吳 濤

(中煤西安設(shè)計(jì)工程有限責(zé)任公司，陜西 西安 710054)

圓筒倉因具有容量大、占地小、運(yùn)行費(fèi)用低、環(huán)保等諸多優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在煤炭、電力、煤化工等領(lǐng)域的儲(chǔ)煤系統(tǒng)中。儲(chǔ)煤筒倉是儲(chǔ)煤系統(tǒng)的核心設(shè)施，其工藝設(shè)計(jì)是否合理，直接決定了儲(chǔ)煤系統(tǒng)的投資與運(yùn)營成本。結(jié)合多年設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，提出了不同容量的圓筒倉常采用的入料、出料工藝布置，并結(jié)合國泰化工單倉3 萬t儲(chǔ)煤筒倉設(shè)計(jì)，提出了一種超大容量、大直徑筒倉，頂部采用可逆環(huán)形布料系統(tǒng)、底部采用雙環(huán)出料系統(tǒng)的新型工藝設(shè)計(jì)。

1 圓筒倉工藝設(shè)計(jì)常用形式

圓筒倉工藝系統(tǒng)主要由頂部入料系統(tǒng)和底部出料系統(tǒng)組成。

1.1 入料工藝設(shè)計(jì)

入料工藝設(shè)計(jì)常用以下2種形式。

(1)單路或雙路輸送機(jī)頭部卸料。這類卸料形式為點(diǎn)式入料，受料口為1或2個(gè)方形孔，進(jìn)料不均勻，充滿系數(shù)小，倉容損失較大，同時(shí)還可能產(chǎn)生不均勻側(cè)壓。但因其系統(tǒng)簡單，多用于單倉布置的較小直徑(φ12 m及以下)的圓筒倉，如圖1所示。

圖1 單路或雙路輸送機(jī)頭部卸料

(2)雙路輸送機(jī)頭部和中部多點(diǎn)直接卸料。這種形式亦屬點(diǎn)式落料，落料點(diǎn)為頭部2個(gè)，中間若干個(gè)，落料較均勻，充滿系數(shù)較大，倉容損失較少，但同樣可能產(chǎn)生不均勻側(cè)壓。該形式常用于單倉布置的大直徑筒倉和多倉布置的筒倉群，如圖2所示。

圖2 雙路輸送機(jī)頭部和中部直接卸料

1.2 出料工藝設(shè)計(jì)

出料工藝系統(tǒng)布置形式較多，大致可歸納為3種。

(1)長縫式溝形出料口(葉輪給煤機(jī)移動(dòng)式給煤)。長縫式煤溝可設(shè)計(jì)成1條或2條，其垂直斷面呈“V”形或“W”形，儲(chǔ)煤容積雙縫大于單縫。這種形式常應(yīng)用于小型筒倉或是火車、汽車受煤坑下的受煤漏斗，簡單實(shí)用。若用于大型筒倉，由于在長縫傾斜平面與筒倉圓弧面相交處容易滯煤，嚴(yán)重時(shí)還可能導(dǎo)致自燃，所以弊端較明顯。同時(shí)，雙縫式煤槽因卸料時(shí)單邊運(yùn)行，易造成倉內(nèi)煤偏積產(chǎn)生不均勻側(cè)壓，如圖3所示。

圖3 長縫式溝形出料口(葉輪給煤機(jī)移動(dòng)式給煤)

(2)單斗或群斗式出料口(振動(dòng)或其他形式給料機(jī)給煤)。出料斗分圓形錐斗和方形錐斗，從性能上講，圓形錐斗優(yōu)于方形錐斗，但前者施工難度較大，故基本都做成方形錐斗。例如大同某選煤廠3 萬t筒倉即為方形群錐斗出料口，筒倉下部為一平臺(tái)，平臺(tái)由若干立柱支撐，平臺(tái)下設(shè)14個(gè)落煤斗，平臺(tái)上部斗口之間連成錐體狀以防止滯煤。煤炭由3條連接群斗的帶式輸送機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)至主輸送機(jī)進(jìn)入系統(tǒng)。這種結(jié)構(gòu)形式的土建施工較簡單，但系統(tǒng)布置較煩瑣，落料點(diǎn)多，轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備多，出料不連續(xù)，非整體流動(dòng)，有可能產(chǎn)生倉壁側(cè)壓不均勻現(xiàn)象，同時(shí)配套的控制系統(tǒng)和管理較為復(fù)雜，如圖4所示。

圖4 群斗式出料口(振動(dòng)或其他形式給料機(jī)固定給煤)

(3)單環(huán)縫式出料口(大型環(huán)式給煤機(jī)給煤)。單環(huán)縫式出料口由接筒倉內(nèi)壁的倒錐臺(tái)與中央蘑菇錐組合而成，其斷面為“W”形。該結(jié)構(gòu)形式多應(yīng)用于煤化工、電廠的大直徑儲(chǔ)煤筒倉。這種結(jié)構(gòu)形式與前3種形式相比，具有出料口面積大、儲(chǔ)煤整體流動(dòng)性好、出料連續(xù)、均勻、煤對(duì)倉壁的側(cè)壓均衡等特點(diǎn)。同時(shí)，與之配套的1臺(tái)大型環(huán)式給煤機(jī)運(yùn)行成熟、可靠，管理簡單。這種單環(huán)縫出料形式不僅使筒倉具有良好的工藝性，而且具有一定的安全性，因而是大型筒倉的理想出料形式，如圖5所示。

圖5 單環(huán)縫式出料口(大型環(huán)式給煤機(jī)給煤)

2 不同容量和直徑的儲(chǔ)煤筒倉工藝設(shè)計(jì)方案確定

常用儲(chǔ)煤筒倉直徑系列為12 m、15 m、18 m、21(22) m、27 m、30 m、36 m等，筒倉直徑與筒倉柱體高度的比例一般為1∶1.5以上比較經(jīng)濟(jì)合理，但不宜超過1∶2，如果比例過高，增加樁基的載荷，提高相應(yīng)的施工難度。如果比例過低，勢(shì)必造成存儲(chǔ)量小而工程投資偏大。不同容量和直徑的儲(chǔ)煤筒倉可采取下述幾種不同的工藝設(shè)計(jì)方案。

2.1 小型筒倉

儲(chǔ)量一般在3 000 t及以下的筒倉稱之為小型筒倉，直徑一般為12 m、15 m。其入料系統(tǒng)比較適合采取單路或雙路帶式輸送機(jī)頭部卸料，出料系統(tǒng)可采取單斗、雙斗或4個(gè)卸料口出料。該設(shè)計(jì)形式雖然充滿系數(shù)小，同時(shí)還可能產(chǎn)生不均勻側(cè)壓，但因該系統(tǒng)簡單，筒倉儲(chǔ)量小，故倉容損失在可控范圍以內(nèi)。

2.2 中型筒倉

儲(chǔ)量一般在5 000 t左右的筒倉稱之為中型筒倉，直徑一般為18 m。其入料比較適合采取單路輸送機(jī)頭部和中部多點(diǎn)直接卸料，出料系統(tǒng)比較適合采取雙斗或群斗式出料口出料。這種設(shè)計(jì)形式落料較均勻，充滿系數(shù)較大，倉容損失較少，但同樣可能產(chǎn)生不均勻側(cè)壓。

2.3 大型筒倉

儲(chǔ)量一般在1萬t左右的筒倉稱之為大型筒倉，直徑一般為21 m或22 m。其入料比較適合采取雙路輸送機(jī)頭部和中部多點(diǎn)直接卸料，出料比較適合采取多斗式出料口出料或是單環(huán)縫式出料口出料。這種設(shè)計(jì)形式落料較均勻，充滿系數(shù)較大，如采用群斗式出料方式，倉容損失要比單環(huán)縫式出料方式大一些，但設(shè)備數(shù)量少、布置簡單。而單環(huán)式給煤機(jī)密封性能好，出料均勻，與其對(duì)應(yīng)的出料帶式輸送機(jī)布置更加靈活。煤炭行業(yè)常采用群斗式出料方式，電力和煤化工行業(yè)常采用單環(huán)縫式出料方式。

2.4 超大型筒倉

儲(chǔ)量一般在3萬t及以上的筒倉，稱之為超大型筒倉，直徑常為φ30 m、φ36 m，目前最大達(dá)φ45 m。這類筒倉的入料比較適合采取單路或雙路輸送機(jī)配以可逆環(huán)形布料機(jī)旋轉(zhuǎn)卸料，出料比較適合采取雙環(huán)縫式出料口(超大型環(huán)式給煤機(jī)給煤)出料。超大型環(huán)式給煤機(jī)為大環(huán)套小環(huán)的同心圓雙環(huán)環(huán)式給煤機(jī)，2臺(tái)設(shè)備可同時(shí)或獨(dú)立雙向運(yùn)行，卸料出力可隨時(shí)變化調(diào)整，布料點(diǎn)成為由大小2個(gè)同心圓組成的雙環(huán)，卸煤面積大。

3 超大直徑筒倉的新型工藝設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的大直徑筒倉常采用頂部雙路輸送機(jī)(雙路刮板機(jī)、帶犁式卸料器的帶式輸送機(jī))頭部和中部多點(diǎn)直接卸料的入料系統(tǒng)和群斗式出料口的出料系統(tǒng)。這種工藝設(shè)計(jì)對(duì)于φ22 m左右的筒倉較為適宜，但是應(yīng)用在φ30 m及以上的大直徑筒倉中，倉容損失太大。即使大直徑筒倉頂部由2路輸送機(jī)進(jìn)行直線多點(diǎn)卸料，底部由多個(gè)固定式給煤機(jī)出料，也避免不了筒倉較低的充滿系數(shù)。如果要增加容量，只能增加倉體高度，會(huì)造成上倉輸煤棧橋提升高度大，增加筒倉和棧橋的投資，因此改進(jìn)大直徑筒倉的工藝設(shè)計(jì)迫在眉睫。

結(jié)合鄂爾多斯某化工企業(yè)煤儲(chǔ)運(yùn)項(xiàng)目36 m超大直徑筒倉設(shè)計(jì)，形成了一種新型超大直徑筒倉設(shè)計(jì)新方法。

3.1 可逆環(huán)形布料機(jī)旋轉(zhuǎn)卸料系統(tǒng)

鄂爾多斯某化工企業(yè)的儲(chǔ)煤筒倉為儲(chǔ)量3 萬t的超大容量筒倉，設(shè)計(jì)為了改進(jìn)以往大直徑筒倉布料不均的缺陷，更大地提高筒倉容積利用率，采用了一種可逆環(huán)形布料設(shè)備。該設(shè)備主要由旋轉(zhuǎn)受料斗、帶式輸送機(jī)機(jī)身、行走驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、齒輪齒條行走機(jī)構(gòu)、內(nèi)、外環(huán)形蓋板、行走輪、水平導(dǎo)向輪、中心支柱、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)組成。帶式輸送機(jī)機(jī)身由齒輪齒條驅(qū)動(dòng)，繞中心支柱做圓周運(yùn)動(dòng)，環(huán)形蓋板隨帶式輸送機(jī)機(jī)身一起做圓周運(yùn)動(dòng)，煤炭通過帶式輸送機(jī)的正反轉(zhuǎn)分別卸入圓筒倉的外、內(nèi)環(huán)受料口進(jìn)入圓筒倉，從而實(shí)現(xiàn)圓筒倉雙環(huán)線式布料，提高圓筒倉倉容利用率。如圖6所示。

圖6 單路或雙路輸送機(jī)配以可逆環(huán)形布料機(jī)旋轉(zhuǎn)卸料布置

環(huán)形布料機(jī)可雙向運(yùn)行，且有2個(gè)輸送半徑，使布料點(diǎn)成為由大小2個(gè)同心圓組成的雙環(huán)。這種形式落料連續(xù)、均勻，充滿系數(shù)最大，且儲(chǔ)煤對(duì)倉壁的側(cè)壓均衡。該系統(tǒng)雖然布置復(fù)雜一些，但能夠有效提高筒倉的充滿系數(shù)，并有利于筒倉的安全運(yùn)行。目前在大容量、大直徑的筒倉中開始使用。

3.2 雙環(huán)環(huán)式給煤機(jī)出料系統(tǒng)

鄂爾多斯某化工企業(yè)煤儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)3萬t超大型儲(chǔ)煤筒倉的出料形式，借鑒單環(huán)縫式出料口配大型環(huán)式給煤機(jī)的給煤模式，提出了雙環(huán)縫式出料口方案。即將常用筒倉接倉壁的倒錐環(huán)沿徑向拉開，在倒錐環(huán)和蘑菇錐之間再立一個(gè)正錐形環(huán)，從而形成大環(huán)套小環(huán)的同心圓雙環(huán)縫式出料口，筒倉下部的直徑斷面為“WW”形狀。內(nèi)環(huán)采用原φ22 m筒倉的設(shè)備，即φ15 m環(huán)式給煤機(jī)，外環(huán)重新設(shè)計(jì)了φ30 m環(huán)式給煤機(jī)，優(yōu)化了大型筒倉的工藝設(shè)計(jì)。如圖7所示。

圖7 雙環(huán)縫式出料口(超大型環(huán)式給煤機(jī)給煤)

此φ36 m筒倉采用的雙環(huán)環(huán)式給煤機(jī)是由2臺(tái)(1臺(tái)φ15 m環(huán)式給煤機(jī)，1臺(tái)φ30 m環(huán)式給煤機(jī))環(huán)式給煤機(jī)組合而成。整套設(shè)備包括2臺(tái)犁煤車，2臺(tái)給煤車，其中外環(huán)設(shè)備包括4臺(tái)卸煤犁，內(nèi)環(huán)設(shè)備包括2臺(tái)卸煤犁。雙環(huán)環(huán)式給煤機(jī)由上層的犁煤車和下層的卸煤車、犁煤車和卸煤車軌道、犁煤車驅(qū)動(dòng)定位裝置、卸煤車驅(qū)動(dòng)定位裝置、密封罩及電氣控制裝置等部分構(gòu)成。犁煤車和卸煤車均采用外環(huán)6點(diǎn)均布、內(nèi)環(huán)3點(diǎn)均布同步驅(qū)動(dòng)，立式銷齒傳動(dòng)，變頻調(diào)速。無論是犁煤車還是給煤車，能夠?qū)崿F(xiàn)在一套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，靠其余幾套傳動(dòng)裝置短時(shí)間內(nèi)繼續(xù)運(yùn)行的條件。犁煤車與卸煤車的運(yùn)行方向相反，速度比為1∶2～1∶3。當(dāng)犁煤車開動(dòng)后，插在筒倉下部縫隙煤中的犁煤器把筒倉環(huán)形縫隙里的煤犁下，落到與其相反方向運(yùn)行的卸煤車上。繼而卸煤器的卸煤板把卸煤車上的煤卸到卸煤車邊緣的落煤斗中，直至落到下層的帶式輸送機(jī)上。內(nèi)環(huán)2臺(tái)卸煤器和外環(huán)4臺(tái)卸煤器對(duì)稱安裝在2個(gè)落煤口處，分別與下層的2臺(tái)帶式輸送機(jī)相對(duì)應(yīng)，2臺(tái)帶式輸送機(jī)可以切換。根據(jù)需要，通過交流變頻器可以調(diào)節(jié)犁煤車和卸煤車的速度，使出力發(fā)生變化，以實(shí)現(xiàn)給煤和配煤功能。

3.3 可逆環(huán)形布料和雙環(huán)環(huán)式給煤機(jī)組合系統(tǒng)

鄂爾多斯某化工企業(yè)結(jié)合可逆環(huán)形布料系統(tǒng)和雙環(huán)環(huán)式給煤機(jī)系統(tǒng)的諸多優(yōu)點(diǎn)，采用了兩者相結(jié)合的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，充分發(fā)揮了組合系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，達(dá)到了優(yōu)化的目的。此組合系統(tǒng)的工藝布置打破了傳統(tǒng)布置的不足，提出了一種大容量、大直徑筒倉工藝設(shè)計(jì)的新方法。如圖8所示。

圖8 國泰化工3萬t煤筒倉工藝布置剖面

3.4 與傳統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)分析

大直徑筒倉采用可逆環(huán)形布料和雙環(huán)環(huán)式給煤系統(tǒng)設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比。

3.4.1 可逆環(huán)形布料機(jī)入料系統(tǒng)

優(yōu)點(diǎn)：

(1)倉容利用率高，倉壁無不均勻側(cè)壓，筒倉柱體高度較低，節(jié)省土建投資費(fèi)用，降低上倉帶式輸送機(jī)的功率；

(2)全程布料系統(tǒng)封閉，無污染、無粉煤揚(yáng)塵；

(3)可以調(diào)高帶速，增大輸送機(jī)的輸送能力；

(4)宜采用單路帶式輸送機(jī)上倉，機(jī)頭或是中部卸料溜槽所需高差小，可降低倉頂至棧橋高度。

缺點(diǎn)：

(1)筒倉上部棧橋跨度相對(duì)較大；

(2)可逆環(huán)形布料機(jī)設(shè)備造價(jià)相對(duì)較高。

3.4.2 雙環(huán)環(huán)式給煤機(jī)出料系統(tǒng)

優(yōu)點(diǎn)：

(1)1個(gè)筒倉只需1套設(shè)備(包含2臺(tái)環(huán)式給煤機(jī))，同時(shí)1臺(tái)給煤機(jī)配備多套驅(qū)動(dòng)，能夠?qū)崿F(xiàn)一套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，靠其余幾套傳動(dòng)裝置短時(shí)運(yùn)行的條件，故障率較低；

(2)外環(huán)給煤機(jī)和內(nèi)環(huán)給煤機(jī)可分別同時(shí)、獨(dú)立運(yùn)行，給煤出力可靈活調(diào)整；

(3)倉底出倉的帶式輸送機(jī)可任意角度方向布置，并可根據(jù)設(shè)計(jì)要求，布置1臺(tái)或是多臺(tái)出倉帶式輸送機(jī)，且各帶式輸送機(jī)之間的間距可調(diào)至最近，有效降低出倉帶式輸送機(jī)的棧橋?qū)挾群娃D(zhuǎn)載點(diǎn)的體積，對(duì)于出倉運(yùn)輸系統(tǒng)的布置更加靈活，且可降低投資費(fèi)用；

(4)工藝布置、系統(tǒng)控制、管理較群斗式出口配備的多臺(tái)振動(dòng)給煤機(jī)更靈活，易于管理；

(5)雙環(huán)給煤機(jī)出料系統(tǒng)全程密閉性較好，不會(huì)出現(xiàn)漏煤，撒煤的情況，采用先進(jìn)的電子監(jiān)測(cè)及惰化保護(hù)系統(tǒng)，環(huán)保性能、防止筒倉自燃性能出眾。

缺點(diǎn)：

(1)土建施工難度相對(duì)較大；

(2)環(huán)式給煤機(jī)的設(shè)備造價(jià)相對(duì)較高。

4 結(jié) 語

通過對(duì)儲(chǔ)煤3 萬t筒倉設(shè)計(jì)采用的可逆環(huán)形布料機(jī)入料系統(tǒng)和雙環(huán)環(huán)式給煤機(jī)出料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)例分析及該項(xiàng)目投產(chǎn)4 a時(shí)間的運(yùn)行驗(yàn)證，說明了此種工藝布置應(yīng)用于超大型筒倉，不論在結(jié)構(gòu)、功能及安全性和技術(shù)性方面，都是較先進(jìn)的。業(yè)主方反饋該系統(tǒng)使用情況良好，故障率低，防自燃，環(huán)保性能好。該新型儲(chǔ)煤倉系統(tǒng)已在山西平朔某電廠儲(chǔ)煤系統(tǒng)進(jìn)行了推廣應(yīng)用。