大俯仰斗轮堆取料机应用研究

贾 斌

(中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司，广东 广州 510663)

0 引言

贮煤场是燃煤火力发电厂贮存燃料的重要设施[1]。早期贮煤场多采用露天条形煤场，占地面积大、场地利用率低、环保性差[2-3]。现行《中华人民共和国大气污染防治法》要求对贮存煤炭的料仓进行密闭。近年来新建的条形煤场多采用封闭形式，原露天条形煤场也开始进行封闭改造[4-7]。

因封闭式条形煤场单位面积造价高，且受到消防规范的严格限制[8-9]，如何减小贮煤场占地面积、降低造价、提高场地利用率、节约土地资源等越来越受到关注。在不改变条形煤场型式的前提下，采用大俯仰斗轮堆取料机是一种较好的替代方案。

1 大俯仰斗轮堆取料机

大俯仰斗轮堆取料机是在传统应用的斗轮堆取料机基础上进行的优化，是指通过特殊设计，使斗轮堆取料机悬臂的俯仰角度可以达到约±15°，如图1所示。

图1 大俯仰斗轮堆取料机示意图

相比传统斗轮堆取料机，大俯仰斗轮堆取料机具有以下优缺点：

1)通过增大悬臂俯仰角度，在不增加斗轮堆取料机悬臂长度的情况下，提高悬臂堆、取的高度范围，从而增加堆煤高度，提高单位面积贮煤量，减小煤场占地面积。

2)大俯仰斗轮堆取料机堆取角度均为15°，达到了带式输送机运输物料倾斜角度的上限，相比传统斗轮堆取料机(俯角-13°/仰角+12°)，可以最大限度地发挥设备性能。

3)大俯仰斗轮堆取料机俯角可达到15°，因此可以允许斗轮堆取料机工作在更高的轨道平台上，可方便煤场两端转运站和煤场带式输送机拉紧装置的布置，平台和轨道不易被煤堆垮塌等淹没。

4)高位布置的斗轮堆取料机轨道下方的隧道可作为电缆、水管、消防管、排污沟等布置区域，优化煤场内管线的布置。高位布置的斗轮堆取料机平台也有条件设置消防车、推煤机的下穿通行通道。既能满足消防要求，同时推煤机不必再绕行煤场环形道路，避免推煤机履带压坏路面。斗轮堆取料机平台侧墙兼做挡煤墙，极限情况下允许压煤，可以增加煤场贮量。

5)当2×1 000 MW机组燃烧较差煤种时，采用传统斗轮堆取料机无法实现在12 000 m2单个防火分区面积内和50 000 m2单座煤场面积内贮存20 d的耗煤量。根据国内消防规范[10]，此种情况下将不得不采用两座或以上的封闭煤场，从而大大增加占地面积和造价。而大俯仰斗轮堆取料机煤场通过优化设计，可在消防规范限制内设计单座煤场，节约了相关的投资。

6)大俯仰斗轮堆取料机本身的结构稳定性计算比传统斗轮堆取料机更为复杂，悬臂带式输送机电机功率比传统斗轮堆取料机更大。

7)大俯仰斗轮堆取料机在堆取靠近轨道基础的煤堆时，会受到基础的部分影响，可能会增加推煤机等煤场机械的辅助作业量。

8)根据最近工程应用情况，大俯仰斗轮堆取料机相比传统斗轮堆取料机设备费用上基本相同，轨道平台基础的土建费用略有增加，但总体相差不大。

2 2×1000MW机组贮煤场计算示例

某2×1 000 MW机组燃用陕北的原煤，耗煤量为780 t/h。应本项目集团公司以及当地政府的要求，煤场贮煤量须按20 d进行设计，即煤场贮煤量不小于31.2×104t。本工程的煤场示意图如图2所示。

图2 某2×1 000 MW机组程贮煤场示意图

根据设计要求，对采用大俯仰斗轮堆取料机和传统斗轮堆取料机的条形煤场数据进行了计算，主要计算结果见表1所列。

表1 2×1 000 MW机组条形煤场计算结果对比表

根 据GB 50229—2019《 火 力 发 电 厂 与变电站设计防火标准》[10]第3.0.5条的要求，即“每座室内贮煤场最大允许占地面积不应大于50 000 m2，每个防火分区面积不宜大于12 000 m2，当防火分区面积大于12 000 m2时，防火分区之间应采用宽度不小于10 m的通道或高度大于堆煤表面高度3 m的防火墙进行分隔”。

根据消防规范条款的条文说明，50 000 m2的面积限制是基于2×1 000 MW机组的褐煤15 d贮煤量或烟煤20 d的贮煤量而制定的。而当发电厂的煤场布置受限或煤质较差时，单座煤场面积常常会超出50 000 m2的限制，由表1所知。在此种情况下，为满足标准要求，不得不将煤场分隔为两个互相独立的封闭煤场，从而大大增加了占地面积和工程量。

当采用大俯仰斗轮堆取料机方案时，通过优化设计，基本均可以控制单座煤场总面积以及单个防火分区面积处于标准的限制要求之内，从而节约相关的投资。

3 3×660MW机组大型贮煤场应用方案

某3×660 MW机组工程受当地政策和环保要求的限制，需要选用封闭式条形贮煤场。该工程燃用印尼煤、澳洲煤，日耗煤量17 350 t，容量要求可贮存3×660 MW机组45 d耗煤量，共须贮存燃煤78.1×104t。煤场内配置2台悬臂回转半径45 m的斗轮堆取料机。

本工程要求煤场必须符合GB 50229—2019《火力发电厂与变电站设计防火标准》第3.0.5条的要求。

根据设计要求，主要考虑消防规范对贮煤场的限制，初步计算单座不超过50 000 m2的煤棚不能满足本工程的贮煤面积需要，必须分多个煤棚。因煤棚内分堆会造成封闭煤场面积的浪费，本工程的煤场考虑分隔为4座相隔10 m的封闭煤棚，其示意图如图3所示。

图3 某工程贮煤场布置图

根据设计要求，对采用大俯仰斗轮堆取料机和传统斗轮堆取料机的条形煤场数据进行了计算，主要计算结果见表2所列。

表2 3×660 MW机组条形煤场计算结果表

由表2可知，当采用大俯仰斗轮堆取料机条形煤场方案时，煤场总面积相比传统斗轮堆取料机条形煤场可以减少约10%，对于本工程而言，可大大节约总占地面积和封闭煤棚面积，有效降低造价，因此本工程最终选用大俯仰斗轮堆取料机条形煤场方案。

本工程煤场共配置2台悬臂回转半径45 m、俯仰角度±15°、堆料高度20 m (轨上16 m轨下4 m)、堆取料出力2 000 t/h的大俯仰斗轮堆取料机。贮煤场共有12个煤堆，煤场总长度454 m，总跨度240 m，煤堆高度20 m，总存煤量约为78.1×104t。每座煤堆面积小于12 000 m2，煤堆之间间隔均不小于10 m，每座煤场占地面积小于50 000 m2，符合消防要求的规定。

斗轮堆取料机整体位于距离煤场地面约4 m的平台上，平台侧墙兼做挡煤墙。平台下可作为管道和电缆布置的隧道。不同煤棚之间间隔10 m，煤棚之间不设山墙以允许斗轮堆取料机通行，在煤棚间隔外围设挡风抑尘墙，消防道路从4 m高斗轮机平台下方穿过，既能允许消防车通行，也可允许推煤机和装载机等煤场机械下穿，提高运行灵活性。本工程煤场的横断面布置如图4所示。

图4 本工程所用大俯仰斗轮机示意图

4 大俯仰斗轮堆取料机项目调研

4.1 焦作龙源2×660 MW电厂

焦作电厂全厂配置一座长343 m封闭条形煤场，为中间设置立柱的两跨结构，每跨宽度95 m；煤场配置两台长沙某公司生产的斗轮堆取料机，其主要参数见表3所列。斗轮堆取料机初始为常规设计，执行过程中变更为大俯仰设计，是国内第一家采用大俯仰斗轮堆取料机的电厂。

表3 焦作龙源电厂斗轮堆取料机主要参数表

自2014年投运以来，除运行中发生因操作失误导致的前臂架脱落、斗轮电机及减速机地脚螺栓绷断等故障外，斗轮堆取料机运行稳定，缺陷较少。

4.2 海丰2×1 000 MW电厂

华润海丰2×1 000 MW电厂全厂配置两座直径120 m圆形煤场及一座长200 m、总跨度100 m封闭条形煤场。条形煤场内配置一台长春某公司生产的大俯仰通过式斗轮堆取料机，参数见表4所列。条形煤场2015年10月投入运行。

表4 海丰电厂斗轮堆取料机主要参数表

海丰电厂条形煤场于2015年10月投入使用，斗轮堆取料机运行稳定，缺陷较少，主要维护工作是磨损件的更换。2021年出现一次因液压系统故障导致悬臂只能上升不能下降的问题，维修液压系统后问题解决。

4.3 锦州2×660 MW电厂

华润锦州2×660 MW电厂全厂配置两座长250 m、总跨度120 m封闭条形煤场。每座煤场配置一台天津某公司生产的大俯仰斗轮堆取料机，参数见表5所列。

表5 锦州电厂斗轮堆取料机主要参数表

锦州电厂条形煤场于2020年9月投入运行，悬臂斗轮机运行基本稳定，结构方面未见异常。运行中产生的主要故障为电气控制方面故障，主要原因为设备投运时间不长，还在磨合期；安装时误差较大。

5 大俯仰斗轮堆取料机设计应用注意事项

1)优化煤堆的长度和宽度，必须进行多种煤堆长宽组合方案计算，尽量减少煤棚的占地面积，最大化地实现节地节造价的效果。

2)特别注意斗轮堆取料机平台基础两侧的堆取煤，优化轨道平台两侧的栏杆走道的布置，不应产生堆取煤的死角，并注意减少斗轮机直接堆取煤的障碍。同时，特别注意平台两侧的煤堆底部总间距不小于10 m，以符合消防规定。

3)当需要利用斗轮堆取料机平台下方的隧道时，应注意相关的消防限制。

4)特别注意大俯仰斗轮堆取料机俯、仰的极限位置与两侧煤堆的关系，避免配重在极限位置与煤堆的碰撞。

5)在大俯仰斗轮堆取料机设备招标及后续设计时，应要求设备生产厂家进行多种工况的稳定性计算，保证设备的运行安全。

6 结语

经实践验证，大俯仰技术在斗轮堆取料机的应用良好，能够实现设备的连续安全稳定运行，国内许多制造厂家均具备大俯仰斗轮堆取料机设计和制造能力。大俯仰斗轮堆取料机的应用可有效减少煤场及封闭煤棚的占地面积、降低造价、提高土地利用率，也可更好地符合现行消防规范要求、提高煤棚消防安全水平，在条形煤场的设计中可以推广应用。