日照煤炭筒仓装卸工艺系统设计

2021-08-25梁孝诚崔建勋

港工技术 2021年4期

梁孝诚，崔建勋

（中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300220）

引言

目前我国粘结性强、结焦性好的炼焦煤资源主要集中在山西，中国其他地区乃至国外高强度的炼焦煤资源日益稀缺匮乏。根据日照港石臼港区南作业区规划及日照港石臼港区东煤南移工程的建设情况，山西焦煤集团拟在东煤南移工程堆场西侧，建设煤炭筒仓及专业化煤炭堆场，进行单一煤种的精确混配作业。本文结合该工程的工艺设计进行分析研究，简析了煤炭筒仓的设计要点。

1 装卸及配煤工艺系统

本工程原料煤依托日照港东煤南移工程堆场进行堆存，东煤南移工程带式输送机系统预留接口，为本工程供给原料煤，采用筒仓方式进行原料煤混配作业，按照每批次配煤总量要求，根据配煤比例将原料煤取装进筒仓，经筒仓下给料设备计量，落料至出仓带式输送机，原料煤在带式输送机多次转接和堆入成品煤堆场的过程中实现均匀混配。

装卸及配煤工艺系统可划分为铁路卸车系统、码头卸船系统、码头装船系统、配煤系统、配前煤、配后煤堆场堆存系统以及采制样系统。其中铁路卸车系统、码头装船系统利用日照港东煤南移工程相关设施设备，码头卸船系统依托日照港14#、15#泊位设施设备，接卸原料煤依托日照港东煤南移工程堆场进行堆存。根据出仓带式输送机的布置形式，进行方案对比分析。

2 设计方案

2.1 设计方案1

1）铁路卸车系统

本工程设计年配煤量为1 000 万t，其中700万t 为铁路来煤，依托日照港东煤南移工程翻车机房进行铁路卸车作业，接卸原料煤直接堆存至东煤南移工程堆场；同时，考虑远期铁路来煤直配作业，远期可将本工程BJ2 带式输送机尾部延长，并设置固定接料漏斗，由东煤南移工程堆场最西侧堆料机给料至接料漏斗，从而进入本工程工艺系统。

2）码头卸船系统

除了700 万t 的铁路来煤以外，本工程300 万t原料煤为水上来煤，依托日照港14#、15#泊位进行卸船作业。日照港14#、15#泊位近期采用通用作业模式，码头采用门座起重机进行卸船作业，并在门机陆侧轨后方设置缓冲堆场，采用流机进行倒运；远期考虑进行专业化改造，改造后卸船原料煤可直接经带式输送机输送至东煤南移工程堆场堆存。

3）码头装船系统

本工程年配煤量为1 000 万t，配后成品煤全部依托日照港南5#～7#泊位进行装船外运。本项目带式输送机与日照港东煤南移工程（预留）带式输送机采用伸缩头转接形式，通过伸缩头可实现工程堆场内物料通过（预留）带式输送机至东煤南移工程任意台装船机进行装船作业。

4）原料煤堆场堆存系统

铁运、水运原料煤均依托日照港东煤南移工程西侧堆场进行堆存，并利用其堆取料设备进行堆码垛作业。

5）煤炭筒仓

本工程共设6 座煤炭筒仓，南北排成一列。筒仓顶部设仓顶房，采用卸料小车进行卸料，每座筒仓顶设6 个进料口，由卸料小车进行定点卸料；仓底布置两条出仓带式输送机，每座筒仓底设4 个卸料口，由平板闸门控制卸料口的开闭，并在其下方配备1 台带计量功能的带式给料机，根据预设配煤比例及计量设施反馈的结果，实时调整带式给料机的给料能力，将物料输送至出仓带式输送机上。

6）成品煤堆场堆存系统

结合实际场地条件及工艺流程需求，本工程采用长条形露天堆场进行堆存。于煤炭筒仓东侧设置1 条坝基，沿坝基两侧布置2 条堆场，每条煤炭堆场有效堆存长度约455.5 m，其中一条料堆宽度为35 m，堆高13.5 m，另一条料堆宽度为45.5 m，堆高14 m，总堆存容量约为17.02 万t，采用“双线双机”的作业形式：坝基上布置1 条堆料带式输送机、1 条取料带式输送机，对应的布置1 台堆料机、1台取料机。

7）采制样系统

配煤质量的保障取决于对原料煤质量的验证以及对成品煤质量的把控，这就需要实时有效地进行采样制样，以便对样本做进一步的化验分析。

本项目采制样分为两部分，其一是本项目内的采制样，检验配煤质量并反馈配煤设备工作情况；其二是日照港东煤南移工程装卸系统的采制样，检验原料煤质量及成品煤装船交接质量。

本项目内其主要基本要求如下：

①对配煤前的原料煤进行在线采样，原料煤采样装置布置在BJ2 带式输送机靠近头部的位置；

②对配煤后的成品煤在线采样，成品煤采样装置布置在BJ5 带式输送机靠近头部的位置；

③品质检验工作应满足国家标准质量要求及检验效率满足生产需求；

④对用户生产出的焦炭质量进行研究和反馈性评价。

2.2 设计方案2

工艺方案2 与工艺方案1 大体相同，主要区别在于工艺方案2 设置一条出仓带式输送机，位于筒仓东侧。筒仓卸料至带式给料机（无计量功能），由带式给料机给料至BP 带式输送机，经BP 带式输送机计量并反馈给带式给料机，实现双回路调节，而后将物料输送至出仓带式输送机。

图1 双回路调节精准度控制原理图

3 工艺流程

3.1 工艺方案1

1）原料煤进仓混配

（原料煤堆场→堆取料机/取料机→带式输送机）→转接机房→BJ1 带式输送机→BJ2 带式输送机→BJ3 带式输送机→卸料小车→煤炭筒仓→计量带式给料机→带式输送机→BJ5 带式输送机→BD1带式输送机→堆料机→成品煤堆场

2）成品煤取装船

成品煤堆场→取料机→BQ1 带式输送机→BJ6带式输送机→TP1 转接机房→（带式输送机→码头带式输送机→装船机→船舶）

3）出仓成品煤直装船

煤炭筒仓→计量带式给料机→BJ4-1/BJ4-2 带式输送机→BJ5 带式输送机→BQ1 带式输送机→BJ6 带式输送机→TP1 转接机房→（带式输送机→码头带式输送机→装船机→船舶）

4）半成品煤回仓再配

成品煤堆场→取料机→BQ1 带式输送机→BJ2带式输送机→BJ3 带式输送机→卸料小车→煤炭筒仓→计量带式给料机→BJ4-1/BJ4-2 带式输送机→BJ5 带式输送机→BD1 带式输送机→堆料机→成品煤堆场

装卸及配煤工艺流程方案1 见图2。

图2 装卸及配煤工艺流程方案1

3.2 工艺方案2

1）原料煤进仓混配

（原料煤堆场→堆取料机/取料机→带式输送机）→TP1 转接机房→BJ1 带式输送机→BJ2 带式输送机→BJ3 带式输送机→卸料小车→煤炭筒仓→带式给料机→计量BP 带式输送机→BJ4 带式输送机→BJ5 带式输送机→BD1 带式输送机→堆料机→成品煤堆场

2）成品煤取装船

成品煤堆场→取料机→BQ1 带式输送机→BJ6带式输送机→TP1 转接机房→（带式输送机→码头带式输送机→装船机→船舶）

煤炭筒仓→带式给料机→计量BP 带式输送机→BJ4 带式输送机→BJ5 带式输送机→BQ1 带式输送机→BJ6 带式输送机→TP1 转接机房→（带式输送机→码头带式输送机→装船机→船舶）

4）半成品回仓再配

成品煤堆场→取料机→BQ1 带式输送机→BJ2带式输送机→BJ3 带式输送机→卸料小车→煤炭筒仓→带式给料机→计量BP 带式输送机→BJ4 带式输送机→BJ5 带式输送机→BD1 带式输送机→堆料机→成品煤堆场

装卸及配煤工艺流程方案2 见图3。

图3 装卸及配煤工艺流程方案2

4 设备选型

4.1 水平运输设备

1）工艺方案1

①取料入仓及取料装船带式输送机系统

取料入仓带式输送机系统能力与日照港东煤南移工程9#～11#堆场取料系统设备能力相同；取料装船带式输送机系统与日照港东煤南移工程取料装船系统设备能力相同。

然而,当两区域OLR负相关时,情形却非常不同。热带西北太平洋仍处于下沉区域,而热带东南印度洋则有显著的上升运动和对流增强时,在Box-A和Box-B间形成了完整的斜向的垂直环流(图6b)。这种垂直环流在西北太平洋与热带东南印度洋的相互作用中起到了非常重要的作用。这里与图5的分析结果一致,也与图3b,图4d、4e、4f所示的非绝热加热异常扰动相一致。所以,OLR在Box-A和Box-B上的负相关表明了这两个地区存在着明显的相互影响,且垂直环流圈或为这两个地区联系的重要途径之一。

因此，BJ1/BJ2/BJ3/BQ1/BJ6 带式输送机：额定能力6 000 t/h，带宽2.2 m，带速4.3 m/s。

②出仓堆存带式输送机系统

BJ5/BD1 带式输送机：额定能力6 000 t/h，带宽2.2 m，带速4.3 m/s。

BJ4-1/BJ4-2 带式输送机：额定能力3 000 t/h，带宽1.8 m，带速3.5 m/s。

2）工艺方案2

①取料入仓及取料装船带式输送机系统

因此，BJ1/BJ2/BJ3/BJ6/BQ1 带式输送机系统：额定能力6 000 t/h，带宽2.2 m，带速4.3 m/s；

②出仓堆存带式输送机系统

BJ4/BJ5/BD1 带式输送机：额定能力6 000 t/h，带宽2.2 m，带速4.3 m/s。

BP 带式输送机：额定能力800 t/h，带宽1.2 m，带速2.5 m/s。

4.2 配煤系统设备

1）筒仓顶卸料小车

本工程在筒仓顶部设仓顶房，仓顶房内配备一台卸料小车，串联在仓顶带式输送机上，并通过卸料小车头部三通落料管进行双侧定点卸料，将不同种类原料煤卸料至各个筒仓内部进行堆存，等待原料煤出仓混配，卸料小车额定能力6 000 t/h，轨距4.2 m。

2）筒仓底给料计量设备

工艺方案1 在仓底卸料口沿线布置两条出仓带式输送机，采用带式给料机（带计量功能）进行给料计量，本次设计选用带式给料机额定能力100～600 t/h，准确度等级0.5 级。

工艺方案2 在筒仓东侧布置一条出仓带式输送机，由带式给料机（不带计量功能）给料至BP 带式输送机（带计量功能），而后由BP 带式输送机将物料输送至出仓带式输送机。本次设计选用带式给料机额定能力400 t/h，BP 带式输送机额定能力800 t/h，准确定等级0.5 级。BP 带式输送机可将计量数据实时反馈给给料机，从而指导给料机进行给料能力调控，实现双回路调节，保障煤炭配比。

3）煤炭筒仓

筒仓内径18 m、净高约38 m、仓容5 000 t，采用钢筋混凝土四锥斗结构形式，具有使用寿命长、维护量小等优点。卸料通道采用双曲线截面，采用不锈钢材质，外围有电伴热及保温层，为防止可能出现的膨仓，同时在筒仓四周预留空气炮位置，当筒仓内部出现仓壁挂料，或局部物料粘结等情况，可采用空气炮进行及时清理。筒仓顶采用固定多点卸料形式，每座筒仓顶设6 个进料口，实现筒仓内物料的均匀堆存，从而充分利用筒仓容积。

4.3 成品煤堆场设备

本次设计的两个工艺方案堆场布置相同。在筒仓东侧设一条坝基，坝基两侧设两条露天堆场，，采用“双线双机”的布置形式，坝基上布置一条堆料线和一条取料线，并对应配备一台堆料机和一台取料机，其中堆料机布置在取料机的北侧，能够有效提升堆料机、取料机在坝基上的走行范围，从而提升堆场利用率，提高堆场堆存容量。

堆料机主要技术参数：额定能力6 000 t/h，轨距12 m，回转半径35 m；

取料机主要技术参数：额定能力6 000 t/h，轨距12 m，回转半径48 m。

4.4 采制样设备

本次设计将采制样设施布置在BJ2 带式输送机及BJ5 带式输送机靠近头部位置，分别对原料煤及成品煤进行采制样分析。采样装置由初级采样机、一次给料机、破碎机、二次给料机、缩分器、样品收集器、斗提机、电控系统及一些钢结构附件组成，最终样品收集在防尘、防水的收集器中，收集器为自动旋转换位式，整个采制样设备可实现无人值守全自动采制样。

4.5 其它设备

各转接机房及仓顶房内设置维修用的电动葫芦或手动葫芦，起重量满足使用要求；在煤炭进出堆场的带式输送机适当位置设置除铁器和除杂装置，以确保煤炭质量及带式输送机运行安全。

5 煤炭筒仓设计要点

5.1 煤炭筒仓的结构型式、容量及数量的确定

1）筒仓的结构形式

从结构形式来看，筒仓一般可划分为平底仓和锥底仓，其中平底仓适用于贮存流动性较好的物料，如大豆、玉米等粮食物料；结合国内外煤炭筒仓的应用情况，贮存煤炭的筒仓一般采用锥形底结构形式，以方便物料出仓，减少清仓作业量。

从建设材质来看，又可划分为钢结构筒仓和钢筋混凝土筒仓两种形式。钢结构筒仓自重轻、价格便宜、施工较简单、施工周期短，但仓壁较薄，受外界温差变化影响大，容易产生湿料、挂料情况，难以清理。而钢筋混凝土筒仓虽然价格相对较高，施工周期较长，但维护保养工作量小，受外界温差影响小，仓壁光滑，不易挂料。从长期使用性能和存储质量等方面考虑，本工程推荐采用钢筋混凝土筒仓。

2）筒仓容量及个数确定

筒仓容量决定配煤系统的投资和可操作性。容量过小会导致筒仓供料设备、取料机断断续续取料，取料能力不能有效利用，增加取料机在各个煤种之间的移机次数，从而增大能耗；容量过大势必造成筒仓高度及内径的增加，从而导致筒仓建设难度加大、能耗提升，经济性降低。

在工程实际中，筒仓容量及个数一般需要综合考虑多种因素考虑，如年配煤作业量、年运营时间、配煤种类、成品煤装船船型（或装车车型）、投资、作业效率、作业不平衡等，并充分结合建设方意见进行设计，具体问题具体分析，进而确定筒仓容量及数量。

5.2 煤炭进出筒仓工艺设计

原料煤进仓：本工程原料煤堆场依托日照港东煤南移工程堆场堆存，待有配煤任务后，由东煤南移工程堆场取料设备进行取料作业，将物料转接至本工程带式输送机系统，通过筒仓顶卸料小车进行仓顶多点卸料作业，将原料煤堆存至指定的筒仓内，等待配煤作业。

出仓配煤：本工程推荐采用四锥斗混凝土筒仓，在筒仓底布置两条出仓主带式输送机，当所需原料煤完成入仓后，筒仓开始卸料配煤，物料在出仓、转接、输送过程中完成混配均匀，而后堆存至成品煤堆场或进行直装船作业。

5.3 成品煤堆存工艺设计

结合本工程实际用地情况，在煤炭筒仓东侧设置长条形露天成品煤堆场，设置1 条坝基，沿坝基两侧布置2 条堆场，采用“双线双机”的作业模式，即在坝基上布置1 条堆料作业线、1 条取料作业线，同时配备1 台堆料机和1 台取料机，能够减少轨道梁建设投资，增大成品煤堆场容量，从而满足年配煤作业量的堆存要求。

5.4 配煤精度保障工艺设计

在配煤过程中，各原料煤的配比十分重要，需要高精度的计量设备，保证各原料煤的精确配比，从而确保成品煤质量。本工程推荐采用带计量功能的带式给料称，给料能力为100～600 t/h，准确定等级0.5 级，能够有效保证配煤精度。同时为了保证给料称计量数据真实可靠，设计时还需考虑采用实物对给料称进行校验：通过港区内流动机械装载一定物料，通过计量精度达到1 %的汽车衡计量后，将物料卸入原料煤堆场，而后由取料机将该部分物料取出，由带式输送机将该部分物料输送至已完成清仓作业的筒仓内，而后进行出仓作业，统计给料秤计量数据，进行前后比对，从而实现对给料称计量精度的校验。