燃煤火力发电站的超大型贮煤场方案与比选浅析

林世瑶，郭羽薇

（1.哈尔滨电气国际工程有限责任公司；2.国能哈尔滨热电有限公司，黑龙江 哈尔滨 150000）

1 前言

贮煤场是燃煤火力发电站的重要组成部分，主要用于电站燃煤的存贮，并且通过煤场的堆取料和输送等设备，为燃煤火力发电站的锅炉燃烧提供持续的燃料供应。

随着国内外燃煤机组容量及建设规模的不断扩大，通过新建或者上大压小等措施，大容量、高效节能环保的大型燃煤火电机组逐步取代了小容量、低效率、重污染的老破小的燃煤火力发电机组，这也导致电站的单位时间的耗煤量随之增加；再加上近年来国内外煤炭行业的市场不断变化，导致大部分燃煤电厂燃煤来源及供应情况不够稳定，燃用进口煤源的电站还需要长距离的运输，而部分寒冷地区的电站承担着冬季城市供暖的任务，在电力匮乏的国家更需要电站能够保证长时间连续稳定的运行，以上，都对电站的连续、稳定和可靠的运行提出了很高的要求。为了满足以上大型电站的日常煤耗需求以及应对煤源的不稳定性，为燃煤电站配备大容量的贮煤场，是保障燃煤电站连续稳定运行的关键。

贮煤场用于接收运抵电厂的燃煤，贮煤场的大小要根据电厂装机容量和功能需求的不同进行设计，通常会以满足电站机组BMCR工况下的燃煤天数来计量贮煤场的大小。

随着科技的发展、社会的进步，以及人类环保意识等的逐步增强，各国燃煤火力发电站的贮煤场的形式设计和方案选择过程中，除了要考虑大型贮煤的容积外，还要考虑煤场相应的环保以及消防等因素，并且配备对应的煤场堆取料设备，保障煤场有效管理和高效运行，提高煤场运行的自动化水平。

通过以上分析，在大型燃煤火力发电站的设计过程中，大型贮煤场形式的确定对整个电站项目的厂区布局、工程整体投资均有较大影响，因此，对贮煤系统进行多方案的比选和分析十分必要。

2 概述

本文针对某海外3×660MW燃煤电站BOT项目，在贮煤场地面积有限，并且需要满足3台660MW燃煤机组BMCR工况下45天存煤量的容积要求的情况下（约计80万t），对各种贮煤场方案的可行性和优缺点进行初步的比较和分析。

大型贮煤场的形式主要有：（1）开放式贮煤场，即露天储煤场，四周加防风抑尘网的方式；（2）半封闭式煤场，即采用干煤棚的方式覆盖局部或全部煤场，同时未封闭处配备防风抑尘网的方式，该种方式适合雨水较多的区域；（3）全封闭式煤场，包括全封闭球型贮煤场、全封闭筒仓型贮煤场以及全封闭条形和矩形煤场。

随着全球环保理念的不断提升，燃煤电站的大型贮煤场的形式，由开放式、半封闭式逐步向封闭式贮煤场转变成为一种趋势，近年来，各种形式的封闭煤场得到了蓬勃的发展与广泛应用，但目前在不违反环保等要求的情况下，开放式和半封闭式贮煤场因其造价低、工期短等优点，仍有采用空间。

因该海外3×660MW燃煤电站项目地处沿海，现场季节性降雨较多，并且伴有季节性大风天气，该项目燃用的燃煤依靠进口，通过海运的方式运抵电站，并且项目紧邻海域以及临近村庄，当地环保要求高、监管严格。

针对以上情况，为了保障在雨季能够有足够的干煤燃用，该项目不采用全开放式贮煤场的方案，因此本文仅从半封闭式贮煤场和全封闭式贮煤场的方案中进行比选。

3 大型贮煤场布置方案介绍

3.1 半封闭式贮煤场方案

半封闭式贮煤场的方案，采用条形煤场贮煤方案，并且采用半封闭干煤棚加抑尘网的型式。煤场设有干煤棚，除干煤棚区域外，煤场四周设有防风抑尘网。

煤场设备主要采用2台悬臂斗轮堆取料机，2条带式输送机，单向运行，并配备多台推煤机辅助作业。干煤棚采用预应力管桁架结构进行覆盖，跨度控制在120m左右。

该方案满足一定量的干煤存储功能，同时，通过防风抑尘网的配置，可以有效抑制大风造成的露天煤场扬尘现象。煤场底部，通过敷设防渗膜，也能有效避免煤水渗入地下，造成对海水和地下水的污染。

该方案造价低、工期短。但该方案，因为是半封闭式贮煤场，当遇到较大降雨的时候，会产生大量的含煤污水，需要临近配置较大容积的煤水收集和沉淀池，并对煤水进行处理和回用。同时，防风抑尘网，虽然能够有效地防止煤场在大风天气扬尘，但不能完全避免扬尘现象的发生，一旦出现这种问题，就会对周边居民的生活产生影响，从而产生环保问题。

3.2 全封闭球型贮煤场方案

全封闭球型贮煤场（见图1），又称半球式储煤仓，一般顶部采用球面网壳，下部采用混凝土浇筑。这种储煤工艺与传统贮煤场不同，一般常采用多个球型贮煤场并列使用，俗称球型储煤仓并列群仓。

图1 球型储煤仓并列群仓

球型贮煤场的物料输送设备，包括带式输送机、旋转悬臂堆料机、刮板取料机、地下煤斗、给煤机等。

球型贮煤场特点是占地小、单位面积储煤量大、自动化程度高、运行安全可靠、抗恶劣天气能力强、对环境污染小、景观好等。球型煤场按进料形式分高位进料和低位进料，按取料形式分悬臂式和门架式，可根据不同的情况选取不同类型的全封闭圆形煤场。

根据目前已建成项目的经验，大型全封闭球型贮煤场的直径通常在80m以上，就目前已有的全封闭球型储煤场的直径最大已达120m，堆放高度达30m，单个球型贮煤场的储量可以达到20万t。

根据本项目约计80万t的储煤量需求，按照目前最大球型贮煤场的储量，需要建设4个直径120m、单个储量20万t的球型贮煤场。

根据项目的场地情况，如果采用球型贮煤场，单位面积的堆煤量有所增加，但考虑输煤栈桥的布置，场地在宽度布置上可能存在局促的情况。另外，因为建设4个大型的球型煤场复杂程度较高，在造价和工期上都将不占优势，并且各个球型煤场均需要配置输煤设备和堆取料设备，将导致燃煤输送系统的设计复杂，且设备增多，也因此会导致造价增高、工期加长。此外，球型贮煤场还有一个缺点，是设计燃煤储量的实际利用率受煤质影响较大。

3.3 全封闭筒仓型贮煤场方案

全封闭筒仓型贮煤场，又称圆形筒仓，一般为锥壳仓顶、圆筒仓体、倒锥型 底部漏斗的钢筋混凝土结构。全封闭圆筒仓型贮煤场，通常为多个筒仓并列布置的贮煤形式。详见图2。

图2 全封闭筒仓并列群仓

贮煤筒仓的直径通常在8～30m，高度为直径的1.5～2倍。近年来，国内项目上陆续出现单个直径40m，储量3万t的筒仓；直径45m，储量为5～6万t的筒仓等。国外，加拿大某水泥公司建成单体直径为65.2m、储量为12万t的筒仓。

筒仓顶部给料设备主要有犁式卸料器、刮板输送机、移动（固定）卸料小车、环形布料机等，底部取料设备主要有螺旋给煤机、（活化）振动给煤机、单双侧叶轮给煤机、单（双或三）环形给煤机。

本项目按照80万t的储煤量，如果采用筒仓并列群仓的方案，按照单个筒仓直径45m、6t存煤量计算，需要建设近14座筒仓型贮煤场。

圆形筒仓贮煤场，具有占地少、封闭效果好以及运行成本低等突出优点，但其缺点是筒仓基础单位面积承受的载荷大，因而受工程地质条件影响明显，基础处理费用较高；此外，在运行过程中，容易发生棚拱、堵仓事故等。此外，圆筒仓并列群仓为多个筒仓并列布置的贮煤形式，造价过高，通常仅适用于场地极其狭窄的场合，且贮煤天数不宜过长，适用于煤源供应充足并及时的电厂，所以，一般电厂采用较少，并不适用于燃煤储量需求过大的电厂。

3.4 全封闭条形贮煤场方案

条形煤场在国内大型燃煤发电厂应用较为普遍，适用于贮量较大的燃煤电厂，并且能够大量地降低造价。国内的大型火力发电厂80%以上采用大型条形煤场贮煤方案，煤场配置悬臂斗轮堆取料机以及输煤皮带等设备，技术最成熟，应用最广泛。而全封闭条形贮煤场，就是将条形煤场通过预应力管桁架结构的煤棚进行全面覆盖，煤棚的跨度控制在120m左右，两端进行封闭或者采用防风抑尘网的方式进行包围。

该种全封闭条形贮煤场的方案，具有布置简单、造价低、运行维护方便灵活等特点。全封闭条形煤场布置方案为条形煤场配置悬臂斗轮堆取料机设备，条形煤场为长方形煤场，堆料截面是梯形，煤场机械主要由悬臂斗轮堆取料机及其他辅助设施构成。全封闭条形煤场内部设备场景，见图3。

图3 全封闭条形煤场内部场景

3.5 全封闭矩形煤场方案

矩形煤场因其场地燃煤堆高较高且自动化水平高而备受关注。矩形煤场早期因配备的大型门式刮板取料机等设备依赖进口，导致工程造价较高。随着近年来门式刮板取料机等大型设备的国产化，设备造价得到显著降低。近年来，国内一些电厂开始采用这种新型的矩形煤场设计方案。

矩形煤场采用带干煤棚长方形煤堆，堆料截面是三角形，煤场机械主要由悬臂堆料机及门式刮板取料机构成，其中门式刮板取料机取料精度相对较高。悬臂堆料机+门式刮板取料机，采用堆料、取料设备分开布置，设备型式自动化程度较高。可实现连续人字形堆料和全断面取料，有利于燃煤的混配及掺烧。堆料、取料机均可实现全自动运行，设备回取率高。煤场辅助机械仅用于清理残煤，自动化程度高，可实现煤场无人值守作业。全封闭矩形贮煤场内部断面及煤场内设备形式，见图4。

图4 矩形贮煤场及门式刮板取料机

矩形煤场和条形煤场的煤堆积角度相同，但因矩形煤场堆高较高，所以堆煤截面为三角形，而条形煤场堆煤截面为梯形，所以矩形贮煤场本应比条形煤场单位面积存煤量更多，因此更节省场地。但由于矩形煤场堆、取料设备分开布置，导致设备轨道比较多，而轨道之间、轨道与带式输送机之间，都保留一定的间距及通道，因此，总的储煤量要求相同的情况下，矩形煤场的整体占地面积比条形煤场的可能还要更大些。

同时，根据调研，目前门式刮板取料机最大跨度为68m，按此设计，则每条矩形煤场的堆煤宽度也将受制。并且，矩形煤场的设备数量、轨道数量也较条形煤场多，取料带式输送机数量也会增加，栈桥和转运站的工程量也相应增加。

因此，虽然矩形煤场堆煤区域的单位面积堆煤量看似较多，但在相同堆煤总量的情况下，占地面积更大，设备更多，工程量更大，也导致总体造价要高于条形煤场。

4 贮煤场方案比选分析

根据本项目贮煤场的功能需求以及场地条件，对以上各个贮煤场方案进行了粗略比较和定性分析，因目前处于项目设计前期方案比选阶段，所以只对关注的技术和经济指标进行比对和排序，详见表1。

表1

5 结语

通过以上的方案比对和分析可以看出，从工程量、造价以及工期角度分析，目前半封闭式煤场是最优的，全封闭条形煤场次之，而后是全封矩形煤场、闭球型煤场、筒仓型煤场。但考虑本项目是海外的燃煤电站项目，地处沿海区域，环保要求高，并且季节性风雨较多，综合以上项目特点，充分考虑当地严格的环保要求和后期电厂运行条件等因素，在适当增加投资的条件下，全封闭条形煤场方案最合适。