储煤设施容量计算方法与适用性研究

2018-05-31王洋

选煤技术 2018年2期

王洋

(中煤天津设计工程有限责任公司，天津 300131)

在煤炭生产与加工过程中，储煤是不可或缺的环节，储煤设施的容量是其中重要的性能参数，也是决定储存设施结构形式的关键因素之一。因此，正确计算储煤设施容量对工程设计和生产现场具有重要的指导作用。为了提高储煤设施容量计算的精度，前人做了大量研究工作，并提出多种计算方法，主要包括公式法、经验法和模型法。针对不同结构类型的储煤设施，分析了三种容量计算方法的适用性，并根据其特点提出了使用建议。

1 储煤设施类型

目前，我国的储煤设施主要分为封闭式储煤场、气膜穹顶混凝土球仓(简称“球仓”)及圆筒仓三大类。相较而言，封闭式储煤场和圆筒仓应用更早，也更为普遍；而球仓近些年才在煤炭储存领域得到一定的推广和应用。

(1)封闭式储煤场是在露天储煤场的基础上发展起来的，常见的如条形储煤场、全封闭圆形储煤场，根据实际生产需要，不同储煤场布置有堆取料机等存取煤机械。这种储煤场有助于改善周围环境，且具有地基处理费用低、建设周期较短的优势；但在同等容量条件下，其占地面积较大，装车效率较低[1]。

(2)圆筒仓是目前应用最广泛的一种存煤设施，能够实现一仓一品储存，在煤质复杂或储量较大时可以采用群仓形式。这种煤仓适用于中小型配煤厂，也可作为大型配煤企业的配煤仓[2]，其具有占地面积少、环保效果好、所需设备简单、运行成本低的优点，但储量小，吨煤造价较高[3]。圆筒仓结构如图1所示。

图1 圆筒仓结构示意图

(3)球仓是近些年引自国外的一种散料储存设施，具有容量大、建设周期短、施工受外界气温影响小、外形美观等优点，但其所需投资高，不适用于块煤存储。球仓结构如图2所示。

此外，露天储煤场和半开放式储煤场在我国也有应用，但随着国家对环境保护要求的提高，这两种储煤场已无法满足环保要求[4]，在工程设计与生产实践中不再采用。

2 计算方法

2.1 公式法

计算储煤设施容量的基本公式为

Q=γV，

式中：Q为储煤设施容量，t；γ为煤的堆密度，t/m3；V为储煤设施的有效容积，m3。

图2 球仓结构示意图

公式法计算的重点和难点是储煤设施的有效容积，常用储煤设施容量计算公式[5]如下：

(1)封闭式储煤场容量计算公式为

Q=F0khγ，

式中：F0为储煤场占地面积，m2；k为与煤堆有关的系数；h为煤堆的实际可能最大高度，m。

(2)圆筒仓容量计算公式为

Q=γ(V1+V2+nV3)，

V2=h1πR2，

V3= 0.2(L-a)(πR2+4a2)tanβ，

式中：V1为上部圆锥段体积，m3；V2为中部圆筒段体积，m3；V3为下部漏斗段体积，m3；n为漏斗数量；R为圆筒仓半径，m；α为物料堆积角，(°)；h1为中部圆筒段高度，m；L为排料口间距，m；a为排料口的边长，m；β为下部漏斗侧壁与水平面的夹角，(°)。

(3)球仓容量计算公式[6]为

Q=γ(V1+V2+V3+nV4)，

V2=h2πR2，

式中：V1为上部圆锥段体积，m3；V2为中部圆柱段体积，m3；V3为中部圆台段体积，m3；V4为下部漏斗段体积，m3；n为漏斗数量；R为球仓底部半径，m；h1为上部圆锥段高度，m；h2为中部圆柱段高度，m；h3为中部圆台段高度，m；r为中部圆台段下部半径，m；h4为下部漏斗段高度，m；R1为下部漏斗段上部直径，m；a为排料口边长的一半，m。

在计算过程中，k、γ的取值需要根据实际情况选择，详见表1。

表1 k与γ取值表[7]

采用公式法计算储煤设施容量时操作简单，速度较快；但计算过程繁琐且容易出错，结果不够准确，其不适用于几何结构复杂的储煤设施容量计算。

2.2 模型法

近年来，随着三维设计手段的推广与应用，基于模型法的储煤设施容量计算得到发展。以三维设计软件作为计算手段，对储煤设施内的存煤状态建模，通过参数设置即可迅速计算出同类储煤设施的容量[8]。以Solid works三维设计软件作为计算工具，以球仓容量作为计算目标时，计算草图如图3所示，计算结果如图4所示。