储煤筒仓港口应用及褐煤存储安全管理标准研究

2023-12-05王野田长河李昕龙吴梦

科技资讯 2023年22期

王野　田长河　李昕龙　吴梦

摘要：以中电投锦州港口公司为例，简述露天堆场和筒仓的运行方式与原理，通过对比露天堆场与筒仓的自身特点和在港口中实际应用，分析两种储煤方式的优缺点，阐述现阶段港口储煤的最优方式。同时综合褐煤煤质特性和筒仓结构、特点，剖析密闭环境储煤时的安全隐患和风险隐患根源。针对筒仓作业、存储和清仓过程，分别制定安全管理标准，并建立完善的监测预警机制，最大程度降低筒仓储存安全隐患，旨在提高筒仓储存时间和生产安全，具有同行业推广应用价值。

关键词：港口筒仓安全运行技术储煤系统

中图分类号：TU753 中图分类号：A

Research on the Application of Coal Storage Silos in Ports and the Storage Safety Management Standards of Lignite

WANG Ye TIAN Changhe LI Xinlong WU Meng

（1.CPIC Jinzhou Port Co.， Ltd.，Jinzhou， Liaoning Province，121000 China; 2.SPIC Nei Mongol Energy Co.， Ltd.， Tongliao， Inner Mongolia Autonomous Region，028000 China）

Abstract： Taking the CPIC Jinzhou Port Co.， Ltd. as an example， this article briefly expounds the operation modes and principles of open-air storage yards and silos， analyzes the advantages and disadvantages of the two coal storage methods by comparing their own characteristics and practical applications in ports， and expounds the optimal methods for coal storage in ports at this stage. At the same time， based on the coal quality characteristics of lignite and the structure and characteristics of silos， this paper analyzes the safety hazards and the root causes of risk hazards when storing coal in the closed environment. It formulates safety management standards respectively for the operation， storage and clearance processes of silos and establishes a perfect monitoring and early-warning mechanism to minimize potential safety hazards in silo storage， aiming to improve the time of silo storage and production safety， which has the value of promotion and application in the same industry.

Key Words： Port; Silo; Safe operation technology; Coal storage system

中電投锦州港口有限责任公司储煤方式主要为筒仓和露天堆场综合方式存储，公司自2016年投产以来平均每年完成350万t集港作业量，由于进港铁路为集团产业链内部铁路公司，来港煤种较为单一，据统计，平均每年褐煤占比总量的96.7%。褐煤由于具有成煤时间短，是煤化程度最低的煤种，化学反应性强，含有较多的纤维分，以及高水分、高灰分、高挥发分和热稳定性差的特点，风干时易爆裂成碎煤，在煤场存储过程中易因氧化而发热^[1]，出现煤体自燃等安全问题，并导致煤质下降，严重威胁港口生产作业和煤炭存储安全，因此本文对于港口储煤筒仓的应用和褐煤存储安全管理标准的研究具有重大意义。

1露天堆场与筒仓储煤特点分析

目前，港口煤炭存储方式主要为筒仓和露天堆场两种。对于不同的方式存储煤炭具备各自特点。

1.1露天堆场的特点

露天堆场就是堆场上方不设任何棚盖等遮蔽物的堆场。依照堆积机型的不同，可形成条形和圆形两种料堆形式。国内专业化煤码头上的露天堆场基本为条形堆场（如图1所示）。堆取设备沿直线轨道行走，常用堆料机、取料机或堆取料机。

这种堆存方式灵活，可根据生产需要，将煤炭堆至堆场范围内的任意空闲位置，也可从堆场任意位置取料，便于煤炭按货主、煤种不同分区堆放。如果有煤炭作业要求，可通过控制不同取料机的取料量，采取带上混配的方式进行。条形堆场没有地下设施，运行环境好，煤炭自燃时便于处理。

1.2 简仓的特点

该种方式的储煤仓也被叫作圆形筒仓，是20世纪50年代不断发展演变而来的一种新型的储煤方式，当采用单一存储煤质或者不需要较大储存量时，多利用独立或单列方式，当储存量比较大的时候可以采用群仓的方式^[1-2]，具体情况如图2所示。

圆形方式的筒仓结构可以形成更大的容积，能有效地提高土地资料利用率。在进行装料操作时，带式输送机可以把煤炭散料倾斜到筒仓顶的落料口部位，从而有效地进入筒仓中，在进行卸料操作时，散料可以经过底部位置倒锥形卸料漏斗内，从而把煤炭装卸到带式输送机中实现转运。煤炭筒仓因为可精确控制其出料流量，适宜配煤精度要求较高的场所。

筒仓由于专业化程度和自身结构特点，较露天堆场具有以下优势。

（1）筒仓储煤自动化程度较高。筒仓存储及装卸流程简洁，便于中控操作，需要的操作人员较少；堆场堆取料流程复杂，自动化程度有限，需要操作人员较多。

（2）筒仓存储实现环保达标。因筒仓为封闭结构，在存取过程中，有较少粉尘，对外部环境和大气排放无污染；堆场由防风抑尘网构架结构建成，风力大于5级时，来流空气在棱形物料堆的上部绕流，使其表面的空气流动结构逐点不同，而料堆表面的空气动力学结构又决定着堆场的散尘机理及散尘量，以至于在作业和物料静置期间，在抑尘网最佳孔隙下，仍有部分颗粒流失和排放至空气中，造成周边环境污染^[3-4]。

（3）节省土地使用面积。锦州港口公司一期设计8座筒仓和1座应急堆场，设计储煤能力均为24万t，8座筒仓内径储煤区域直径40 m，占地面积约10 048㎡，应急堆场长442 m，宽37 m，占地面积约32 708㎡。相同储煤量，筒仓节约占地面积22 660㎡，筒仓空间利用率优于堆场。

（4）作业模式及效率更优。由于筒仓结构特点，煤炭堆取方式为先入先出，能够实现出旧存新，避免存煤自燃；堆场存取煤与筒仓相反，易发生存煤自燃；筒仓同时能够实现精准配煤和高效率装船；堆取料机取料过程中由于受到垛型和操作人员熟练程度影响，取料量呈现无规律曲线变化，取料量峰值波动变化迅速，极易超出设备最大能力，且波动变化造成带式输送机受到不均匀冲击载荷，影响设备使用寿命。而筒仓活化给料机定额控制，可实现给料量均匀缓慢变化，对转运设备冲击温和，配煤精度更高，更精准地控制装船作业量。

（5）筒仓存储，能有效降低人力资源。由于堆取料机需要专用操作员和巡视人员配合操作，增加管理成本，筒仓物料运输设备主要为卸料小车和活化给料机，相较于堆取料机等大型设备的维护保养工作量较小，节约维修成本和维修人员^[5]。

综上所述，筒仓具有自动化程度高、环保性优、运营维护成本低、空间利用率高，以及能够实现精准配煤和先进先出的作业模式等优点，是目前锦州港口公司煤炭存储方式的第一选择。

2筒仓存储安全性分析

进入筒仓的煤落差大，离析现象较严重，落料点中心区域煤炭颗粒度小，产生热量易于聚集，当存储煤放热速率大于周围环境散热速率时，引起煤体升温，达到着火点温度时引起煤体自燃^[6]。由于筒仓属于封闭环境，当内部煤体温度达到着火点温度时极易发生自燃或爆燃现象，因密闭性高，只能借助温度、有害气体检测装置分析存煤环境，无法直接进行观测，导致判断误差较大，且煤体发生自燃后处理具有一定的难度。

为了提高筒仓煤炭存储安全，最大限度提升存储时间和生产安全，编制筒仓存储安全管理标准有助于煤炭港口最大程度降低筒仓储存煤炭的安全隐患，降低运营成本。

3筒仓存储安全管理标准

3.1 筒仓作业要求

3.1.1 入仓作业

（1）作业要求。当筒仓进行入仓作业时，启动作业仓和相邻仓的仓顶房轴流风机（如当A5仓入仓作业时，启动A4、A5、A6仓仓顶房墙壁轴流风机），同时启动干式除尘系统；作业停止15min后关闭仓顶房轴流风机，退出除尘系统。

（2）粉尘浓度监测要求。作业前对卸料小车落料口和仓顶防爆轴流风机3 m直径工作空间内进行粉尘浓度检测。作业中与作业前粉尘浓度检测相同位置进行粉尘浓度测量。作業停止5 min后，与作业前粉尘浓度检测相同位置进行粉尘浓度测量。

3.1.2 出仓作业

（1）作业要求。当筒仓出仓作业时，作业开始做好仓底通风，保证空气流畅，降低扬尘和爆燃风险，作业结束后根据现场粉尘浓度关闭通风。而且每次出仓作业结束时仓底要存有8 m厚度煤炭，以防止入仓作业时由于块煤煤冲击仓体造成损伤。

（2）粉尘浓度监测要求。作业前对筒仓6台活化给料机出料口进行粉尘浓度检测，检测位置在检测点出料方面直径3 m范围内。作业中，与作业前检测点同一位置进行粉尘浓度测量，活化给料机连续出料15 min后测量。作业后流程停止后5 min内，与作业中检测点同一位置进行粉尘浓度测量。

3.1.3 超浓度处置措施

当粉尘浓度超过30 g/m?，入仓作业时立即开启仓顶轴流风机，出仓作业时立即开启仓底轴流风机，并将入仓作业流量降低至原作业量1/2，每隔3 min检测一次，当连续两次检测粉尘浓度均低于15 g/m?后，中控将流量分两次间隔10 min将作业流量缓慢恢复至原作业流量。

3.2 筒仓存储要求

3.2.1存储时间要求

筒仓存储上限为15天，存储时间以第一列煤炭入仓后起算，仓内煤炭全部排空后重置存储时间，存储上限可根据仓内温度数据不断积累进行相应调整。当筒仓存储煤炭到第13天时，当天白班值班主任要根据应急堆场煤炭库存量、堆存位置、垛位高度、煤种、装卸作业任务综合确定出仓煤炭堆存位置，有条件时，将存储煤炭均匀抛洒至垛面^[7-9]。

3.2.2气体检测要求

（1）筒仓有毒可燃气体报警与消除报警条件。当筒仓内存储时间、温度、一氧化碳（CO）、甲烷（CH₄）达到表1条件时，启动或撤销相应报警，报警信号条件根据《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计标准》（GB/T50493-2019）设定^[10]。

（2）仓内、外粉尘测量与控制。

①仓内粉尘浓度控制。测量方法：进仓作业时，手动开启仓顶防爆风机，在出风口1 m范围内用粉尘浓度检测仪检测。控制方法：当仓内粉尘浓度达到30 g/m?时，将作业量降低一半并继续检测，当粉尘浓度降低后分阶段缓慢回复给料量。

②仓外粉尘浓度控制。测量方法：出仓作业时，在出料筒仓活化给料机落料口1 m范围内测量粉尘浓度。进仓作业时，在卸料小车落料口1 m范围内测量粉尘浓度。控制方法：当测量的粉尘浓度达到30 g/m³时，降低作业量并持续检测，浓度降低后分阶段恢复作业量。

③粉尘浓度控制要求。每月10日、25日各进行一次入仓和出仓作业粉尘浓度测量，当日无相关作业时，顺延日期，直至完成测量为止。

（3）通风、充氮设备启停要求。

启停条件的相关参数由运行操作人员在中控手动输入，并于每月15日对启停参数校核。启停条件见表2。筒仓仓顶防爆轴流风机和仓顶房轴流风机由筒仓巡视就地开启，充氮系统由中控操作人员远程手动开启，调度员及时记录清晰仓号、开启原因、开启时间、开启时温度、甲烷、一氧化碳数值，以及关闭时间和关闭时温度、甲烷、一氧化碳数值^[11]。

除正常作业安排外，当出现以下情况时，必须立即将仓内煤炭排至堆场：①一氧化碳高于300X10-6；②仓内温度高于70 ℃；③仓顶或仓底产生大量浓烟；④仓顶或仓底持续性闻到明显异味。

3.3 筒仓清仓流程及要求

筒仓清仓流程见图3，启动排料流程后，非极特殊情况严禁随意停止流程；排料过程中各皮带机巡视重点跟踪出料经过段胶带情况，发现问题及时汇报；作业完成后筒仓巡视要确认清楚活化给料机内确实无余煤，方可停止作业流程。

4建议

筒仓具有自动化、集成化较高、环保性能好、使用维护成本低、占地面积小、空间利用率高等优势，在各煤炭港口广泛应用，但由于其密闭空间和煤炭自燃特性带来的内部自燃问题和爆燃隐患现阶段仍无有效、可靠方式控制或预防，本文中筒仓存储安全管理标准的严格执行可极大程度预防爆燃风险，具有同行业推广应用价值。

參考文献

[1] 曾彬，秦岭，张磊，等.褐煤不同组堆存储方式的研究[J].中国电力，2016，49（7）：109-112，117.

[2] 苏君利.煤码头露天堆场与封闭堆场的适用性分析[J].水运工程，2011（9）：154-158.

[3] 宋翀芳，彭林，白慧玲，等.露天堆场防风抑尘网的动力学数值模拟[J]. 环境科学研究，2014，27（7）：775-781.

[4] 宋翀芳，彭林，白慧玲，等. 露天堆场防风抑尘网后湍流结构及抑尘效率的数值模拟[J]. 中国环境科学，2014（7）：1690-1695.

[5] 董传博.港口大型储煤筒仓介绍及安全运行技术研究[C] //全国冶金自动化信息网2017年会论文集.，2017：216-219.

[6] 齐广辉.储煤筒仓的安全运行[J].内蒙古煤炭经济，2012（10）：71-72.