筒仓储煤技术在港口散货系统中的应用

乔朝起

（中交一航局安装工程有限公司，天津 300457）

1 项目背景

干散货码头是将陆路或水路到港的干散货进行装车船作业，并结合出港的车、船计划，进行临时堆存后装运出港的专业中转码头。传统的干散货码头采用露天堆场形式对干散货进行临时堆放，大风扬尘会对港口周边环境造成污染，通常做法是在堆场两侧布置洒水喷枪，通过洒水降低粉尘的扩散，在一定程度上抑制粉尘的产生。随着环保意识的增强，自21世纪初开始，散货港口开始推广利用在堆场四周建立防风网的技术抑制粉尘的扩散，这种方式配合洒水除尘对露天堆场粉尘的扩散起到了比较好抑制和屏蔽作用。但由于防风网仅对某一部分的风向具有过滤作用，效果有一定的局限性，并不能从源头上消除粉尘污染。

近年来，散货港口开始逐步尝试采用筒仓群、条形大棚、球筒仓等储存技术来代替露天堆存方式，推行绿色环保港口新理念。这种技术从源头上消除了粉尘产生的可能性，是一种积极主动的解决方案。

黄骅港三期工程是世界上首例采用筒仓群代替露天堆场的一个煤炭专用码头。该项目合同签订日期为2011年3月19日，并于2012年12月12日顺利完成重载试车[1]。

2 筒仓储煤工艺介绍

黄骅港三期工程是一个设计年吞吐量为5 000万t的大型煤炭装卸码头。煤炭接卸采用2线4翻O型翻车机，额定能力为7 680 t/h；码头配置4台8 000 t/h全回转装船机完成煤炭的装船作业。堆场采用24座筒仓群代替露天堆场进行煤炭的临时中转堆存。图1为黄骅港三期工程工艺流程图。

图1 黄骅港三期工程工艺流程示意图Fig.1 Process flow diagram of coal term inalphase-3 projectof Huanghua Port

如图1所示，24座筒仓按4行6列方式布置，同一行的筒仓隶属于同一作业流程，由1台卸料小车负责完成筒仓的装载作业。筒仓直径为40 m，高度为42 m，混凝土结构，煤炭容重按0.85 t/m3计算，每座筒仓的储存量约为3万t。

翻车机卸下的煤炭，经过皮带机转接提升，到达仓顶BD皮带机，通过仓顶卸料小车CT将煤炭卸入指定的筒仓内。每行筒仓布置1台卸料小车，共计4台。为充分利用仓容，卸料小车可以通过行走往复卸料和定点卸料两种工艺模式进行卸料作业。在控制模式上，卸料小车既可以就地操作，也可以实现远程无人自动卸料作业[2-4]。卸料小车额定能力为8 000 t/h。

仓底采用活化给料机方式进行卸煤作业。活化给料机利用气动方式调节可变力轮来控制出料量。活化给料机有一定的活化作用，能够降低出料口物料板结；同时通过内部机械结构使其停止工作时具有锁煤作用。

黄骅港三期工程每行筒仓下平行布置2条4 000 t/h的皮带输送机，每座筒仓共设置6台活化给料机，同一行3台活化给料机对准其中1条平行皮带机给料。活化给料机设计能力为200～1 350 t/h连续可调。图2为筒仓装卸料工艺布置及作业监控。3 筒仓安全监护措施图

筒仓储煤，安全生产作业是第一要素，防止煤炭自燃爆炸是至关重要的[5]。根据黄骅港已建港口使用情况，煤炭平均在港的周期为3.5 d，周转比较快，而同样的煤种在一些电厂同类筒仓中最长储运周期达到1.5个月，从理论和实际应用上三期工程采用筒仓储煤是安全的。但为防止意外发生，在工艺流程设计上专门配置了1条倒仓流程，图1中BZ皮带机即为应急倒仓线，当检测到筒仓煤温过高时，即启动倒仓作业流程，将该筒仓内问题煤炭倒运至露天堆场进行处理。

为保证筒仓安全，三期工程中，筒仓配置了温度、料位、有毒有害气体等各种保护监测装置，这些信号被PLC系统采集、计算分析后显示在操作员监控站上，可以实时监控筒仓的各种状态，保证生产作业的安全。图3为筒仓安全监控画面。

3.1 温?度检测

温度检测是筒仓安全的一个重要环节，为此系统设置了3种方式对进仓、仓内及出仓的煤炭进行温度实时监测。

图2 筒仓装卸料工艺布置及作业监控Fig.2 Layoutand operationmonitoring of filling and dischargingmaterials in silo

图3 筒仓安全监控画面Fig.3 Silo safetymonitoring

每座筒仓设置6套钢缆测温设施，可以动态测量筒仓内煤层温度。测温元器件采用铠装热电偶型式，外部缠绕不锈钢钢丝绳，每根测温钢缆的长度为30 m，测温点依据筒仓储煤情况布置范围在0～25m间，按5m一个分层实时检测煤层温度，测温范围为0～+200℃。温度报警值设置为80℃，当系统监测到任一点的温度超过80℃时，即发出报警信息。同时在筒仓出仓口锥体与圆柱体结合容易集煤部位，设置有6套PT100测温元器件，测温范围为-50～250℃。若监测到仓内及出仓口温度异常，监控系统发出报警，提醒操作人员注意，需要时启动应急倒仓流程，将温度过高煤炭倒运出筒仓。

为控制进仓煤炭的温度，在进仓前的皮带输送机BF上设计有红外热成像仪，动态测量翻车机翻卸下准备进仓煤炭温度高低，如果温度异常，将停止或改变流程作业，不将温度异常煤炭输入至筒仓。

3.2 料位检测

料位检测依据测量方式不同有2种：雷达物位计和水银倾斜开关，依据安装方式不同，有安装在筒仓上和卸料小车上2种形式。

每座筒仓设置6套雷达式料位计并与6个出料口相对应，可以进行连续料位测量。控制系统根据6套雷达料位计反馈信号，结合筒仓容积、煤种及安息角，生成筒仓料位分布图，用以指导卸料小车卸料作业和活化给料机的出料作业，保证筒仓容积利用率和仓内物料均匀分布；同时在卸料小车的卸料溜槽部位也安装有2套雷达物位计，检测卸料小车落料点料位精确高度。

每座筒仓设置8套水银式高料位检测开关，与雷达物位计一起对超高料位进行检测，并与进煤筒仓皮带输送机联锁，在高料位状态下急停进仓作业流程，防止溢仓。

3.3 红外式可燃气体浓度监测系统

每座筒仓设有2套有毒、有害气体监测设备，分别用于监测筒仓内部的一氧化碳气体、可燃气体的浓度，并上传至控制系统。

一氧化碳气体监测设备采用电化学方式，对筒仓内部空气中所含有的一氧化碳气体进行监测。当设备监测一氧化碳气体浓度达到低报警设定值时，即发出报警信号。可燃气体监测设备采用红外光谱分析的方式，对空气中所含有的可燃性气体进行监测，当设备监测可燃气体浓度达到低报警值时，发出报警信号。监控系统接到报警信号后，自动联锁启动筒仓顶部防爆排风机，排风机将仓内气体向外界排放，起到降低可燃气体浓度的作用。

3.4 烟雾浓度监测及消防装置

在筒仓顶廊道上部设置烟雾浓度测量装置，每个仓上部设置1套，共计24套。烟雾浓度测量装置报警信号传输给监控系统，同时每排筒仓顶部设有10套消防炮及与皮带机系统相隔离的消防水幕。上述系统设备由控制系统集中控制，出现异常情况时可实现系统自动联动。图4为筒仓区消防监控作业画面。

图4 筒仓区消防监控Fig.4 Fire-fightingmonitoring of silo

3.5 空气炮防堵措施

为防止筒仓储煤起拱，保证物料的流动性，每座筒仓设置有6套空气炮，空气炮安装在筒仓下部与出料口锥体结合部，可以实现本地和远程控制操作。

4 优势比较

黄骅港三期工程采用筒仓工艺，在环保、节能及减员增效方面都有突出的表现。

4.1 环保

大型筒仓群代替露天堆场，节约了土地资源。每座筒仓设计煤炭装载容量为3万t，24座筒仓可实现72万t的中转量，占地面积比同等容量的露天堆场减少约1/2。同时筒仓区代替露天堆场不但消除了煤炭露天堆放时煤尘的产生，而且最大程度地减少了卸料、取料生产作业环节中粉尘的产生，在环保方面有无可比拟的优势。

4.2 节能

筒仓工艺的变革带来生产作业方式的提升，传统的堆料机和取料机装卸设备由卸料小车和活化给料机取代。1台堆料机装机容量为800 kW，而对应的1台卸料小车装机容量仅为90 kW；1台取料机装机容量约为1 000 kW，而对应同等工艺配置的活化给料机为112 kW。同时由于活化给料机的使用，可以自动精确调整给煤量，使取料装船作业线采用变频系统进行皮带机输送速度调节来实现不同的运量需求成为可能，节约了电能，降低了能源消耗；同时变频系统可以在一定程度上提高启动转矩，延长启动时间，减少对机械设备冲击，提高设备的使用寿命。初步估算，实现黄骅港三期5 000万t的吞吐量，每年可节约电能2 871万kW·h。

4.3 减员增效

黄骅港三期工程设计年吞吐量为5 000万t，按2条卸车堆料作业线配置实现5 000万t的卸火车能力，取料装船作业线按码头4台装船机配置，完成1 a 5 000万t的装船任务。若按传统露天堆场设置，需配置堆料机、取料机堆场装卸设备，堆料机和取料机作业每台机每班需配置2名作业人员，按三班制轮流值班，则黄骅港三期工程每班工作堆料线需按2条作业线配置，取料装船线按4条作业线配置，则应为堆料机、取料机配置作业人员为2×2×4+4×2×4=48人。

筒仓工艺模式，由卸料小车、活化给料机代替了堆料机和取料机的功能。卸料小车和活化给料机控制方式简单，可以实现远程的无人自动作业，因此相比传统露天堆场，可节省人员48人。

5结语

散货港口采用筒仓储煤方式代替露天堆场是近年港口行业适应环保要求做出的有益实践，黄骅三期工程的顺利投产应用除证明其环保方面明显优势外，在简化作业模式、节约电能、减员增效、节约土地资源方面也体现了突出的特点。但由于煤炭为易燃物品，筒仓储煤安全性方面的监控措施还需要在今后的生产实践中进一步探索和验证。

[1]邢军，刘仲松.浅谈黄骅港煤码头三期工程中储煤筒仓的应用[J].港工技术，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.火电厂贮煤筒仓安全监测系统的研究与设计[J].节能技术，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] 李云军.封闭式堆场煤炭码头物流系统建模与分析[D].武汉：武汉理工大学，2007.LIYun-jun.Modelingand analysisof closed yard coalwharf logisticssystem[D].Wuhan：Wuhan University of Technology,2007.

[4]唐颖.基于专业配煤功能的环保型煤炭码头关键生产策略研究[D].武汉：武汉理工大学，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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