电厂配套煤码头封闭式装卸系统设计

魏雅康 吴邵强 邬俊文 梁 浩

中交第四航务工程勘察设计院有限公司

1 引言

某纸业公司为满足生产需要，建设了专用火力发电厂和配套码头。其中，专用配套码头共有9个泊位，以木片等造纸原料进口以及成品纸浆出口为主。若专用码头兼顾煤炭装卸作业将会对造纸原料及成品造成一定污染，故专用码头在建设初期并未考虑煤炭接卸功能，燃煤主要通过当地公用散货码头接卸，采用货车运送至该公司发电厂。货车运输给周围道路交通造成较大的压力，且存在严重的沿途煤炭洒落扬灰情况，对公共环境影响较大。

为减少煤炭运输对周边环境的影响，同时降低物流成本，考虑将现有专用码头内的9#泊位改造为煤炭卸船泊位。为了避免对专用码头原有生产作业流程的污染，煤炭在船岸作业以及水平运输作业过程中需要做到严格的密封。

2 工程概况

专用配套码头建有通用泊位9个，其中原有9#散杂货位于配套码头西南方向(见图1)，泊位等级为5万t级，泊位长度为260 m，现改造为煤炭卸船泊位，改造后煤炭卸船泊位年设计通过能力要求195万t。

图1 纸业公司专用配套码头现状图

本改造工程装卸工艺主要设计内容包括装卸系统方案设计及主要设备选型。煤炭经9#泊位卸船后，途径8#泊位及引桥运至后方电厂。现有8#泊位主要利用带斗门座起重机进行木片装卸作业，码头面及后方引桥布置有木片槽式带式输送机及桶装成品纸浆运输车道。

改造工程采用的煤炭装卸工艺系统与传统的电厂煤码头卸船装卸工艺系统相比，需具有较好的环保性能，可适应原生产作业环境，避免对原有码头装卸系统和输送物料造成污染。

3 装卸工艺方案与设备选型

3.1 传统煤炭卸船工艺概述

在我国电力能源生产体系中，火力发电占据了较大比重，与之对应的电厂配套煤码头建设已经发展得较为成熟，形成了一套可靠、安全、效率较高的煤炭卸船体系，其装卸工艺系统主要以船岸作业及水平运输为主。

通过实地调查，与本工程相邻的发电厂配套煤码头的装卸工艺见表1。

表1 煤码头装卸工艺表

由表1可知，在传统的电厂配套煤码头卸船工艺中，船岸作业以桥式抓斗卸船机或链斗式卸船机为主。在实际运营过程中，桥式卸船机卸船效率较高，对物料适应性好，清仓效果好；但是其自重较大，轮压较高，土建基础投资较大。另外，桥式抓斗卸船机在卸船过程中，抓斗行程及抓料卸料过程中为敞开式，扬尘较大，对码头面存在一定程度的污染。链斗式卸船机能够连续作业，但对物料的要求较高，对杂物多、块度大的煤适应性差，其维修难度也较大，设备单价高昂，维修成本高[1]。

煤炭水平输送方面，大型煤炭泊位一般采用普通槽式带式输送机进行作业，具有连续输送稳定、作业效率高等特点；缺点是扬尘较大，回程皮带容易沾有物料而洒料，造成码头面及栈桥的污染，需要定期进行清理，对周边环境存在较大影响。

传统的煤炭卸船装卸工艺系统由于密封性较差，即使增设一定的防尘措施(安装防尘罩、增设喷雾系统等)，仍然会对周边环境和建构筑物带来一定程度的污染。因此，散货装船泊位一般不与其余货种码头临近布置，以免对其装卸货种造成污染，影响货物的高附加值。

3.2 本工程设备选型与装卸工艺系统设计

3.2.1 船岸作业设备选型

由于传统的船岸作业设备对码头环境污染较大，难以保证专用码头内相邻泊位码头装卸的木片、成品纸浆的洁净度，而纸业公司对造纸的原材料及成品料的材质控制的又极为严格，稍有污染就会造成极大的影响。为此，码头前沿选用取料环节密封性能较好、无扬尘的螺旋卸船机进行装卸作业。

螺旋式卸船机主要由门架、转台、水平螺旋、垂直螺旋和喂料器等部分组成，物料靠螺杆转动产生的挤压力向上提升。其最大优点是作业过程在密闭状态下进行，且为连续式作业，无粉尘污染，外型和重量比其他连续卸船机小，在水泥、散粮、化肥、钾盐等散状物料的卸船作业中已经有比较成熟的应用。

3.2.2 水平作业设备选型

煤炭经卸船作业后，水平运输至后方电厂需经过8#泊位所在码头面以及码头引桥，码头面及引桥上已布置有木片带式输送机，且有成品纸浆运输车辆通行，若布置普通带式输送机进行煤炭的水平运输，会对木片、成品纸浆等造成较大的污染，即使加盖防尘罩亦不能隔绝这种污染。

在此基础上，水平运输考虑配置密封性能良好的圆管带式输送机，具有密封性能好、能够空间弯曲输送、输送机倾角高、无跑偏现象等优点，与普通带式输送机一样也是由驱动装置、传动滚筒、改向滚筒、托辊、张紧装置及金属结构架等组成。圆管带式输送机一般由尾部过渡段、成形段和头部过渡段等三部分组成。从尾部滚筒至胶带由槽型形成圆管这段距离称为尾部过渡段；在成形段，胶带被呈六边形布置的托辊强制裹成圆管，物料在圆管内随胶带稳定运行；在头部过渡段，胶带同物料一起由圆形过渡为槽形，并在头部滚筒处变回槽型而卸料。

圆管带式输送机的回程分支输送带亦成管状，不会产生卸料不彻底而造成的回程带洒料问题，对周边环境及建构造物影响极小。

结合本项目特点，将螺旋卸船机卸料点的行程范围设置在带式输送机的尾部过渡段，然后在尾部过渡段的槽型区域建设严密的密闭通廊，以做到零污染零泄漏，考虑到通廊的空间密闭性，要严格做好消防措施(见图2)。

图2 密闭通廊段示意图

3.2.3 装卸工艺系统设计

本工程采用螺旋卸船机卸船与圆管带式输送机水平运输的装卸工艺系统，结合9#泊位靠泊船型大小以及泊位年设计通过能力，选用2台额定效率700 t/h，最大效率为850 t/h的螺旋卸船机进行船岸装卸作业；选用管径为∅500、带速4 m/s、输送能力为1 750 t/h的圆管带式输送机进行煤炭的水平运输。在螺旋卸船机与圆管带式输送机衔接处，布置一段长度为300 m的密闭通廊，防止圆管带式输送机成型段的煤炭泄漏，用以保证装卸工艺系统的密封性。改造工程装卸工艺平面布置见图3。

图3 改造后装卸工艺系统布置图

4 设备选型的适应性分析

4.1 螺旋卸船机

螺旋卸船机对物料颗粒要求较高，目前在散粮、水泥、化肥等领域应用较为普遍，装卸能力普遍在300～1 000 t/h。近年来由于环保要求日益提高，螺旋卸船机开始在煤炭等码头应用，其装卸能力和效率有逐步提高的趋势，平均生产率通常能达到设计生产率的75%，高于桥式抓斗卸船机的50%～60%；但也存在维修保养复杂，螺旋易磨损的缺点，维修更换成本较高[2]。由于设备提升机主要部件与物料接触，螺杆容易受木条、钢筋等长条形硬物损伤，维修螺杆等关键部件需较长的停机时间。但本项目煤炭主要来自印度尼西亚，属于优质煤种，煤炭颗粒较细，所含木条、钢筋等杂质少，对螺旋卸船机的损伤较小，停机维修时间较少，能够达到较好的装卸作业效率。

另一方面，螺旋卸船机的卸料过程完全封闭，不发生泄漏，不扬起灰尘，噪声也较小。由于管式皮带输送机在较大粒径颗粒输送过程中，容易发生堵料现象，螺旋卸船机垂直臂的尾端外螺旋还能起到松散物料的作用，防止煤炭结块堵塞管式皮带输送机，达到全装卸过程的流畅作业。

基于螺旋卸船机封闭性特点及对水平运输设备的适应性，选择其作为卸船设备，能很好地适应本改造工程。

4.2 管式皮带输送机

管式皮带输送机的管径尺寸须严格针对输送物料的颗粒大小而选用。本次工程主要接卸从印尼进口的煤炭，煤炭颗粒最大直径为200 mm，其中粒径50 mm以下的占比为90%，粒径为 50～200 mm占比10%。

本工程选用管式皮带运输机直径为500 mm，能适应输送物料的最大粒径为200 mm，可满足本工程煤炭运输的需要。

由于专用码头现阶段运营较为成熟，原有装卸工艺系统布置有木片槽式带式输送机以及成品纸浆运输车道，为了不影响港区的正常交通组织，本改造工程煤炭输送系统可利用平面及空间范围较小，运输路线较不规则，无法进行完全直线输送。圆管带式输送机可适应空间弯曲输送，能够通过较小的转弯半径实现输送带的方向变换，而不需要建造复杂的转运站。另一方面，圆管带式输送机中的物料被包裹在管式的运输带中，物料与输送带内表面存在较大的摩擦力，可提高输送带的输送倾角，在跨越专用码头成品纸浆运输道路时能够较好地实现提升与爬坡。圆管带式输送机封闭式运输以及沿途物料无抛洒、无扬尘的特点，也极大地契合了本工程封闭式设计的特点，适应性较强。

5 结语

该电厂配套煤码头的装卸工艺系统设计、设备选型方案，避免了煤炭装卸作业对港区原有装卸系统及输送物料的污染，既降低了企业发电燃煤的物流成本，又充分利用了自有专用码头的泊位通过能力。另外，煤炭不再通过公共码头和公共道路进行运输，缓解了当地的交通压力，减轻了对周边的环境污染，具有较好的社会效应。