封闭式圆形煤场储量研究

封闭式圆形煤场储量研究

作者：于喜文

来源：《中国新技术新产品》2016年第10期

摘 要：对于圆形煤场的储煤量，目前较多采用估算的方式，与实际的误差很大，其对圆形煤场尺寸的确定有很大的影响。通过对圆形煤场的堆煤方式、原理进行分析，合理确定圆形煤场煤堆的边界条件。本次利用计算机CAD、三维建模，对各尺寸系列的圆形煤场进行了储量计算，为工程设计提供参考数据，以进一步推进圆形煤场的广泛应用。 关键词：封闭；煤场；储量；研究 中图分类号：TM621 文献标识码：A

封闭式圆形煤场的结构由钢结构网架屋盖和环形钢筋混凝土侧墙组成。圆形煤场的堆取煤作业由专门的圆形煤场堆取料机来完成，其主要组成部分为：中心柱及下部的圆锥形煤斗、堆料机、取料机、振动给煤机、紧急事故煤斗、电气设备以及控制系统等。 一、封闭式圆形煤场煤堆基本参数的确定

圆形煤场的储煤量主要是由煤的平均堆积密度、煤场堆积系数、自然堆积角、中心煤斗上口直径、煤场地面倾斜角、煤场的直径、煤场侧墙的高度以及堆料机回转堆料范围等参数确定。

1 堆积密度及堆积系数

由于国内火力发电厂运煤系统中，圆形煤场尚未大范围的采用，在计算其储煤量时，对于煤场堆积系数、平均堆积密度等还没有明确的规程规定要求。普通斗轮堆取料机煤场或桥抓煤场在堆煤范围难以形成规整的煤堆，煤堆成形性不好，充满性差；并且堆高只能达到10m～14m左右，煤压低，煤堆松散。从圆形煤场的堆煤方式以及形成的煤堆形状来看，由于是采用堆料机沿圆周方向均匀堆煤，煤堆规整，成形性良好；堆高可达20m～30m，场内储煤基本已自然压实。因此，圆形煤场的堆煤情况基本类似于大型筒仓，其平均储量体积比应高于普通煤场，本次按0.85t/m3计算储煤量，若储存褐煤，该系数应适当的降低。 2 自然堆积角

参考国内外各工程的设计及实际情况，煤堆自然堆积角一般约为40°左右，本次研究计算按38°取值。

3 中心煤斗上口直径

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

经过对国内外主要圆形煤场堆取料机调研及与制造厂商多次技术交流，和对各家设备资料的研究，中心煤斗上口直径一般约为7.5m～8.5m左右，本次研究计算按8m取值。 4 煤场地面倾斜角

根据圆形煤场的布置特点，既要考虑煤场的排水坡度，还要尽量减少地下隧道的深度，减少土建造价较昂贵的地下部分，煤场地面按中心柱处比侧墙处高5m设计。并且经分析，在相同挡墙高度情况下，采用中心柱处抬高5m作斜地面与水平地面相比，其煤堆的截面面积更大，即储量更大。 5 煤场的直径

圆形煤场的直径一般由电厂的场地条件、总平面布置及电厂储煤量要求确定。目前煤场规格一般为直径75m～130m。本次研究按100m、110m和120m等3种较常规的直径系列进行分类计算。

6 煤场侧墙处堆高

根据圆形煤场的堆煤原理，侧墙的高度一般由储煤量及场地基础条件决定。在侧墙处的堆高，一般低于侧墙0.5m～1.5m。相同直径条件下，侧墙做的越高，煤场储量越大，煤堆顶部堆高亦越高。但侧墙越高，承受的煤堆侧压力越大，土建造价高。120m直径圆形煤场侧墙现最高做到20m高，侧墙处堆高18.5m，若无特殊要求一般不宜过高地增加侧墙高度。 7 煤场回转堆料范围

圆形煤场的堆料范围可根据要求采用以下三种方式：

（1）堆料机按360°范围堆煤，煤场地面不留进出通道。这种方式是指圆形煤场360°范围均可堆煤，煤场地面无固定的人员或设备进出通道，这样可最大限度地利用煤场场地储煤，有效减少煤场直径或降低堆料机及煤场侧墙的高度，工程投资最省。人员可通过运煤栈桥或地下隧道由中心柱进出煤场。在侧墙四周多处需设置设备进出大门，平时采用大枕木封门，当设备器械等需进出煤场时再根据当时煤堆取空位置情况，拆开相应的封门进出。当采用门式取料机时，人员还可通过扶梯到环形侧墙顶部，经门架上的走道进出煤场。

（2）在圆形煤场侧墙上设置一个进出大门，煤场地面留有进出通道，以底部煤堆相切确定堆料机堆煤范围。从大门到中心柱之间始终不堆煤，堆煤体积损失较大。堆料机作业范围约为220°～230°左右。

（3）在圆形煤场侧墙上设置一个进出大门，在侧墙大门处不堆煤，留出进门空间，人员和检修设备可通过大门自由出入，大门至中心柱的通道上有部分煤堆。正常运行时，人员越过

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

部门煤堆可达到堆取料机中心柱，运行、检修进出较为方便，煤堆体积有部分损失。堆料机作业范围约240°～245°。

第1种堆煤方式：采用360°范围堆煤，煤场储煤量最大。但由于煤场地面没有人员及设备的进出通道，安装、调试、检修维护等工作不方便，电厂今后的运行管理难度较大。 第2种堆煤方式：由于煤场通道上始终不堆煤，人员及设备进出很方便，易管理，但其储煤量损失最大。

第3种堆煤方式：在相同直径、储煤量相同的情况下，煤场侧墙可比第2种方式降低约2m～3m。虽然在煤场通道上有一定的堆煤，但对人员进出无影响，当大设备需要进出时，可用推煤机进行局部铲煤处理，对检修维护及运行管理影响不大，储煤量损失较少。

因此，以第3种堆煤方式的堆煤范围作为圆形煤场储量计算的边界条件是较为合理的。本次研究亦是按此边界条件对各种直径、侧墙高度进行煤场储量计算，堆料机作业范围为242°左右。

二、建立圆形煤场煤堆数学模型

根据对圆形煤场煤堆形状特性的研究，其煤堆是由一多边形截面绕煤场中心旋转而成的三维几何体。该截面的上部斜线是由煤的自然堆积角确定的，外侧垂线是由侧墙确定，下部斜线是由煤场的地面线确定。煤场两端的煤堆是由点堆料形成的圆锥。

1 根据煤场地面线、侧墙线、煤自然堆积角创建煤场断面封闭外形线，并创建成面域。利用三维旋转创建实体的方法，以圆形煤场中心为旋转轴线，按要求的旋转角度旋转创建三维煤堆体。

2 在煤场两端头以煤自然堆积角创建圆锥体，锥体顶点与煤场端头顶点重合，锥体高度应大于煤场堆高。

3 将煤场断面360°旋转创建封闭三维煤堆体，利用三维实体布尔运算将360°封闭煤堆体与两端的圆锥体进行求交运算，得到煤场两端头的煤堆体。

4 利用三维实体布尔运算将煤场两端头的煤堆体与煤堆体进行求并运算，即可获得要求的圆形煤场煤堆模型。

5 根据圆形煤场直径系列和侧墙系列分别对不同参数的煤堆创建三维数学模型。 三、计算圆形煤场煤堆模型体积及储煤量

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

对创建的各三维数学模型，利用AutoCAD的体积计算命令精确计算模型体积，列出各种煤场的外形尺寸、体积参数表。按照0.85t/m3储量体积比，计算煤堆的储煤量，列出各种煤场的储煤量，详细情况见表1～表3。

由于圆形煤场的选择与场地布置面积、基础条件、储量要求等多方面因素有关，在圆形煤场的具体设计过程中，煤堆的边界条件也不尽相同，因此在优化设计过程中应根据工程的实际情况多种直径、侧墙高度组合方案进行分析，并进行三维建模储量计算。经过技术经济比选，确定设计储量合理、工程投资节省的最优方案。 参考文献

[1]金建华，沈建军，龚福，等.封闭式大储量圆形煤场储煤自燃分析及处理[J].电力与能源，2014（5）：620-623.