于喜文（遼寧大唐國(guó)際沈東熱電項(xiàng)目籌備處，遼寧 沈陽(yáng) 110001）

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封閉式圓形煤場(chǎng)儲(chǔ)量研究

于喜文
（遼寧大唐國(guó)際沈東熱電項(xiàng)目籌備處，遼寧 沈陽(yáng) 110001）

摘 要：對(duì)于圓形煤場(chǎng)的儲(chǔ)煤量，目前較多采用估算的方式，與實(shí)際的誤差很大，其對(duì)圓形煤場(chǎng)尺寸的確定有很大的影響。通過(guò)對(duì)圓形煤場(chǎng)的堆煤方式、原理進(jìn)行分析，合理確定圓形煤場(chǎng)煤堆的邊界條件。本次利用計(jì)算機(jī)CAD、三維建模，對(duì)各尺寸系列的圓形煤場(chǎng)進(jìn)行了儲(chǔ)量計(jì)算，為工程設(shè)計(jì)提供參考數(shù)據(jù)，以進(jìn)一步推進(jìn)圓形煤場(chǎng)的廣泛應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：封閉；煤場(chǎng)；儲(chǔ)量；研究

封閉式圓形煤場(chǎng)的結(jié)構(gòu)由鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架屋蓋和環(huán)形鋼筋混凝土側(cè)墻組成。圓形煤場(chǎng)的堆取煤作業(yè)由專(zhuān)門(mén)的圓形煤場(chǎng)堆取料機(jī)來(lái)完成，其主要組成部分為：中心柱及下部的圓錐形煤斗、堆料機(jī)、取料機(jī)、振動(dòng)給煤機(jī)、緊急事故煤斗、電氣設(shè)備以及控制系統(tǒng)等。

一、封閉式圓形煤場(chǎng)煤堆基本參數(shù)的確定

圓形煤場(chǎng)的儲(chǔ)煤量主要是由煤的平均堆積密度、煤場(chǎng)堆積系數(shù)、自然堆積角、中心煤斗上口直徑、煤場(chǎng)地面傾斜角、煤場(chǎng)的直徑、煤場(chǎng)側(cè)墻的高度以及堆料機(jī)回轉(zhuǎn)堆料范圍等參數(shù)確定。

1 堆積密度及堆積系數(shù)

由于國(guó)內(nèi)火力發(fā)電廠運(yùn)煤系統(tǒng)中，圓形煤場(chǎng)尚未大范圍的采用，在計(jì)算其儲(chǔ)煤量時(shí)，對(duì)于煤場(chǎng)堆積系數(shù)、平均堆積密度等還沒(méi)有明確的規(guī)程規(guī)定要求。普通斗輪堆取料機(jī)煤場(chǎng)或橋抓煤場(chǎng)在堆煤范圍難以形成規(guī)整的煤堆，煤堆成形性不好，充滿性差；并且堆高只能達(dá)到10m～14m左右，煤壓低，煤堆松散。從圓形煤場(chǎng)的堆煤方式以及形成的煤堆形狀來(lái)看，由于是采用堆料機(jī)沿圓周方向均勻堆煤，煤堆規(guī)整，成形性良好；堆高可達(dá)20m～30m，場(chǎng)內(nèi)儲(chǔ)煤基本已自然壓實(shí)。因此，圓形煤場(chǎng)的堆煤情況基本類(lèi)似于大型筒倉(cāng)，其平均儲(chǔ)量體積比應(yīng)高于普通煤場(chǎng)，本次按0.85t/m3計(jì)算儲(chǔ)煤量，若儲(chǔ)存褐煤，該系數(shù)應(yīng)適當(dāng)?shù)慕档汀?/p>

2 自然堆積角

參考國(guó)內(nèi)外各工程的設(shè)計(jì)及實(shí)際情況，煤堆自然堆積角一般約為40°左右，本次研究計(jì)算按38°取值。

3 中心煤斗上口直徑

經(jīng)過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外主要圓形煤場(chǎng)堆取料機(jī)調(diào)研及與制造廠商多次技術(shù)交流，和對(duì)各家設(shè)備資料的研究，中心煤斗上口直徑一般約為7.5m～8.5m左右，本次研究計(jì)算按8m取值。

4 煤場(chǎng)地面傾斜角

根據(jù)圓形煤場(chǎng)的布置特點(diǎn)，既要考慮煤場(chǎng)的排水坡度，還要盡量減少地下隧道的深度，減少土建造價(jià)較昂貴的地下部分，煤場(chǎng)地面按中心柱處比側(cè)墻處高5m設(shè)計(jì)。并且經(jīng)分析，在相同擋墻高度情況下，采用中心柱處抬高5m作斜地面與水平地面相比，其煤堆的截面面積更大，即儲(chǔ)量更大。

5 煤場(chǎng)的直徑

圓形煤場(chǎng)的直徑一般由電廠的場(chǎng)地條件、總平面布置及電廠儲(chǔ)煤量要求確定。目前煤場(chǎng)規(guī)格一般為直徑75m～130m。本次研究按100m、110m和120m等3種較常規(guī)的直徑系列進(jìn)行分類(lèi)計(jì)算。

6 煤場(chǎng)側(cè)墻處堆高

根據(jù)圓形煤場(chǎng)的堆煤原理，側(cè)墻的高度一般由儲(chǔ)煤量及場(chǎng)地基礎(chǔ)條件決定。在側(cè)墻處的堆高，一般低于側(cè)墻0.5m～1.5m。相同直徑條件下，側(cè)墻做的越高，煤場(chǎng)儲(chǔ)量越大，煤堆頂部堆高亦越高。但側(cè)墻越高，承受的煤堆側(cè)壓力越大，土建造價(jià)高。120m直徑圓形煤場(chǎng)側(cè)墻現(xiàn)最高做到20m高，側(cè)墻處堆高18.5m，若無(wú)特殊要求一般不宜過(guò)高地增加側(cè)墻高度。

7 煤場(chǎng)回轉(zhuǎn)堆料范圍

圓形煤場(chǎng)的堆料范圍可根據(jù)要求采用以下三種方式：

（1）堆料機(jī)按360°范圍堆煤，煤場(chǎng)地面不留進(jìn)出通道。這種方式是指圓形煤場(chǎng)360°范圍均可堆煤，煤場(chǎng)地面無(wú)固定的人員或設(shè)備進(jìn)出通道，這樣可最大限度地利用煤場(chǎng)場(chǎng)地儲(chǔ)煤，有效減少煤場(chǎng)直徑或降低堆料機(jī)及煤場(chǎng)側(cè)墻的高度，工程投資最省。人員可通過(guò)運(yùn)煤棧橋或地下隧道由中心柱進(jìn)出煤場(chǎng)。在側(cè)墻四周多處需設(shè)置設(shè)備進(jìn)出大門(mén)，平時(shí)采用大枕木封門(mén)，當(dāng)設(shè)備器械等需進(jìn)出煤場(chǎng)時(shí)再根據(jù)當(dāng)時(shí)煤堆取空位置情況，拆開(kāi)相應(yīng)的封門(mén)進(jìn)出。當(dāng)采用門(mén)式取料機(jī)時(shí)，人員還可通過(guò)扶梯到環(huán)形側(cè)墻頂部，經(jīng)門(mén)架上的走道進(jìn)出煤場(chǎng)。

（2）在圓形煤場(chǎng)側(cè)墻上設(shè)置一個(gè)進(jìn)出大門(mén)，煤場(chǎng)地面留有進(jìn)出通道，以底部煤堆相切確定堆料機(jī)堆煤范圍。從大門(mén)到中心柱之間始終不堆煤，堆煤體積損失較大。堆料機(jī)作業(yè)范圍約為220°～230°左右。

（3）在圓形煤場(chǎng)側(cè)墻上設(shè)置一個(gè)進(jìn)出大門(mén)，在側(cè)墻大門(mén)處不堆煤，留出進(jìn)門(mén)空間，人員和檢修設(shè)備可通過(guò)大門(mén)自由出入，大門(mén)至中心柱的通道上有部分煤堆。正常運(yùn)行時(shí)，人員越過(guò)部門(mén)煤堆可達(dá)到堆取料機(jī)中心柱，運(yùn)行、檢修進(jìn)出較為方便，煤堆體積有部分損失。堆料機(jī)作業(yè)范圍約240°～245°。

第1種堆煤方式：采用360°范圍堆煤，煤場(chǎng)儲(chǔ)煤量最大。但由于煤場(chǎng)地面沒(méi)有人員及設(shè)備的進(jìn)出通道，安裝、調(diào)試、檢修維護(hù)等工作不方便，電廠今后的運(yùn)行管理難度較大。

第2種堆煤方式：由于煤場(chǎng)通道上始終不堆煤，人員及設(shè)備進(jìn)出很方便，易管理，但其儲(chǔ)煤量損失最大。

第3種堆煤方式：在相同直徑、儲(chǔ)煤量相同的情況下，煤場(chǎng)側(cè)墻可比第2種方式降低約2m～3m。雖然在煤場(chǎng)通道上有一定的堆煤，但對(duì)人員進(jìn)出無(wú)影響，當(dāng)大設(shè)備需要進(jìn)出時(shí)，可用推煤機(jī)進(jìn)行局部鏟煤處理，對(duì)檢修維護(hù)及運(yùn)行管理影響不大，儲(chǔ)煤量損失較少。

因此，以第3種堆煤方式的堆煤范圍作為圓形煤場(chǎng)儲(chǔ)量計(jì)算的邊界條件是較為合理的。本次研究亦是按此邊界條件對(duì)各種直徑、側(cè)墻高度進(jìn)行煤場(chǎng)儲(chǔ)量計(jì)算，堆料機(jī)作業(yè)范圍為242°左右。

二、建立圓形煤場(chǎng)煤堆數(shù)學(xué)模型

根據(jù)對(duì)圓形煤場(chǎng)煤堆形狀特性的研究，其煤堆是由一多邊形截面繞煤場(chǎng)中心旋轉(zhuǎn)而成的三維幾何體。該截面的上部斜線是由煤的自然堆積角確定的，外側(cè)垂線是由側(cè)墻確定，下部斜線是由煤場(chǎng)的地面線確定。煤場(chǎng)兩端的煤堆是由點(diǎn)堆料形成的圓錐。

1 根據(jù)煤場(chǎng)地面線、側(cè)墻線、煤自然堆積角創(chuàng)建煤場(chǎng)斷面封閉外形線，并創(chuàng)建成面域。利用三維旋轉(zhuǎn)創(chuàng)建實(shí)體的方法，以圓形煤場(chǎng)中心為旋轉(zhuǎn)軸線，按要求的旋轉(zhuǎn)角度旋轉(zhuǎn)創(chuàng)建三維煤堆體。

表1 直徑100m圓形煤場(chǎng)儲(chǔ)量表

表2 直徑110m圓形煤場(chǎng)儲(chǔ)量表

表3 直徑120m圓形煤場(chǎng)儲(chǔ)量表

2 在煤場(chǎng)兩端頭以煤自然堆積角創(chuàng)建圓錐體，錐體頂點(diǎn)與煤場(chǎng)端頭頂點(diǎn)重合，錐體高度應(yīng)大于煤場(chǎng)堆高。

3 將煤場(chǎng)斷面360°旋轉(zhuǎn)創(chuàng)建封閉三維煤堆體，利用三維實(shí)體布爾運(yùn)算將360°封閉煤堆體與兩端的圓錐體進(jìn)行求交運(yùn)算，得到煤場(chǎng)兩端頭的煤堆體。

4 利用三維實(shí)體布爾運(yùn)算將煤場(chǎng)兩端頭的煤堆體與煤堆體進(jìn)行求并運(yùn)算，即可獲得要求的圓形煤場(chǎng)煤堆模型。

5 根據(jù)圓形煤場(chǎng)直徑系列和側(cè)墻系列分別對(duì)不同參數(shù)的煤堆創(chuàng)建三維數(shù)學(xué)模型。

三、計(jì)算圓形煤場(chǎng)煤堆模型體積及儲(chǔ)煤量

對(duì)創(chuàng)建的各三維數(shù)學(xué)模型，利用AutoCAD的體積計(jì)算命令精確計(jì)算模型體積，列出各種煤場(chǎng)的外形尺寸、體積參數(shù)表。按照0.85t/m3儲(chǔ)量體積比，計(jì)算煤堆的儲(chǔ)煤量，列出各種煤場(chǎng)的儲(chǔ)煤量，詳細(xì)情況見(jiàn)表1～表3。

由于圓形煤場(chǎng)的選擇與場(chǎng)地布置面積、基礎(chǔ)條件、儲(chǔ)量要求等多方面因素有關(guān)，在圓形煤場(chǎng)的具體設(shè)計(jì)過(guò)程中，煤堆的邊界條件也不盡相同，因此在優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)根據(jù)工程的實(shí)際情況多種直徑、側(cè)墻高度組合方案進(jìn)行分析，并進(jìn)行三維建模儲(chǔ)量計(jì)算。經(jīng)過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選，確定設(shè)計(jì)儲(chǔ)量合理、工程投資節(jié)省的最優(yōu)方案。

參考文獻(xiàn)

［1］金建華，沈建軍，龔福，等.封閉式大儲(chǔ)量圓形煤場(chǎng)儲(chǔ)煤自燃分析及處理［J］.電力與能源，2014（5）：620-623.

中圖分類(lèi)號(hào)：TM621

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