国电龙源电力技术工程有限责任公司 北京 100039
摘要：为了改善火力发电厂露天煤场造成煤炭资源损失，且在风力作用下扬尘对环境严重污染，目前国内火电厂大型煤场全封闭改造越来越普遍。露天煤场的改造主要有两种型式：钢网架结构和气膜结构，结合衡丰发电有限责任公司煤场的全封闭改造工程项目对这两种封闭改造方案进行详细分析，将两种方案的经济性和综合方案进行对比，提出该煤场改造的最佳方案。结果表明：气膜结构具有节能环保，结构简单等诸多优点，所以此工程采用气膜结构进行封闭改造。
关键词：大型煤场；改造方案；钢网架结构；气膜结构
引 言
火力发电厂的储煤场型式可分为开放式和封闭式，随着人们对环保意识的逐渐增强，粉尘的排放控制日益受到重视，煤场扬尘对环境污染严重[1]，大型煤堆、料堆要实现封闭储存，开放式煤场将逐渐退出历史舞台，封闭式煤场的改造已经迫在眉睫[2]。煤场的全封闭改造型式有很多种[3]，目前约90%煤场封闭为钢网架结构，技术条件成熟。气膜结构在体育场馆应用广泛，2012年神华巴彦淖尔公司建成当时世界最大规模的气膜式储煤场，该煤场长度400m，跨度110m。根据煤场设计特点，河北衡丰发电有限责任公司煤场封闭改造工程，封闭方案主要从现阶段我国常用的煤场封闭形式钢网架结构，以及气膜结构两个方案进行分析比较。
1钢网架煤场的方案
封闭煤场采用自然进风、自然排风的通风方式。室外空气由沿封闭煤棚长度方向侧壁的单层防雨百叶窗进风，经采光型屋顶排气楼排出。光型屋顶排气楼兼做自然排烟和排除甲烷气体的装置。用于自然进风的单层防雨百叶窗，靠室内一侧均配套风口过滤器，以避免粉尘外逸。
1.1钢网架封闭
三心圆空间网架结构采用螺栓球节点正放四角锥三心圆柱面网壳结构，支座支承在基础短柱顶部，采用下弦支承方式。屋面采用单层压型钢板封闭，两端山墙亦为全封闭，封闭时按工艺要求留有通道。屋面排水沿网架横向向两侧排水。采光、通风及照明根据工艺专业进行布置。
三心圆空间网架结构为传统大跨度煤棚设计方式，我国现有干煤棚90%以上采用钢网架加彩钢板形式，钢网架空间受力性能好，维护便捷，非常适合大跨度、吊载重的工业建筑，已广泛应用于电力、煤炭、航空、汽车等领域。
空间网架结构封闭煤场目前采用较多的两种外形形式，端部垂直地面型和端部蚕茧型，本项目封闭钢网架跨度约87m，长度184m，总面积约16008㎡，封闭后储煤量约9.04万吨；端部蚕茧型布置尺寸跨度约87m，矩形长度97m，两端各有半径为43.5m的半圆，总面积约为14380㎡，封闭后储煤量约8.22万吨。
1.2 施工期间钢网架对煤场机械运行的影响
钢网架施工时按沿煤场长度方向依次施工，当从一端施工时，煤场斗轮堆取料机和推煤机不运行至施工区，而在非施工区运行。当一端施工完毕时，斗轮机即在已施工完毕的区域运行，同时增加火车来煤量保障机组燃煤需求。施工期间通过上述组织，完全可以避免对生产的影响。
2气膜结构煤场方案
2.1气膜封闭
气膜式煤棚是在高分子复合膜材形成的密闭空间内部注入空气，并保持一定的密闭空间内外压差，使膜面受拉以保证刚度，在气膜内部设置斜向正交索网，中部无需支撑、能抵挡外部风荷载的结构形式。
膜材的力学性能好。膜材厚度约1.2mm，拉伸强度相当于钢材的70%，膜材的弹性模量较低，有利于膜材形成复杂的曲面造型。良好的力学性能，大大减小了煤棚的钢材消耗。
2.2封闭方案
（1）拆除原有防风抑尘网及钢支架，将原有挡煤墙局部加高至6.0m用于满足消防及通风要求，挡墙上部安装钢索及气膜，原有挡煤墙高2.5m，壁厚400mm，经核算，能够满足改造后使用要求。封闭后煤棚跨度90m，长度180m，内表面最大顶标高40m，煤场平面为矩形平面，详见总平面布置图。
（2）原有挡煤墙局部加高至6.0m，将膜材（单层）及钢索系统置于挡煤墙上方。
（3）煤场外部建配电室，平面尺寸10.5X8m，高4m，钢筋混凝土框架结构。
（4）皮带入口处接口
煤棚皮带入口处洞口，经过压力缓冲仓（气密橡胶帘—减压舱—气密橡胶帘—减压舱—煤棚内部），进入气膜煤棚。
（5）基础及地基处理
挡煤墙基础利旧，墙体局部加高至6.0m。
2.3施工期间气膜结构对煤场机械运行的影响
气膜安装及鼓气时需要对斗轮机及输煤皮带进行防护，由于电厂有火车来煤方式，可采用较节省投资的软包防护，斗轮机停运时间约7~15天，在斗轮机停运期间增加火车来煤量并利用恒兴煤场上煤保障机组燃煤需求。
3方案对比
综上论述，气膜封闭方案具有造价较低、煤场全封闭环保效果好、施工周期短等优点，但其存在运行能耗等不足。钢网架封闭煤棚目前在国内煤场封闭中应用广泛、技术成熟但是造价高，详细技术经济对比见表1。
表1 两方案技术经济对比
风机运行费用461.25万（25年）25
394200kW/年*0.39元/kWh=153738元/年，考虑日常运行中需增加风机用量0.2概率，年运行费用约18.45万元。
气膜方案与钢网架方案综合对比表
通过上述对比，从技术、环保效果、运行投资费用综合考虑，推荐煤场封闭采用气膜结构。
4结论
通过方案比较，推荐采用方案二：气膜结构。煤场封闭后，煤场系统在存储和取料过程中，无粉尘外逸，环保性能良好，满足国家及地方环保要求。同时防止了雨季煤中进水，保证机组安全运行。煤场封闭不改变原有煤场内布置，煤场内堆、取料运行平稳合理。
气膜结构在煤场环境中应用，需考虑是否有腐蚀情况，膜材的耐久性需要保证；气膜运行需要外部风机支撑，电厂须保证电源的稳定性；参考国内已有气膜煤场的成功经验，并改进不足（如门禁系统问题）；气膜方案的消防设施设置应综合考虑煤质情况，防治煤自燃对结构安全影响并严格按国家相关规范执行。
参考文献：
[1]高艳艳，潘俊，何晨玲.煤场扬尘影响预测与措施研究［J］．工业安全与环保，2001，33（11）：40-42
[2]潘万伟.大型露天储煤场全封闭改造设计选型分析［J］．中国煤炭，2018，44（8）：158-162
[3]胡成功，赵奇.浅析几种储煤场储煤形式的优缺点［J］．露天采矿技术，2013（2）：88-90
论文作者:刘文斌,李雪梅
论文发表刊物:《建筑细部》2019年第6期
论文发表时间:2019/10/15
标签：煤场论文; 方案论文; 钢网论文; 结构论文; 膜结构论文; 全封闭论文; 轮机论文; 《建筑细部》2019年第6期论文;