俯仰斗輪堆取料機是在傳統應用的斗輪堆取料機基礎上進行的優化，是指通過特殊設計，使斗輪堆取料機懸臂的俯仰角度可以達到約±15°，如圖1所示。

圖1 大俯仰斗輪堆取料機示意圖

相比傳統斗輪堆取料機，大俯仰斗輪堆取料機具有以下優缺點：

1)通過增大懸臂俯仰角度，在不增加斗輪堆取料機懸臂長度的情況下，提高懸臂堆、取的高度范圍，從而增加堆煤高度，提高單位面積貯煤量，減小煤場占地面積。

2)大俯仰斗輪堆取料機堆取角度均為15°，達到了帶式輸送機運輸物料傾斜角度的上限，相比傳統斗輪堆取料機(俯角-13°/仰角+12°)，可以最大限度地發揮設備性能。

3)大俯仰斗輪堆取料機俯角可達到15°，因此可以允許斗輪堆取料機工作在更高的軌道平臺上，可方便煤場兩端轉運站和煤場帶式輸送機拉緊裝置的布置，平臺和軌道不易被煤堆垮塌等淹沒。

4)高位布置的斗輪堆取料機軌道下方的隧道可作為電纜、水管、消防管、排污溝等布置區域，優化煤場內管線的布置。高位布置的斗輪堆取料機平臺也有條件設置消防車、推煤機的下穿通行通道。既能滿足消防要求，同時推煤機不必再繞行煤場環形道路，避免推煤機履帶壓壞路面。斗輪堆取料機平臺側墻兼做擋煤墻，極限情況下允許壓煤，可以增加煤場貯量。

5)當2×1 000 MW機組燃燒較差煤種時，采用傳統斗輪堆取料機無法實現在12 000 m2單個防火分區面積內和50 000 m2單座煤場面積內貯存20 d的耗煤量。根據國內消防規范[10]，此種情況下將不得不采用兩座或以上的封閉煤場，從而大大增加占地面積和造價。而大俯仰斗輪堆取料機煤場通過優化設計，可在消防規范限制內設計單座煤場，節約了相關的投資。

6)大俯仰斗輪堆取料機本身的結構穩定性計算比傳統斗輪堆取料機更為復雜，懸臂帶式輸送機電機功率比傳統斗輪堆取料機更大。

7)大俯仰斗輪堆取料機在堆取靠近軌道基礎的煤堆時，會受到基礎的部分影響，可能會增加推煤機等煤場機械的輔助作業量。

8)根據最近工程應用情況，大俯仰斗輪堆取料機相比傳統斗輪堆取料機設備費用上基本相同，軌道平臺基礎的土建費用略有增加，但總體相差不大。

2 2×1000MW機組貯煤場計算示例

某2×1 000 MW機組燃用陜北的原煤，耗煤量為780 t/h。應本項目集團公司以及當地政府的要求，煤場貯煤量須按20 d進行設計，即煤場貯煤量不小于31.2×104t。本工程的煤場示意圖如圖2所示。

圖2 某2×1 000 MW機組程貯煤場示意圖

根據設計要求，對采用大俯仰斗輪堆取料機和傳統斗輪堆取料機的條形煤場數據進行了計算，主要計算結果見表1所列。

表1 2×1 000 MW機組條形煤場計算結果對比表

根 據GB 50229—2019《 火 力 發 電 廠 與變電站設計防火標準》[10]第3.0.5條的要求，即“每座室內貯煤場最大允許占地面積不應大于50 000 m2，每個防火分區面積不宜大于12 000 m2，當防火分區面積大于12 000 m2時，防火分區之間應采用寬度不小于10 m的通道或高度大于堆煤表面高度3 m的防火墻進行分隔”。

根據消防規范條款的條文說明，50 000 m2的面積限制是基于2×1 000 MW機組的褐煤15 d貯煤量或煙煤20 d的貯煤量而制定的。而當發電廠的煤場布置受限或煤質較差時，單座煤場面積常常會超出50 000 m2的限制，由表1所知。在此種情況下，為滿足標準要求，不得不將煤場分隔為兩個互相獨立的封閉煤場，從而大大增加了占地面積和工程量。

當采用大俯仰斗輪堆取料機方案時，通過優化設計，基本均可以控制單座煤場總面積以及單個防火分區面積處于標準的限制要求之內，從而節約相關的投資。

3 3×660MW機組大型貯煤場應用方案

某3×660 MW機組工程受當地政策和環保要求的限制，需要選用封閉式條形貯煤場。該工程燃用印尼煤、澳洲煤，日耗煤量17 350 t，容量要求可貯存3×660 MW機組45 d耗煤量，共須貯存燃煤78.1×104t。煤場內配置2臺懸臂回轉半徑45 m的斗輪堆取料機。

本工程要求煤場必須符合GB 50229—2019《火力發電廠與變電站設計防火標準》第3.0.5條的要求。

根據設計要求，主要考慮消防規范對貯煤場的限制，初步計算單座不超過50 000 m2的煤棚不能滿足本工程的貯煤面積需要，必須分多個煤棚。因煤棚內分堆會造成封閉煤場面積的浪費，本工程的煤場考慮分隔為4座相隔10 m的封閉煤棚，其示意圖如圖3所示。

圖3 某工程貯煤場布置圖

根據設計要求，對采用大俯仰斗輪堆取料機和傳統斗輪堆取料機的條形煤場數據進行了計算，主要計算結果見表2所列。

表2 3×660 MW機組條形煤場計算結果表

由表2可知，當采用大俯仰斗輪堆取料機條形煤場方案時，煤場總面積相比傳統斗輪堆取料機條形煤場可以減少約10%，對于本工程而言，可大大節約總占地面積和封閉煤棚面積，有效降低造價，因此本工程最終選用大俯仰斗輪堆取料機條形煤場方案。

本工程煤場共配置2臺懸臂回轉半徑45 m、俯仰角度±15°、堆料高度20 m (軌上16 m軌下4 m)、堆取料出力2 000 t/h的大俯仰斗輪堆取料機。貯煤場共有12個煤堆，煤場總長度454 m，總跨度240 m，煤堆高度20 m，總存煤量約為78.1×104t。每座煤堆面積小于12 000 m2，煤堆之間間隔均不小于10 m，每座煤場占地面積小于50 000 m2，符合消防要求的規定。

斗輪堆取料機整體位于距離煤場地面約4 m的平臺上，平臺側墻兼做擋煤墻。平臺下可作為管道和電纜布置的隧道。不同煤棚之間間隔10 m，煤棚之間不設山墻以允許斗輪堆取料機通行，在煤棚間隔外圍設擋風抑塵墻，消防道路從4 m高斗輪機平臺下方穿過，既能允許消防車通行，也可允許推煤機和裝載機等煤場機械下穿，提高運行靈活性。本工程煤場的橫斷面布置如圖4所示。

圖4 本工程所用大俯仰斗輪機示意圖

4 大俯仰斗輪堆取料機項目調研

4.1 焦作龍源2×660 MW電廠

焦作電廠全廠配置一座長343 m封閉條形煤場，為中間設置立柱的兩跨結構，每跨寬度95 m；煤場配置兩臺長沙某公司生產的斗輪堆取料機，其主要參數見表3所列。斗輪堆取料機初始為常規設計，執行過程中變更為大俯仰設計，是國內第一家采用大俯仰斗輪堆取料機的電廠。

表3 焦作龍源電廠斗輪堆取料機主要參數表

自2014年投運以來，除運行中發生因操作失誤導致的前臂架脫落、斗輪電機及減速機地腳螺栓繃斷等故障外，斗輪堆取料機運行穩定，缺陷較少。

4.2 海豐2×1 000 MW電廠

華潤海豐2×1 000 MW電廠全廠配置兩座直徑120 m圓形煤場及一座長200 m、總跨度100 m封閉條形煤場。條形煤場內配置一臺長春某公司生產的大俯仰通過式斗輪堆取料機，參數見表4所列。條形煤場2015年10月投入運行。

表4 海豐電廠斗輪堆取料機主要參數表

海豐電廠條形煤場于2015年10月投入使用，斗輪堆取料機運行穩定，缺陷較少，主要維護工作是磨損件的更換。2021年出現一次因液壓系統故障導致懸臂只能上升不能下降的問題，維修液壓系統后問題解決。

4.3 錦州2×660 MW電廠

華潤錦州2×660 MW電廠全廠配置兩座長250 m、總跨度120 m封閉條形煤場。每座煤場配置一臺天津某公司生產的大俯仰斗輪堆取料機，參數見表5所列。

表5 錦州電廠斗輪堆取料機主要參數表

錦州電廠條形煤場于2020年9月投入運行，懸臂斗輪機運行基本穩定，結構方面未見異常。運行中產生的主要故障為電氣控制方面故障，主要原因為設備投運時間不長，還在磨合期；安裝時誤差較大。

5 大俯仰斗輪堆取料機設計應用注意事項

1)優化煤堆的長度和寬度，必須進行多種煤堆長寬組合方案計算，盡量減少煤棚的占地面積，最大化地實現節地節造價的效果。

2)特別注意斗輪堆取料機平臺基礎兩側的堆取煤，優化軌道平臺兩側的欄桿走道的布置，不應產生堆取煤的死角，并注意減少斗輪機直接堆取煤的障礙。同時，特別注意平臺兩側的煤堆底部總間距不小于10 m，以符合消防規定。

3)當需要利用斗輪堆取料機平臺下方的隧道時，應注意相關的消防限制。

4)特別注意大俯仰斗輪堆取料機俯、仰的極限位置與兩側煤堆的關系，避免配重在極限位置與煤堆的碰撞。

5)在大俯仰斗輪堆取料機設備招標及后續設計時，應要求設備生產廠家進行多種工況的穩定性計算，保證設備的運行安全。

6 結語

經實踐驗證，大俯仰技術在斗輪堆取料機的應用良好，能夠實現設備的連續安全穩定運行，國內許多制造廠家均具備大俯仰斗輪堆取料機設計和制造能力。大俯仰斗輪堆取料機的應用可有效減少煤場及封閉煤棚的占地面積、降低造價、提高土地利用率，也可更好地符合現行消防規范要求、提高煤棚消防安全水平，在條形煤場的設計中可以推廣應用。