電廠燃煤廢料裝船工藝系統的設計及應用
2024-04-11【注：本文由我公司核心工程師根據公司實際工程項目撰寫，發表于《工程技術與管理》ISSN:?2591-7161】
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摘要：為解決電廠燃煤廢料的裝船問題，根據生產營運需要在電廠原有的重件碼頭增加專用的裝船機系統。通過研究和開發，設計出由卸車平臺、伸縮式皮帶裝船機等組成的工藝系統，科學合理的解決了電廠煤渣、石膏等燃煤廢料的裝船問題。伸縮式皮帶裝船機可前后伸縮實現船體寬度方向的多位置下料，創新性的采用了鏈輪-銷軸傳動技術保證了伸縮機構的穩定運行。
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關鍵詞：裝船工藝，伸縮式皮帶裝船機，卸車平臺，燃煤廢料裝船
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一、項目背景
在燃煤電廠中，煤渣是煤燃燒后的主要固體廢料，石膏是煤電廠脫硫凈化后產生的副產品。煤渣可用作磚廠的制磚原料，或用于建筑工地的土石方填料。石膏可用于水泥廠，是制造水泥的主要原材料。
國能粵電臺山發電有限公司是該裝船工藝系統的建設單位。電廠位于廣東省臺山市銅鼓灣，三面環山、南面臨海，裝機容量900萬千瓦，日耗煤量達4.5萬噸以上，是亞洲規模最大火力發電廠。
以往，臺山電廠的燃煤廢料主要通過汽車運送至附近的水泥廠和磚廠使用。但近年來，由于國內房地產行業不景氣，電廠周邊水泥廠、磚廠的用料需求降低；臺山電廠燃煤消耗巨大，需要將煤渣和石膏銷往距離更遠的用戶。采用船運代替汽運、建設一套機械化的燃煤廢料裝船系統是最經濟和科學的方案。
在此背景下，電廠決定在廠內的重件碼頭上新建裝船機系統，滿足裝載5000噸級散貨船的要求。裝船系統由卸車平臺、伸縮式皮帶裝船機等組成，完成電廠內煤渣、石膏的裝船作業。
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二、設計方案
1，總體工藝方案
裝船系統的設計產能為每小時500噸。電廠重件碼頭的碼頭長度為200m，碼頭前沿距離電廠道路約73m，5000噸級散貨船的船體寬度約15m~20m。根據電廠重件碼頭的位置特點，采用的總體工藝方案為：廠內多臺30噸卡車將煤渣、石膏等運輸至碼頭，卡車倒車進入卸車平臺，到位后將物料傾倒進平臺上的大漏斗內；物料經過漏斗底下的皮帶輸送機、伸縮式皮帶裝船機進入散貨船內，完成裝船作業。伸縮式皮帶裝船機可前后伸縮3米，實現船體寬度方向的多位置下料；貨船在長度方向的下料位置則通過貨船自身的前后移動來調整。
工藝方案的布置如圖1~圖3所示：
圖1：工藝方案總平面圖
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圖2：工藝方案立面圖
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圖3：工藝方案實物圖
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2，伸縮式皮帶裝船機的設計
伸縮式皮帶裝船機的主要結構如圖4所示。設備總長約28米，進入海上部分約9米，機架主體為鋼結構桁架形式，頭部由支撐桿撐起，驅動及張緊裝置位于設備尾部。皮帶在伸縮機構位置來回折疊，保證了在3米的伸縮行程內皮帶始終穩定處于張緊狀態。伸縮機構由伸縮桿組件、滑輪導軌、伸縮驅動電機組件等組成。
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圖4：伸縮式皮帶裝船機主要結構圖
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伸縮機構的設計是伸縮式皮帶裝船機的技術難點。不同于小型皮帶機，大型皮帶機的伸縮機構需要對鋼結構進行力學分析計算，保證結構具有足夠的機械強度；需要對傳動方式進行優化設計，保證伸縮機構的行走裝置運行穩定、不打滑、不卡死。
優化設計的伸縮機構如圖5所示：機架兩側設有滑輪導軌，伸縮桿可在滑輪導軌導向下前后移動。伸縮桿底下兩側設有鏈輪-銷軸傳動副，伸縮驅動電機通過傳動軸帶動兩套鏈輪轉動，通過鏈輪-銷軸傳動副轉變成伸縮桿的直線運動。
圖5：伸縮機構圖
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鏈輪-銷軸傳動副是一種創新型的傳動機構。在低速重載環境，鏈輪與銷軸嚙合平穩，受力面大，具有穩定的傳動性能，鏈輪-銷軸的傳動是對傳統齒輪齒條傳動的一種技術升級。如圖6所示，左側是鏈輪-銷軸傳動副的原理示意圖，右側是傳統的齒輪齒條傳動結構。理論和實踐均證明：對重載大型伸縮機型，采用齒輪齒條傳動極易導致打滑卡死的情況，采用圓柱銷軸與鏈輪的傳動方式可有效解決傳統齒輪齒條傳動方式的不足。
圖6：鏈輪-銷軸傳動副及齒輪齒條傳動副對比示意圖
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圖7：伸縮皮帶裝船機實物運行圖
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3，卸車平臺的設計
根據項目場地情況，卸車平臺由混凝土建造基座。卡車開至基座上的末端位置后，將車內物料緩慢倒進漏斗內。考慮到煤渣、石膏物料的流動性較差，漏斗采用震動電機控制喂料。漏斗可分成上部的固定漏斗體和下部的震動漏斗體，震動漏斗體與固定漏斗體的連接方式采用鉸鏈式軟連接，如圖8所示，帶軟連接的分離式震動漏斗設計可有效避免強烈震動對設備的損壞。
圖8：卸車平臺設計示意圖
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三、結束語
本工程通過由卸車平臺、伸縮式皮帶裝船機等組成的工藝系統，解決了電廠煤渣、石膏等燃煤廢料的裝船問題。
本工程對伸縮式皮帶裝船機進行了優化設計，創新性的開發了鏈輪-銷軸轉動技術，有效解決了大型重載皮帶機伸縮動作的穩定性問題。卸車平臺的分離式震動漏斗設計可有效的解決難流動物料的喂料問題。創新技術可拓展應用于其他相類似的項目。
本工程完工于2023年8月，至今已投產運行近一年。