宁夏枣泉发电有限公司运煤系统设计特点

2016-09-06钱锡铭

综合智慧能源 2016年6期

关键词：煤场带式输送机

钱锡铭

(浙江省电力设计院，杭州　310012)

宁夏枣泉发电有限公司运煤系统设计特点

钱锡铭

(浙江省电力设计院，杭州310012)

宁夏枣泉发电有限公司是浙江省能源集团有限公司旗下第1个采用兼有底开车铁路卸煤沟与汽车卸煤沟、条形斗轮堆取料机折返式全封闭煤场、燃料智能管控系统、曲线落煤管、干雾抑尘装置、脱硫废水进行煤场喷淋、可控机械软启动装置且处于高寒地区的大型火力发电厂，介绍了其运煤系统的设计特点，并指出了今后大型火力发电厂运煤系统设计应注意的问题。

卸煤沟；全封闭煤场；燃料智能管控；采暖；曲线落煤管；干雾抑尘；脱硫废水；可控机械软启动

1　电厂情况概述

宁夏枣泉发电有限公司位于宁夏回族自治区银川市东南55 km、灵武市东22 km处的宁东能源化工基地灵州综合工业园区。设计煤种为宁东烟混煤，校核煤种为烟混煤。燃煤运输采用铁路+公路运输方式。年需煤336.6万t，其中256.6万t为铁路来煤，80.0万t为汽车来煤。铁路燃煤由宁东煤田的鸳鸯湖矿区和马家滩矿区供应，汽车来煤煤源为电厂周边煤窑。该电厂耗煤统计见表1。

表1　耗煤统计

2　运煤系统主要设计参数

运煤系统按2×660 MW机组容量设计，并留有扩建条件。

铁路来煤采用底开门车缝式煤槽卸煤方案，火车卸煤沟设11个车位，容量约为3 000 t，缝式煤槽下配置单路带式输送机，带宽b1=1 200 mm，带速v1=2.8 m/s，出力qm1=1 200 t/h，带式输送机上配置2台叶轮给煤机，其出力为600～1 500 t/h。

设置1座5个卸车位的缝式煤槽汽车卸煤装置作为公路运输接卸设施，缝式煤槽下配置双路带式输送机，带宽b2=1 200 mm，带速v2=2.8 m/s，出力qm2=1 200 t/h，每路带式输送机上各配置1台叶轮给煤机，其出力为600～1 500 t/h。

采用1座条形斗轮堆取料机折返式全封闭煤场[1]，总储煤量约12.4 万t，满足2×660 MW机组10 d的耗煤量。斗轮堆取料机堆料能力与取料能力均为1 200 t/h，悬臂长度为35 m。煤场旁的汽车卸煤沟作为斗轮堆取料机故障时的事故煤斗。

卸煤系统与上煤系统均采用带宽b3=1 200 mm，带速v3=2.8 m/s，出力qm3=1 200 t/h的带式输送机。

运煤系统设置2台出力为1 200 t/h的滚轴筛和2台出力为800 t/h的环式碎煤机。运煤系统设备采用分散控制系统(DCS)，可实现就地控制。在重要部位设置了工业电视摄像头，用于监测设备运行状况，同时还设置有燃料智能管控系统[2-3]。

所有建筑物考虑高寒地区采暖，所有落煤点均采用曲线落煤管[4]与干雾抑尘[5]技术，利用脱硫废水[6-7]进行煤场喷淋，部分带式输送机采用可控机械软启动(CST)装置[8-9]。

3　运煤系统的设计特点

该电厂是浙江省能源集团有限公司旗下第1个采用兼有底开车铁路卸煤沟与汽车卸煤沟、条形斗轮堆取料机折返式全封闭煤场、燃料智能管控系统、曲线落煤管、干雾抑尘装置、脱硫废水进行煤场喷淋、CST装置且处于高寒地区的大型火力发电厂，其特点如下。

3.1兼有底开车铁路卸煤沟与汽车卸煤沟

容纳11个车位的火车底开门车缝式煤槽卸煤沟承担76%的卸煤任务，容纳5个卸车位的缝式煤槽汽车卸煤沟承担24%的卸煤任务，鉴于电厂周边煤窑甚多，汽车卸煤沟尚有卸煤裕量，为电厂燃用更多周边煤窑的煤炭留有余地。

3.2采用条形斗轮堆取料机折返式全封闭煤场

采用全封闭煤场已是发电企业共识，国内的全封闭煤场主要为条形、圆形、筒仓全封闭煤场。该电厂采用条形斗轮堆取料机折返式全封闭煤场，占地面积大，投资较其他形式煤场少，煤场内煤炭分堆，符合消防要求。

3.3采用燃料智能管控系统

燃料智能管控系统是1套独立运行的系统，有专属的软件和硬件设备，系统机房最终设在燃料综合楼，通过光缆接入该电厂局域网。该系统是电厂信息系统的一个独立组成部分，可与企业资源计划(ERP)系统的数据集成，并能够实现与上级公司燃料管理系统的集成。

3.3.1智能管控系统内容

3.3.1.1硬件

(1)入厂汽车煤无人值守自动计量、采样等所需设备。

(2)存查样间、煤制样间、燃料管控中心等处所需的标准化设备。

(3)入厂煤信息网络系统建设涵盖硬件(网络布线、交换机、无线访问节点等)。

(4)数字化煤场建设所需设备。

(5)门禁、监控等其他必需硬件配置，要求能实现煤车从入厂到计量、采样、制样、化验等整个流程全程监控，无死角。

(6)全自动制样机将样品传输至煤样存查样间和化学试验室时所需的输送系统。

(7)火车取样、汽车取样及带式输送机入炉取样装置的集样罐，由系统自动生成一级编码，在集样罐上形成电子标签。智能管控系统硬件包含电子标签与相应设备接口处理的软、硬件设施。

(8)制样间传统制样设备。

3.3.1.2软件

软件包括软件调运管理、入厂燃料验收管理(含数量验收和质量验收，质量验收包含采样、制样、化验编码及化验数据管理、存查样管理等)、接卸管理等。

3.3.1.3应用软件

数据库软件采用Oracle，备份软件采用EMC NetWorker。

3.3.1.4系统业务流程

燃料智能管控系统业务流程如图1所示。

图1　燃料智能管控系统业务流程

3.3.2燃料智能管控系统目的

智能管控系统将电厂燃料管理涉及的设备、流程和信息进行集成，依托计算机网络等先进手段进行管理，达到以下目标。

(1)通过燃料智能管控系统控制及协调，保证燃料系统采样、制样、化验工作自动有序地进行，减少人为干涉；自动控制采样机、汽车衡等验收设备，设备工作流程不能随意修改，减少人工操作的项目、频次，提高工作效率，减少人为影响；降低人力成本，提高管理效率和管理质量。

(2)验收业务流程公开、透明、可追溯，防止作弊使假的发生，减少管理漏洞，减少煤炭供需双方的矛盾。系统直接和验收的仪器设备相连，现场实时采集、自动处理各种数据，减少手工抄录环节，且数据不能随意修改，提高数据的准确性、安全性和透明度。

(3)实现燃料管理业务的整合与内部数据资源的高度共享。决策层能实时了解基础数据，调整、控制燃料的采购、存储计划；依据完善的统计报表、科学的分析模型，为管理部门的数据对比和管理决策提供辅助支持；以精细化管理来实现降本增效。

(4)对所有工作点视频监控，设立视频监控中心，记录验收过程的所有工作，并提供远程监察，形成完善的监控网。监控中心采用大屏幕工业显示器作为显示终端。

3.4高寒地区采暖

运煤系统所有建筑物、拉紧间、栈桥、煤水处理间均设置采暖，采暖热媒采用高温热水，散热器采用钢排管散热器。对于多层建筑，底层设置较多的钢排管散热器，楼层越高，散热器越少；对于倾斜栈桥，栈桥两侧均布置散热器，下半段可设上、下2排散热器，上半段只设1排散热器；对于通道设防寒门，窗玻璃采用中空玻璃，规格不低于5 mm×9 mm×5 mm。

3.5所有落煤点均采用曲线落煤管

带式输送机头部漏斗及护罩、全封闭导料槽均属于曲线落煤管的范畴，优化转运点落煤管布置，达到减少噪音、减少磨损、粉尘达标的目的。

3.5.1曲线落煤管

曲线落煤管总体设计从头部集流罩开始，头部集流罩设计成一体流线式。煤流的收集从头部开始，此处的冲击角度小于20°。整个曲线落煤管首先应能保证物料的汇集，其次要保证煤流的减势(能)输送。在设计软件显示的曲线上应能够看出煤流下落的速度随着曲线落煤管高度的降低而递减，通过控制煤流下落速度和角度来减小料流对落煤管壁冲击的角度和力度，减少诱导风和粉尘的产生。曲线落煤管应达到控制物料流动轨迹和流动速度的目的，结合落差的大小设置诱导风抑制系统和缓冲物料冲击系统，因此，所有曲线落煤管在取消使用锁气器时要配有1套行之有效的给料匙。给料匙具备缓冲物料、导流物料、居中物料、保护胶带四大功能，可以避免采用传统落煤管时直接落料对受料胶带造成冲击。曲线落煤管的设计要求保证所有落料点处于接料带式输送机落料点的中部，避免因落料点的偏移导致带式输送机跑偏。

曲线落煤管通过曲线控制煤流的下落轨迹，使煤流在整个下落过程中基本都贴着管壁，所以在曲线落煤管内，煤流经过处均应设置耐磨衬板。非冲击和非磨损面采用8 mm厚Q235材料，冲击磨损面采用耐磨陶瓷衬板制作。耐磨陶瓷衬板采用耐磨陶瓷砖直接粘贴的方式，陶瓷中Al2O3质量分数在97%以上，莫氏硬度在9以上，密度在3.6 t/m3以上，压缩强度不小于2.5 GPa。耐磨陶瓷砖采用冷粘+螺栓紧固双重固定工艺。耐磨陶瓷砖的规格为200 mm×200 mm×25 mm，200 mm×100 mm×25 mm，100 mm×100 mm×25 mm，100 mm×50 mm×25 mm。其黏结及布置工艺如图2所示，黏结剂采用澳洲进口环氧树脂胶水(澳洲美高宝)。陶瓷内衬应保证光滑顺畅、耐磨损、抗冲击力强、易安装且陶瓷面不易脱落，衬板厚度不小于25 mm。

图2　耐磨陶瓷衬板黏结工艺及布置工艺

对所有落煤管出口长期受冲击的部位，采用的耐磨钢板为12 mm厚的Q235普通钢板上面复合14 mm厚的高铬合金铸铁材料，复合板表面硬度为HRC60，铬的质量分数超过35%，耐磨钢板总厚度为26 mm。

曲线落煤管出口采用向前扩容设计，使物料的滑落方向与带式输送机的运行方向一致。曲线落煤管给料匙两侧要求深入导料槽内侧并配有导流挡板和防堵料装置，导流挡板离空载胶带面不小于150 mm，落煤管的截面形式应结合不同转运点落差大小进行设计。

3.5.2全封闭导料槽

双密封全封闭导料装置主要由4部分组成，即双密封导料槽、泄压器、挡尘帘和S形阻尼帘。

双密封导料槽取消侧托辊，改用超高分子量聚乙烯滑板与短托辊代替，使胶带得到连续支撑，运行中不会因凸凹不平而产生漏粉通道。由于保留的底部水平托辊承担了物料的大部分重量，使侧面胶带与滑板之间既减少了摩擦力，又形成了密封。带式输送机导料槽采用双密封导料槽，每节导料槽长度为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900万。

在导料槽两侧内部装设特制的双层防溢裙板，既防止导料槽内粉尘外泄，又阻止胶带撒料。防溢裙板的接触摩擦面镶有高分子聚氨酯滑条，并做成1个整体，长度与导料槽的总长基本相同。防溢裙板安装在裙板支架上，裙板支架上设有装卸滑道，便于检修和更换。

设在导料槽上各隔离区的多道挡尘帘，将通过的粉尘吸附在胶条上并抖落在胶带上，从而加强了无动力自降尘的作用。每台导料槽挡尘帘应按现场要求进行设计、配置，尾部不少于2道，每个落料点前方不少于2道。每个挡尘帘均为可升降式，且采用耐磨、阻燃、抗老化聚氨酯合成胶料制成，单条直径为5～6 mm，每组挡尘帘不少于6层。挡尘帘两侧应安装滑槽，阻挡粉尘外溢。

在每道升降式静电吸尘挡帘前方设置阻尼帘，含尘气流呈S形运动，降低风能，延长沉降距离，并将过大压力的气体通过缓冲的方式从吸尘挡帘排出，使粉尘落到阻尼帘及吸尘挡帘内侧。阻尼帘不低于6道，材质为柔性、耐磨、抗老化、阻燃材料。

3.6所有落煤点均采用干雾抑尘装置

曲线落煤管与干雾抑尘装置联合使用，确保落煤点的粉尘质量浓度小于5 mg/m3。干雾抑尘装置由以下几部分构成。

3.6.1设备室

每套干雾抑尘装置都设置有设备室，干雾主机、全自动净化过滤器、空气压缩机、增压水泵、可编程逻辑控制器(PLC)电控系统、控制箱等均布置在设备室内。设备室采用全封闭结构，室内设置照明、插座等设备，具备防晒、隔热、通风、防尘、地面排水等功能。

干雾抑尘装置通过电磁阀、流量调节阀分配箱实现水、气与干雾喷嘴的连接，并根据现场情况实现喷雾量的调整，可在管路气压低于工作气压时截断水流。干雾抑尘装置可以给输送系统提供喷雾、停止喷雾、气压低、水压低等开关量设备运行状态信号。

干雾抑尘装置投产后，单个转载点耗水量与输煤量的质量比小于0.1%，增加耗水量与输煤量的质量比小于0.1%。

3.6.2干雾主机

每套干雾抑尘装置需根据不同的除尘工况要求选择适用且能耗少的干雾主机。干雾主机外壳采用不锈钢316材质，壁厚不小于2 mm。干雾主机由电磁阀、流量调节阀、水气分配系统、PLC电控系统组成，防护等级为IP55。干雾抑尘装置的PLC与输煤DCS协调配合，操作人员可以通过触摸屏或文本显示器调整设备喷雾时间。

根据主设备运行要求以及喷雾点的设置，干雾主机采用水气分配系统。水气分配系统应具有可靠的安全防护装置，由管道传输的压缩空气和水经水气分配系统调定输出不同的压力和流量。

3.6.3供水系统

水源压力为0.5～1.2 MPa，在每套干雾抑尘装置用水母管上接压力表和流量计。

每套干雾抑尘系统均需配置不少于2道水过滤器，1道全自动净化过滤器。其中一道水过滤器设置在水源接入点后，另一道设置在干雾主机水气分配系统前。全自动净化过滤器可根据水质进行二级过滤，一级过滤主要过滤掉75%的杂质，再经过二级过滤，使最终水质浊度不大于5 NTU，且具有自动反冲洗程序和自动排污功能，排污时不影响供水系统正常供水。

在全自动净化过滤器后设置储水箱和增压泵。增压泵选用卧式多级离心泵，储水箱采用不锈钢材质，下设排污阀。为保护增压泵，储水箱需配置水位计，低于保护水位则增压泵停止工作，并报故障。

3.6.4供气系统

干雾抑尘装置所用压缩空气应集中供给。供气系统包括空气压缩机、输送压缩空气管道及储气罐。在每套干雾抑尘装置用气母管上接压力表和流量计。

压缩空气应经除油、除水等净化处理，并安装空气过滤器。每个转运站或碎煤机室均需布置1套螺杆式有油空气压缩机，为箱式结构，其供气量和压力应满足干雾抑尘系统连续工作的需要。空气压缩机排气温度≤100 ℃。

结合各干雾抑尘装置所需用气量和空气压缩机的产气量来确定压缩空气储气罐的容积，并配置安全阀、压力表、自动排污装置等。在储气罐前、后设置除油过滤器和粉尘过滤器，以确保进、出储气罐压缩空气的品质。

3.6.5雾化喷射装置

雾化喷射装置安装于带式输送机、碎煤机、滚轴筛落煤管，带式输送机尾部导料槽、头部滚筒、尾部改向滚筒及张紧改向滚筒等适合位置。

根据每个抑尘点的粉尘情况选择喷射射程和口径合适的喷嘴。喷嘴应采用不锈钢材料制作，并设计有自清理按钮。干雾与粉尘颗粒相互接触、碰撞，使粉尘颗粒相互黏结、凝聚变大，并在自身重力的作用下沉降进入到物料中，以达到抑尘的作用。

干雾抑尘装置安装完成后，应进行静水压试验并冲洗管道，试验按照GB 50242—2002《建筑给水排水及采暖工程》中规定的给水管道检验方法，确保喷嘴喷出的水雾颗粒粒径为1～10 μm。

干雾抑尘装置除尘率不低于95%，粉尘测定方法符合GBZ/T 192.1—2007《工作场所空气中粉尘测定》要求，除尘后粉尘发生场所周围的空气质量应满足GB 20426—2006《煤炭工业污染物排放标准》的要求。

系统应设计合理的耗水量，避免多余的干雾飞散后凝结成水，产生水的二次污染。干雾抑尘装置耗水量一般不超过起尘物料总质量的0.05%，单只喷嘴的最大耗水量性能保证门槛值≤0.55 L/min，性能保证值≤0.3 L/min，单只喷嘴的耗气量不大于0.21 m3/min，空气压缩机须确保储气罐内压力≥0.7 MPa。

火车卸煤沟叶轮给煤机在T-1转运站设置干雾抑尘装置，喷嘴随叶轮给煤机同步行走，单独设置水管、汽管的行走轨道，轨道设在叶轮给煤机上方(煤斗下方)。配供2套水缆，每套长度约200 m。火车卸煤沟(地上部分)两端设置干雾墙，从顶部及两侧喷干雾，两端门洞尺寸约为12 m×10 m，每个门洞设置60只喷嘴，保证煤尘不外溢。

汽车卸煤沟叶轮给煤机在汽车卸煤沟除尘室设置干雾抑尘装置，喷嘴随叶轮给煤机同步行走，单独设置水管、汽管的行走轨道，轨道设在叶轮给煤机上方(煤斗下方)。配供2套水缆，每套水缆长度约50 m。在汽车卸煤沟屋顶下方(地上部分)设置干雾抑尘装置，配供5套车位传感器。每个车位约为7 m×12 m，每个车位设置21只喷嘴。

汽车卸煤位进车口应设橡胶卷帘门，该门能上下升降，待重车进车位后将卷帘门降下，防止大风对干雾抑尘效果产生影响。

3.7利用脱硫废水进行煤场喷淋

电厂的脱硫废水很难回收利用，后续处理费时费钱，煤场喷淋采用脱硫废水解决了电厂的难题。为防止脱硫废水腐蚀管路与阀门，喷淋系统加设了工业水反冲洗。

脱硫废水中悬浮物质量浓度≤70 mg/L，Cl-质量浓度≤20 000 mg/L，溶解固形物质量浓度≤35 000 mg/L。

母管上的电动蝶阀带有过流过载保护，每只喷枪采用进口电动阀控制，能满足使用脱硫废水的要求，喷枪选用尼尔森牌。因该工程喷枪所用水为脱硫废水，喷枪过水面需进行硬质阳极氧化处理。

煤场喷淋装置采用程序控制和就地手动控制相结合的方式，煤场设置1个控制箱。程序控制通过PLC实现，喷洒时间可任意设定。

3.8部分带式输送机采用CST装置

对带式输送机而言，CST装置主要分为3类：变频设备，常规驱动装置外配电气CST装置，带湿式离合器CST装置。变频设备适合于频繁变速的场合，配置液力偶合器后，在软启动阶段电机转速偏低，功率传递不足；常规驱动装置外配电气CST装置在软启动阶段对减速器保护不力；CST装置将带式输送机的启动、停止、各种保护、张力调节和多电机驱动功率平衡等功能融合成一体，但投资稍高。进厂区C2带式输送机与进主厂房C6AB带式输送机采用CST装置，已获得浙江省能源集团有限公司的认可与推广。

CST技术具有以下优势。

(1)将减速器和软启动二合一，减小驱动系统整体尺寸。

(2)现场可调加速曲线，启动时间在30～300 s范围内可调。

(3)现场可调减速曲线，停车时间在30 s内可调(不是制动闸，等于或大于自然停车时间)。

(4)可调验带速度。最小验带速度在空载时为设计速度的20% 。

(5)每小时启动次数不小于5次。

(6)减速器的最大输出功率(力矩)可调，以保护带式输送机部件(胶带、滚筒、托辊及轴承)和驱动装置部件(齿轮及轴承)，避免过载的冲击。

(7)当功率超过设定最大值时，机械软启动装置将对控制系统发出故障信号。

(8)短时间停车时，不停主电机也能实现带式输送机的停机，延长了电机寿命。