火力发电厂粉煤灰装卸船技术分析

何卫星

（浙江省电力设计院，杭州 310012）

火力发电厂粉煤灰装卸船技术分析

何卫星

（浙江省电力设计院，杭州 310012）

粉状物料采用船运成本低廉，已在沿江海地区的火力发电厂粉煤灰装卸中广泛运用。通过介绍几种常见的装船和卸船系统，结合发电厂实际案例分析，对燃煤发电厂粉煤灰的装卸船设计选型方面提出了系统建议。

火力发电厂；装/卸船；粉煤灰；选型；设计

0 引言

截至2014年底，我国发电装机总容量已达到13.6亿kW，超过美国跃居世界第一位。其中，燃煤机组为 9.16亿 kW，占全部装机容量的67%。燃煤发电厂的粉煤灰是我国最大的单一固体废弃物，2013年产生了约5.32亿t，先前由于有效利用不足，已累计堆存量达25亿t，占地约100万亩。据国家发改委《大宗固体废弃物综合利用方案》，预计2015年粉煤灰年产达5.8亿t。

经过近20年的努力，中国粉煤灰综合利用率由1994年的35%提高到2013年的69%，在东部沿海和发达省份利用率基本到100%。在沿江、河、海地区船业发达，相比汽车、火车运输方式，粉煤灰采用船运具有运输成本低、运量大、可扩大利用范围等优点，粉煤灰装卸船技术已越来越受到燃煤发电厂的青睐。

以下将通过分析几种典型的粉煤灰连续装船和卸船系统特点，结合发电厂实际案例分析，在设计选型方面提出建议。

1 粉煤灰装船系统的特点

常见的发电厂粉煤灰装船方式有直接气力装船和通过码头附近干灰库间接装船2种。

1.1 直接气力装船

简易的直接气力装船，通常由粉罐车开抵专用码头直接将粉煤灰气力输送至船舱，如大唐乌沙山、华润苍南、浙能六横等发电厂的临时干灰处置方案，容易造成粉尘二次污染。

较成熟的直接气力装船方式是：厂内干灰库的飞灰经中长距离气力输送到装灰码头，通过卸料头上部的分离装置，灰落入船舱，乏气及船舱内的扬尘经除尘管道引到装于岸边的除尘装置，除尘后合格的乏气排放大气。该装置已于2013年12月由中电联组织专家通过科技成果鉴定，并先后应用于华能威海、华能南通、华能玉环等发电厂。

该装船系统综合了输送、分离、装船等环节，系统简单，岸边或栈桥面上无需缓冲灰仓，可实现远距离装船。目前采用该装船技术的厂商较少，装船机的灰气分离装置性能不够稳定，装灰时也偶有冒灰现象。

1.2 通过码头附近灰库间接装船

通过码头或岸边灰库间接装船的种类较多，常见的有：通过码头灰库斜槽装船、溜管装船，也有通过皮带机装船的。下面简单介绍几个较典型的案例。

1.2.1 浙能长兴发电厂

浙能长兴发电厂装机容量为4台330 MW燃煤机组，分一、二期建设，每期沿河边均建有3座1 650 m3干灰库，4套斜槽装船和2套气力助推式溜管装船装置。

斜槽装船装置的参数为：出力125 t/h，斜槽宽度250 mm，长度16.3 m，倾角7°，斜槽风机13.7 m3/min，2.2 kW，斜槽空气加热器20 kW，收尘布袋过滤面积20 m2。

溜管装船装置的参数为：出力100 t/h，溜管Φ219 mm×7 mm，长度15.9 m，倾角12°，收尘布袋过滤面积10 m2。

本工程干灰装船运行状况一直良好，由于落料点设置有干灰卸料收尘装置，很少有冒灰现象。厂内陆汇港属于杭嘉湖水系，用户往来的罐装驳船多在300 t左右，除大暴雨季节航段内个别桥梁因水位过高导致通行受阻、或春节期间用户暂停购灰外，干灰装船近乎全年度使用。

1.2.2 华能长兴发电厂

华能长兴发电厂装有2台660 MW燃煤机组，按照华能国际标杆机组建设。沿港池边建有3座2 100 m3干灰库，3套斜槽装船（见图1），参数为：出力150 t/h，斜槽宽度400 mm，长度20 m，倾角11°，斜槽风机28 m3/min，5.5 kW，斜槽空气加热器15 kW，收尘布袋过滤面积31.5 m2。

图1 空气斜槽装船装置

1.2.3 浙能六横电厂

六横发电厂是国内首座“离岸式”海岛百万千瓦燃煤机组，按照燃机排放标准建设，2台机组于2014年9月建成投产。目前飞灰输送至厂内干灰库后，临时通过罐车运抵岛内建材码头，经岸边空压站加气卸入粉煤灰散货船，从而节省罐车燃油。

综合利用码头还处于建设中，预计2015年6月建成投运。二级输灰和装船工艺为：厂内干灰库通过4根输送管气力输送至综合利用码头，单根灰管输灰能力60 t/h，2根输灰管道对应1座固定式缓冲灰罐。码头上共布置2套干灰装船设备，每套配置1座300 m3缓冲灰罐、1台固定摇臂式装船机，额定装船能力为150 t/h，主机总功率81.4 kW，2台装船机可同时向2 000 t级散货船装料。

装船机采用固定摇臂式，如图2所示。悬臂距离10.7 m，摇臂角度0～180°，配进料圆顶阀、承料充气箱、电动流量阀、计量秤、回转机构、空气斜槽、干灰散装机、收尘布袋等。

1.2.4 国电谏壁发电厂

谏壁发电厂四、五、六期共安装 6台 300 MW燃煤机组，沿长江边建有10座干灰库，设置了3套皮带机装船系统，出力均为200 t/h，皮带机槽宽1 000 mm，带速1.0 m/s，长约50 m，全程设置带密封裙板导料槽，为防止扬尘，沿程多处设有布袋收尘器。

用户往来灰驳在300～500 t之间。该装船系统自2005年投用以来，皮带机磨损严重，布袋收尘效果也不太理想，现场环境欠佳。

2 粉煤灰卸船系统的特点

粉煤灰连续卸船机常见的有气力式卸船机和螺旋卸船机2种，并有固定式、轨移式、船载式、车载式等多种形式。连续卸船机作业效率高、可实现自动化运行，在我国已有近30年的使用经验，尤其是上世纪80年代后，其技术得到了迅速的发展。

2.1 气力卸船机

气力卸船机利用负压风机在管道内形成的负压气流，从船舱内吸卸粉状物料（如水泥、粉煤灰、矿粉等），最大出力可达400 t/h。自1893年在英国诞生第1台气力卸船机开始，已在英国、日本、法国、美国以及东欧各国广泛使用。

气力卸船机的运动机构主要有：大车运行机构、臂架俯仰机构、回转机构、垂直管伸缩机构、水平管伸缩机构。吸嘴在船舱横截面内取料主要由臂架变幅、垂直管伸缩和水平管伸缩来实现，沿船长方向上的取料范围主要由大车运行及臂架回转来实现，卸船工艺流程为：舱内粉料→吸嘴→垂直输送管→水平输送管→回转弯头→分离除尘器→旋转卸料器→后续中转仓及输送设备。

气力卸船机优点是：结构简单紧凑，船舶清舱方便，能均衡卸料。缺点是：单位能耗较高，其能耗系数一般为0.021～0.038 kWh/tm，作业时噪声较大，对粉料的粒度、粘度和湿度有一定要求。

2.2 垂直螺旋卸船机

螺旋卸船机以特制取料装置为主要工作机构，物料通过取料器和垂直螺旋将物料提升至臂架顶部，然后经水平输送机送入回转塔中心，再接至后续的输送系统，如图3所示。它是继气力卸船机后开发的一种高效连续型散货卸船机，正日益广泛用于港口散货码头的卸船作业。目前，国内已有多家厂商研发运用，如宁波象山的大唐乌沙山发电厂，其粉煤灰散装船运抵宁波大榭码头后，就采用了垂直螺旋卸船机卸灰。

螺旋卸船机主要由门架、转台、水平螺旋、垂直螺旋和喂料器等部分组成。其作业过程在密闭状态下进行，无粉尘污染。主要优点有：

图2 固定摇臂式装船机

（1）卸船效率高，螺旋卸船机的额定出力为150～1 000 t/h不等，在距舱底剩30～50 cm厚的物料层前，卸船机仍能不间断地接近满载工作，平均生产率可达到额定出力的70%以上。

（2）对货物与船型的适应性强，螺旋卸船机可以用来卸粉状物料，也可卸粒径50～300 mm颗粒状及块状物料。

（3）噪声较小，可控制在60 dB（A）以下。

（4）结构简单、质量轻，是各种机械式连续卸船机中质量最轻的一种，螺旋卸船机的造价相对较低，对码头承载要求也较小。

（5）能耗较小，基本与抓斗卸船机的能耗相当，但比气力卸船机则低很多。

缺点是工作构件的磨损较严重、成本较高。主要易磨损部件是输送螺旋与垂直螺旋输送机的中间支承轴承，须采用高硬耐磨性材料，因此螺旋卸船机的成本将提高。

3 粉煤灰装卸船技术的比较与建议

3.1 粉煤灰装船方式

粉煤灰装船技术经过十余年发展，已基本得到完善。一些发电厂因未建有综合利用专用码头，仅仅在发电厂重件码头安置可移动的装船设备，如浙能台州二电厂、华润苍南电厂等，以满足发电厂扩建时大件运输要求，但移动式装船机需按照港机设备办理相关取证，这类装船机也要具备相应的港机设计制造资质，码头上固定不行走的设备则不作此要求。

直接气力装船方式，目前掌握该技术的厂商还很少，码头作业面上也要布置一些收尘设备，需合理布置才适合于将来要扩建的发电厂重件码头上。如果燃煤发电厂明确粉煤灰采用船运方式，建议同步建设综合利用码头，因为发电厂固废处理设施若由第三方独立法人承建时，后续建设综合利用码头需重新办理相关港务报批手续。

当发电厂地处通航条件较好的地区时，厂内干灰库宜尽可能沿江河岸边布置，便于粉煤灰船运，以降低运输成本。由于内地江河潮差相对海边要小些，散装船吨位也较小，适合选用助推式溜管、空气斜槽或者库底卸料器、螺旋输送机等装船方式。

出力100～200 t/h的助推式溜管或库底卸料器气力装船系统，其耗气量大约在3～5 m3/min左右，运行经济性相比空气斜槽装船要好。溜管或倾斜灰管的倾角可按不小于8°、空气斜槽可按不小于6°选取。

图3 垂直螺旋卸船机

带密封裙板导料槽皮带机装船因沿线环境较差，目前已很少采用。华润苍南发电厂800 t/h移动式装船机给料侧选用顺岸式皮带机，其使用效果如何还需进一步观察。

固定摇臂式斜槽装船机比较适合沿海地区潮差较大、千吨级以上罐装驳船或散货船粉煤灰装船，空气斜槽布置在机械式悬臂梁上，设有回转装置，可左右各90°旋转，装船范围大，可满足3 000 t级船装灰要求，建议其装船出力宜不小于300 t/h。

3.2 粉煤灰卸船方式

通过初步调研分析，气力卸船机和垂直螺旋卸船机有各自特点，用户可根据物料特性、现场条件和投资状况选择使用。

垂直螺旋卸船机适宜于小颗粒状、非粘性的、松散密度不大于1.3 t/m3的干燥散料，但不适宜输送块状及粘性的物料，也不宜输送松散密度小于0.5 t/m3、且流动性很强的粉料；气力卸船机适合于粉状物料和小颗粒状散料。

垂直螺旋卸船机的额定出力相比气力卸船机要高，对码头承载要求也较小，能耗相对较低，通常比气力卸船节能6倍以上，但气力卸船机清舱效果好于螺旋卸船机。

气力卸船机的易损件是布袋、阀门和管道，平均每年的维护费为设备总价的5～10%；垂直螺旋卸船机的易损件是各高速轴承，如果选用进口高硬耐磨材料和高精加工技术，寿命会有较大提高，当然设备价格也将增加，这样垂直螺旋卸船机平均每年的维护费可控制在设备总价的2%左右，中修周期可达3年以上。近些年垂直螺旋卸船机的使用有逐年上升趋势。

对于敞篷灰驳上覆盖帆布的散装船，遇到下雨天，无论是气力卸船机还是垂直螺旋卸船机均无法作业；而罐装灰驳则可通过船上自卸系统或经岸上空压站加气满足卸灰要求，不受雨天限制。

[1]陈宏勋.管道物料输送与工程应用[M].北京：化学工业出版社，2003.

[2]郑见粹，张振雄.连续卸船机的使用与发展[J].港口装卸，2005（5）∶40-43

[3]邸平，高磊.气力式卸船机的现状与技术发展[J].港口装卸，2000（5）∶3-7.

（本文编辑：陆 莹）

Analysis on Ship Loading and Unloading technique of Fly Ash in Thermal Power Plant

HE Weixing
（Zhejiang Electric Power Design Institute，Hangzhou 310012，China）

Shipment of fine materials is cost effective and has been widely used in loading and unloading of fly ash in thermal power plant in coastal areas.By introduction of several common ship loading and unloading systems and in combination with practical case analysis in power plants，the paper brings forward systematic suggestions on design and model selection of ship loading and unloading of fly ash in coal-fired power plant.

thermal power plant；ship loading/unloading；fly ash；model selection；design

TM866

B

1007-1881（2015）07-0049-04

2015-03-23

何卫星（1963），男，高级工程师，长期从事发电厂物料输送设计工作。