封闭式充气膜储煤场在内蒙古上海庙鄂西物流园区项目的应用_张凯.pdf

封闭式充气膜储煤场 在内蒙古上海庙鄂西物流园区项目的应用 张 凯 中煤天津设计工程有限责任公司, 天津 300120 摘 要 结合内蒙古上海庙鄂西物流园区储煤设施的设计方案, 阐述了目前常用封闭式储 煤场的结构型式, 分析对比了各结构型式的优缺点, 最终确定了适合上海鄂西物流园区充气膜 封闭式储煤场的技术方案; 介绍了充气膜储煤场的技术特点, 以期为物流园区的储煤场设计提 供借鉴。 关键词 充气膜; 储煤场; 结构; 物流园区 中图分类号 TD564 文献标识码 A 文章编号 1005-8397202008-0018-04 收稿日期 2020-07-06 DOI 10. 16200/ j. cnki. 11-2627/ td. 2020. 08. 005 作者简介 张 凯1986, 男, 满族, 河北承德人, 2010 年毕业于中国矿业大学机械工程及自动化专业, 工学学士, 中煤天津设计工 程有限责任公司工程师。 引用格式 张 凯. 封闭式充气膜储煤场在内蒙古上海庙鄂西物流园区项目的应用 [J]. 煤炭加工与综合利用, 20208 18-21. 内蒙古上海庙鄂西物流园区隶属于内蒙古上 海庙鄂西物流有限责任公司, 是集煤炭储存、 选 配、 运销为一体的大型煤炭物流园区。 项目位于 上海庙能源化工基地, 地处呼和浩特、 包头、 银 川经济带, 介于宁东、 蒙西两大经济板块之间, 与全国十三个亿吨级煤炭生产基地之一的宁东能 源化工基地毗邻, 处于我国西煤东运、 北煤南运 的结合部, 区位优势明显。 项目总建设规模为 30. 0 Mt/ a, 分两期建设, 一期项目建设规模为 5. 0 Mt/ a。 为避免储存的原煤受到恶劣自然环境影响, 防止煤尘随风飞扬, 浪费资源, 污染环境[1], 在 物流园区设计时, 同步设计储煤设施。 根据计 算, 储煤设施的容量为 16 万 t。 1 常用封闭式储煤场结构 目前常用的封闭式储煤设施主要有圆筒仓、 槽仓、 圆形封闭式储煤场、 矩形封闭式储煤场 4 种型式。 1. 1 圆筒仓 圆筒仓是目前设计中采用最多的储煤方式, 规格齐全, 通常与物流园区配套建设, 存储原 料煤或产品煤, 可分类存储多品种煤炭。 一般 情况下, 不同种类的煤炭对应存储在单独的筒 仓内, 可实现精准配煤。 目前国内建设的圆筒 仓直径一般为 15 m、 18 m、 22 m 和 30 m, 最 大直径可达 45 m。 直径 22 m 以下的圆筒仓通常采用钢筋混凝 土结构, 30 m 以上的圆筒仓多采用预应力钢筋 混凝土结构。 仓上采用带式输送机或刮板输送机 进行配仓, 仓下通常设置环式给煤机或振动给煤 机取料, 再通过带式输送机将储存的煤炭转运至 装车站等后续工艺系统。 圆筒仓具有以下优点 ① 技术成熟, 后期 维护简单; ② 自动化程度高, 可实现无人值守, 煤炭的存取可通过集控实现, 管理方便; ③ 环 保性能好, 煤炭产品不落地, 不受外界环境影 响, 可实现精细化配煤。 其主要缺点为 ① 地基处理费用高、 建设 周期长[2]; ② 吨煤储量投资高, 且其储量较大 时仓体高度较高, 煤炭产品爬升高度大, 电能消 耗高, 后期运行费用相对较高; ③ 施工工期较 长。 若储煤设施采用圆筒仓, 则需新建 6 座直径 30 m 的圆筒仓。 81 煤炭加工与综合利用 COAL PROCESSING ② 采用半地下结构, 作业高 差较低, 后期运行费用低; ③ 环保性能好。 其主要缺点为 ① 吨煤储量投资较高; ② 土建施工难度较大, 对地形要求较高, 地形不可 利用则土方开挖量大[4]; ③ 施工工期较长。 储煤设施若采用槽仓形式, 需要一座长 260 m, 宽 50 m 的槽仓, 地下部分深度约 18 m。 1. 3 圆形封闭式储煤场 圆形封闭式储煤场下部通常设有钢筋混凝土 挡墙, 上部采用半球面网壳结构进行维护。 内部 多采用落煤塔型式或回转式堆取料机型式实现煤 炭的堆存, 储煤场下方设有返煤地道, 通过给煤 机或回转式堆取料机取料。 储煤场直径一般为 80 m、 90 m、 100 m、 120 m。 圆形储煤场的优点为 ① 单位面积存储量 大, 吨煤储量投资相对较低; ② 采用全封闭结 构设计, 对周围环境无影响, 环保性能好; 其主要缺点为 ① 建成后无法延伸扩建, 且中心柱及地下结构工期较长, 设备和结构造价 较高[5]; ② 煤场存在死角, 需要推煤机辅助作 业; ③ 不适合作为多煤种分类存储的储煤设施。 由于本项目要求较高的自动化水平, 如采用 圆形储煤场作为储煤设施, 内部采用回转式堆取 料机作业, 需建设 2 座直径 100 m 的圆形储煤场 单座储量 8 万 t可满足项目需求。 1. 4 矩形封闭式储煤场 矩形封闭式储煤场的建设储量规模比较灵 活, 与其余型式的储煤场相比, 储煤量上限高, 空间较为充裕。 在封闭结构方面, 矩形储煤场的 建筑结构一般可以采用钢网架彩钢板结构以及 气膜结构[6]。 内部采用栈桥落煤或者堆取料机进 行作业。 1. 4. 1 钢网架彩钢板结构 此种结构型式采用网架结构围护, 顶部设计 有环形采光带, 内部安装有煤尘、 瓦斯、 温度、 通风及除尘设备与仪器。 钢网架结构优点为 ① 平面布置灵活, 空 间受力性能好, 维护便捷, 非常适合大跨度、 吊 载重的工业建筑[7]; ② 土建工程量相对较小, 施工周期较短; ③ 适宜分类存储不同品种的煤 炭; ④吨煤储量投资相对较低。 主要缺点在于 ① 网壳的矢高很大时, 增 加了屋面面积和不必要的建筑内部空间; ② 占 地面积相对较大; ③ 煤场存在死角, 需要推煤 机辅助作业。 1. 4. 2 气膜结构 气膜式储煤棚的基本原理是依靠煤棚内、 外 的压力差将一定造型的膜支撑起来[8], 在锚定、 充气后, 配以钢缆系统, 使之成为能抵御风、 霜、 雨、 雪的封闭式煤炭储运建筑。 气膜式储煤棚的优点为 ① 全密闭、 重量 超轻、 跨度超大、 投资低、 能转移使用; ② 土 建施工速度快, 内部无梁柱, 建设周期短; ③ 采用全智能监控体系, 可对储煤场进行实时监 测; ④ 设施易于维护, 运行费用低。 其主要缺 点为 需长期充气、 保证压差, 有一套空气调节 系统, 对控制要求高。 图 1 气膜式储煤场外形 该技术在国内相关领域已经有不少成功的先 例, 国内部分已完成充气膜封闭式储煤场项目见 表 2。 储煤设施若采用矩形封闭式储煤场型式, 需 要建设 1 座长 400 m, 宽 120 m 的矩形封闭式储 91 2020 年第 8 期张 凯 封闭式充气膜储煤场在内蒙古上海庙鄂西物流园区项目的应用 ChaoXing 煤场, 内部配置堆取料机进行堆取料作业。 表 2 国内部分已完工充气膜封闭式储煤场项目 工程名称 建设规模 面积/ m2跨度/ m 状态 神华巴彦淖尔能源有限责 任公司选煤厂煤场封闭 23 200 /44 000 100/110已完工 河北兴泰发电有限责任公 司煤场封闭 21 62094已完工 国家能源集团王曲煤场封 闭项目 35 640180已完工 漳泽发电分公司煤场封闭 工程 19 80090已完工 榆林汇通热电有限公司煤 场环保封闭改造工程 7 70070已完工 胜利油田东营港城热电厂 项目 40 600140已完工 2 储煤场结构型式比选 储煤系统是物流园区建设的核心, 决定了项 目的建设规模和投资水平。 结合内蒙古上海庙鄂西物流园区项目的实际 情况, 对几种储煤设施进行了技术经济对比, 详 见表 3。 由表3 可见, ① 圆筒仓及槽仓造价远高于圆 形及矩形封闭式储煤场, 施工工期也相对较长; ② 圆形封闭式储煤场与矩形封闭式储煤场钢网 架结构造价及施工工期相近, 但单座圆形封闭 式储煤场仅能存储单一煤种, 不适用于掺配煤种 较多的情况; ③ 矩形封闭式储煤场充气膜结 构造价最低, 施工工期最短。 表 3 封闭式储煤场结构形式技术经济对比 比较项目圆筒仓槽仓 圆形封闭式储煤场 矩形封闭式储煤场 钢网架结构充气膜结构 储量/ 万 t16 16 16 16 16 规模ϕ30 m6 座260 m50 mϕ100 m2 座400 m120 m400 m120 m 贮煤回取率/ 100100909090 建设周期/ 月71071056563 运行维护维护量较小 需定期对上部大跨度 钢结构进行维护 同槽仓同槽仓维护量较小 造价/ 元t -1 1 0001 4005001 000350450300450200300 注 造价按照地面建筑造价, 近似按吨煤成本统计。 内蒙古上海庙鄂西物流园区项目建设厂址平 坦, 无可利用地形, 且地下水位较高, 如采用槽 仓, 土方开挖量大, 基坑处理施工困难, 投资较 高; 物流园区需要的仓储能力较大16 万 t, 需 存储的煤产品种类较多, 如采用圆筒仓则会导致 煤仓数量过多, 投资太大, 因而不适宜采用; 而 圆形封闭式储煤场仅能储存单一煤种, 同样不适 应园区多煤种存储的需要。 经比较可知, 矩形封 闭式储煤场比较适合上海庙鄂西物流园区储煤设 施的建设。 钢网架结构需定期对上部钢结构进行 维护, 相对于钢网架结构, 充气膜结构维护量 小, 造价较低, 同时施工工期更短。 因此, 上海 庙鄂西物流园区最终采用了充气膜封闭式储煤场 作为储煤设施。 3 储煤设施工艺及特点 上海庙鄂西物流园区一期项目建设充气膜结 构封闭式储煤场一座, 封闭式储煤场外形尺寸为 400 m120 m43 m, 顶部为圆拱形充气膜围护, 底部周圈设置 3 m 高钢筋混凝土挡墙, 内部采用 悬臂式堆料机与刮板取料机相结合的布置型式 见图 2, 规划有 8 个独立的货位, 每个货位的 储量是 2 万 t, 总储量为 16 万 t, 8 个独立货位可 实现不同规格原料煤的分类储存。 充气膜封闭式 储煤场中采用悬臂式堆料机刮板取料机的布置 型式, 节约占地空间、 自动化水平高, 为国内 首创。 充气膜封闭式储煤场膜材采用高耐候、 抗腐 蚀、 自洁性好的 PVDF 膜材, 工厂成品制作, 现 场无施工污染。 膜材满足 GB 86242012 建筑 材料及制品燃烧性能分级 燃烧性能 B1 级防火 要求, 符合国家消防标准。 为保证充气膜有足够的抗风载和雪载能力, 气膜表面设置斜向交叉加密型钢缆网系统。 采用 02 煤炭加工与综合利用2020 年第 8 期 ChaoXing 高强度、 防老化、 防锈处理的钢芯热镀锌钢缆, 外包 PE 保护层。 储煤场受力不依赖于膜材本身, 而是通过斜向钢缆系统将力均匀传递并分摊到基 础上。 内部的压力可以根据天气变化进行调整, 当天气恶劣时内部压力升高, 提高气膜建筑的 刚性。 图 2 充气膜储煤场剖面 储煤场配备有智能控制系统。 智能控制系统 是整个充气膜设施的核心、 大脑, 控制着气膜所 有设备的运行[9]。 智能控制系统收集室内外各种 传感器的数据包括气膜内压感应、 室内空气质 量感应、 室内分层温度感应、 瓦斯感应、 一氧化 碳感应、 粉尘感应、 室外风压感应、 室外雪荷载 感应、 视频监控系统等, 24 h 对内部粉尘浓度、 气压、 温度及室外风压、 雪载荷等监控, 实时将 各种数据传回智能化机电控制系统, 系统根据采 集到数据自行分析控制通风换气设备, 保障储煤 场安全、 平稳运行。 4 结 语 煤炭物流是煤炭产业满足国家能源需求、 推 动经济建设和创造价值的重要环节[10]。 随着国 家和地方环保力度的加大, 煤炭露天堆放已不能 满足环保要求, 封闭式储煤场成为煤炭物流园区 设计中的一种必然选择。 在工艺设计时应具体分 析各物流园区的地形条件、 投资规模、 自动化程 度、 建设工期及配煤工艺等条件, 结合具体项目 量身定制, 确定适宜的封闭式储煤场布置型式。 充气膜封闭式储煤场以其外形美观、 节能环保、 维护量小、 建设周期短的优点, 逐渐成为一种新 的选择。 参考文献 [1] 袁伯文, 王兴兴, 汪春笋, 等. 全封闭气膜式储煤棚在 神华巴彦淖尔能源有限责任公司选煤厂的应用 [J]. 选 煤技术, 20144 82-84, 96. 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