浅析煤场全封闭工程改造建设

2023-04-05李素凤

建材与装饰 2023年8期

李素凤

（晋控电力同华山西发电有限公司，山西忻州 034000）

0 引言

改革开放以来，随着我国电力工业的发展，封闭式或半封闭式储煤结构得到了广泛的应用。近年来，环保部门相继出台相关规定，明确提出大型煤堆、料堆要实现封闭管理。我国新建电厂一般要求建设封闭式煤场，而老电厂的煤场大多是开放式的或周围有防风抑尘网，无法满足国家和地方环保政策的要求，因此，有许多旧电厂煤场需要封闭改造。煤场采取封闭措施后，基本避免了传统露天煤场容易产生的粉尘问题，有效减少了煤场对周围环境的影响，也避免了由于雨水侵蚀而将大量煤污水排入雨水系统而造成的地表水污染。此外，煤场实施封闭改造后还可以有效减少煤风损失，减少经济损失。

1 建筑工程概况

根据环保要求，需对晋控电力同华山西发电有限公司一期煤场进行全封闭改造。本次改造范围为斗轮机煤场和汽车卸煤沟区域，斗轮机煤场封闭面积为23556m2，汽车卸煤沟区域封闭面积为7350m2，并进行水暖电、消防等系统的配套改造。斗轮机煤场和汽车卸煤沟区域封闭都采用钢结构弧形双层网架工艺技术。煤场封闭工程项目设计的使用年限是50 年，建筑耐火等级二级，屋面防水等级为Ⅱ级，抗震设防的类别是丙类，抗震设防的烈度是Ⅷ度。改造后满足山西环保厅《煤场污染防治技术规范》要求[1]。

2 改造过程

2.1 煤场现状

一期工程安装2 台660MW 机组，工程设计煤种及校核煤种均采用轩岗煤矿的焦家寨矿井、刘家梁矿井煤矿生产的烟煤，采用汽车卸煤。电厂现在实际用煤来自于梨园周边煤矿以及轩岗周边小煤矿的煤。电厂的水源采用刘家梁矿与焦家寨矿矿井疏干水。电厂以500kV 一级电压接入系统，出线2 回至忻州500kV 变电所，线路长度约45km。该工程于2007 年开工建设，2010 年6—7 月两台机组相继投产发电。

本工程厂址位于山西省原平市轩岗镇东北约5km处，龙宫村南侧。本项目煤场封闭改造是在已建成厂区范围内进行施工。由于在封闭煤棚施工过程中，煤场接卸、存取、运煤系统运行不能中断。

2.2 工程招标内容

山西晋控电力同华山西发电有限公司2 台660MW机组煤棚（一期煤场、汽车卸煤沟区域）封闭改造EPC总承包工程招标内容：①地基处理、基础（承台）、挡煤墙、道路等土建工程；②煤棚弧形网架结构；③煤棚围护结构体系；④煤棚相关机电设备；⑤消防、抑尘、监测、通风、照明、给排水、自动盘煤仪等相关体系。

2.3 煤场封闭结构形式

2.3.1 门式刚架结构

门式框架结构的组成部分包括由梁柱刚性连接、柱间支撑、刚性系杆、抗风山墙柱和围护结构组成的门式框架[2]。屋顶和墙面围护结构由檩条和涂漆钢板制成，其主要特点是受力简单，传力路径清晰，构件制造快速，易于工厂加工，施工周期短，工程成本低，易于维护。

门式刚架结构单跨跨度一般不大于36m，多为低矮型建筑，一般用于中小跨度煤场封闭，可采用连续多跨刚架增大储煤空间。受制于结构空间尺寸，储煤能力一般较小，存取煤主要依赖推煤机和自卸汽车，无法实现自动堆取。

2.3.2 管桁架结构

管桁架结构主要由两个方向的主桁架和副桁架、桁架间支撑和围护结构组成。屋面及墙面围护结构采用檩条和彩钢板。桁架杆件主要承受轴向压力或拉力，能充分利用材料的强度。节点处采用钢管与钢管直接焊接的相贯节点，主要特点有结构对煤场平面形状适应性较好、构件工厂化加工制作、现场施工组装、节约建设周期、结构坚固耐用以及易维护等。但由于管桁架均为焊接相贯节点，现场安装焊接工作量较大，对施工质量控制要求较高。该结构适用于中小跨度煤场封闭，能够适应各种煤场形状。它既能适应推煤机和自卸汽车的存取煤方式，也能适应斗轮机等自动存取煤设备。管桁架一般用于中小跨度的用钢量较小，跨度增大后则用钢量显著增大。

2.3.3 网架与网壳结构

网架与网壳结构是现今应用广泛的一种煤场封闭结构形式，根据体型可分为平面网架、柱面网壳结构和球面网壳结构。网架与网壳结构属于多次超静定结构，主要由杆件和节点组成，基本单元为三角锥和四角锥单元，通过基本单元的重复和组合，形成各种网架和网壳结构。常用的有三角锥、正交正放四角锥、正交正放抽空四角锥以及斜放四角锥等。围护结构采用檩条和彩钢板。杆件为轴心受力构件，材料强度能够充分利用。节点主要有十字交叉钢板节点、焊接空心球节点、螺栓球节点、直接汇交节点和焊接钢管节点。目前，中国最常用的接头是焊接空心球接头和螺栓球接头[3]。

网架与网壳结构整体性好，空间刚度大，抗震性能好；加工制作工厂化，杆件和节点定型化、商品化生产，投资较低；可以利用原有场地及堆取料设备，灵活划分为多个单元，可同时储存多个煤种；传力途径简洁，空间刚度大，抗震性能好；可实现自动化堆取煤，工期短，施工迅速；节点多，维护量大，费用高，占地面积大；满应力设计，安全余度小，高空作业时间长，安全风险较大；水平推力大，柱距小，基础工程量大，造价高[4]。

平面网架一般用于小跨度煤场封闭，下端采用独立柱支撑，高度需根据使用空间确定。网壳用于中大跨度煤场封闭，柱面网壳下端一般为独立柱，高度一般较低，球面网壳下端采用环形支撑方式，四周挡煤墙高度为10～25m。网架与网壳跨度为70～130m，一般用钢量为40～70kg/m2，跨度为70～90m。堆煤方式可以采用棚顶栈桥落煤和堆煤，装载机装车运输，也可以采用棚内堆取料机等设备进行堆取煤。条形煤场一般采用沿直线轨道行进的斗轮机或龙门架进行堆取煤。圆形煤场一般采用回转式斗轮机进行堆取煤。

2.4 规范要求

煤场封闭工程建设要符合《中华人民共和国环境保护法》《中华人民共和国大气污染防治法》《国务院关于印发大气污染防治行动计划的通知》（国发〔2013〕37号）、《山西省人民政府关于印发山西省落实大气污染防治行动计划实施方案的通知》（晋政发〔2013〕38 号）、《环境空气总悬浮颗粒物的测定重量法》（HJ 1263—2022）、《大气污染物综合排放标准》（GB 16297—1996）、《大气污染物无组织排放监测技术导则》（HJ/T 55—2000）、《防治城市扬尘污染技术规范》（HJ/T 393—2007）等法律法规加相关规范的要求[5]。

2.5 改造内容

两台660MW 机组煤棚（一期煤场、汽车卸煤沟区域）进行封闭改造。工程为超大跨度钢结构，弧形网架煤棚采用钢混结构。斗轮机煤场采用预应力管桁架方案封闭，尺寸为156m×151m，高度约40m；汽车卸煤沟区域采用网架方案封闭，尺寸为70m×105m，高度约35m。

封闭煤棚包括消防、抑尘、监测、通风、照明、给排水、自动盘煤等辅助设施。

2.6 污染控制技术要求

（1）本工程为超大跨度弧形网架结构，结构几何状态将直接影响杆件受力结果，为保证结构精度，结构应禁止在高空进行散拼焊接。施工方案要求用累积滑移法进行施工。

（2）煤场应按照不同行业特点采取密闭储存或严密围挡等措施，有效控制扬尘污染。

（3）煤场设置了洗车平台，运输车辆驶离煤场前应清洗轮胎及车身，不得带泥上路。煤场防尘喷淋洒水、洗车等应优先使用中水，并实现闭路循环。

（4）煤泥临时堆放场应采取防渗、防尘、防止雨水冲刷等措施，渗滤液应收集、处理。

（5）煤炭运输、装卸要求如下：①煤炭装卸应当采取密闭或者喷淋等方式防治扬尘污染。②煤炭运输应当采取密闭或者其他措施防止物料遗撒造成扬尘污染，鼓励铁路运输、全密闭箱式货车或集装箱运输、集中输煤走廓输送。

（6）煤场应当采取有效防自燃措施，防止大气污染。

（7）建成区内的煤炭堆煤场采用条形（矩形）煤场、半球形煤场和圆形煤场等密闭措施。

（8）扬尘治理设施属于大气污染防治环境保护设施，依据有关环境保护规定进行建设、验收、运行和管理；煤场封闭改造后按照《大气污染物综合排放标准》及相应行业污染物控制标准中颗粒物无组织排放监测布点，对防尘治理设施的运行、管理效果进行自行监测，并按当地环保部门的要求上报监测结果。

2.7 施工建设要求

2.7.1 建筑施工流程

建筑施工流程如下：灌注桩施工→承台施工→回填→挡墙施工。

2.7.2 电气系统要求

根据封闭区域的不同，供电方案需按区域考虑。照明及检修系统封闭煤场设正常照明及疏散照明。封闭煤棚光源采用三防型灯具，光源采用绿色环保的LED光源实现全覆盖照明。整套灯具具有免维护寿命长的优点。封闭煤棚照明采用时（光）控方式。

电气系统满足《发电厂和变电站照明设计技术规定》（DL/T 5390—2014）中照明主干线路上连接的照明配电箱数量不宜超过5 个的要求；满足《发电厂和变电站照明设计技术规定》（DL/T 5390—2014）8.4.5 条中每一照明单相分支回路的电流不宜超过16A，所接光源数或发光二极管灯具数量不宜超过25 个的要求。

2.7.3 煤场抑尘系统要求

封闭煤棚内部设有远程喷淋抑尘设备，以降低储煤场内粉尘散发，改善储煤棚内工作环境，喷枪流量、射程满足达到煤棚内全覆盖，根据现场实际情况再调整安装位置，实现全覆盖。

2.7.4 通风系统要求

汽车卸煤沟场地封闭尺寸为105m（跨度）×70m，一期煤场封闭尺寸为151m（跨度）×156m。封闭煤棚设置条形通风装置，室外空气由封闭煤棚下部百叶窗进风，由安装在屋面上的屋顶阻燃防爆防静电屋顶通风器排至室外。

2.7.5 采光系统要求

封闭煤棚采光带，采光带的宽度不小于1.5m；布置应满足煤棚外部美观要求和封闭煤棚EPC 总承包采光要求；采光带总面积大于彩钢板面积的15%。

2.7.6 消防系统要求

采用防爆型自动跟踪定位消防炮灭火系统进行保护，设计依据为《固定消防炮灭火系统设计规范》（GB 50338—2003）。

采用防爆型自动跟踪定位消防炮灭火系统进行保护，2 座条形煤场周围设置消防环网，水源接消防给水管网。本工程封闭式储煤场室内消防炮的一次消防用水量按80L/s 计，消防炮出口所需压力为0.8MPa，火灾延续时间根据规范取1h。消防炮沿高空马道安装，保证室内任何一点均有两股水炮喷水能同时到达。汽车卸煤沟煤棚封闭区域布置6 门消防炮，一期封闭储煤场区域布置8 门消防炮。室内消防炮系统环状管网管径为DN200，埋地管道选用无缝钢管，架空管道选用内外热镀锌无缝钢管。消防炮启动方式有自动、远程手动和现场应急手动等启动方式。

当室内储煤场内火灾探测系统自动报警，现场可自动红外感应着火点，自动启动消防炮，同时可以实现由运行人员经监视系统确认火情后，用远程控制方式开启消防炮进行灭火，此时值班人员通过操作安装在控制室上的按钮来选择并启动相应的消防水炮，并操纵消防炮的回转和俯仰动作，以及电动阀门的开关动作。值班人员也可至室内储煤场，根据着火源位置，通过每台炮配套的现场控制柜在现场操纵消防炮的回转和俯仰动作，以及电动阀门的开关动作来实施灭火。

2.7.7 给排水系统要求

本项目为煤场封闭改造工程，将原有的煤场进行全封闭改造。共有2 个封闭煤场。煤场封闭后完成了洒水抑尘和消防给水系统。

2.7.8 自动盘煤设备

本项目改造完成后，共有2 个封闭煤场。安装了2个煤场自动盘煤装置。

2.7.9 主要建筑材料规格

混凝土强度等级：C15～C40。

钢筋：HRB300、HPB400。

钢梁、钢柱、起吊梁、檩条及支撑材料：Q235、345 级钢。

焊条：E43××、E50××型。

钢结构厂房外墙、屋面材料：单层彩钢板。

混凝土、钢筋、钢材建筑材料等均应满足现行国家标准设计规范。建筑构、配件可选用有了资质、信誉好的生产厂家供应。

煤场封闭工程完成后，依次进行了各项竣工验收，达到了环境治理目的，本工程全面开展了过程质量创优，依据“电力工程建设安全生产标准化”，投标人依据“工程创优规划”要求，全面建立了质量创优体系，获得由山西省钢结构协会颁发的2021 年“三晋钢结构样板工程”荣誉证书。