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文章详情介绍：
弧形轨道式双空气斜槽装船机在粉煤灰出口码头上的应用
张文东 陈 文
中交第二航务工程勘察设计院有限公司 武汉 430071
摘 要：分析了固定式装船机、移动式装船机在粉煤灰出口装船上的局限，提出了一种弧形轨道式双空气斜槽装船机，其装船范围大，船型适应广，码头基础省，可为类似工程提供参考。
关键词：粉煤灰；弧形轨道式双空气斜槽装船机
中图分类号：U653.928 文献标识码：A 文章编号：1001-0785（2020）08-0078-04
0 引言
粉煤灰（主要为飞灰）为燃煤电厂锅炉烟气经过除尘器收集后获得的细灰。粉煤灰是一种潜在的资源，可利用途径多达50 多种[1]。粉煤灰产生量大，传统的陆域堆存处理占地面积大，因而沿江沿海地区燃煤电厂，大多将粉煤灰水运出口作为一项基本的配套功能。
粉煤灰运输船船型多样，专业灰船较少，而粉煤灰流动性强，会对环境造成较大的威胁。因此粉煤灰的运输，环保要求严格。目前常用的粉煤灰装船机多为固定装船机，其覆盖范围有限。而移动式装船机则码头基础投资大。
本文针对某电厂项目粉煤灰出口的实际需求，结合外运船舶特点，从满足码头平面布置、环保要求及节约工程投资等角度出发，探讨选择弧形轨道式双空气斜槽装船机进行电厂粉煤灰的装船出口。
1 项目概况
某电厂码头工程，按照设计要求，需建设有1 个30 000 t 级煤炭进口泊位和1 个3 000 t 级的飞灰出口泊位。根据实际的水域情况，煤码头、灰码头和引桥必须为“一字型”布置。灰泊位码头需配备额定能力达150t/h，最大能力达180 t/h 的飞灰装船机，引桥敷设置来至陆域电厂的3 根50 t/h 气力式输灰管线并与装船机相连。陆域中转灰库距离灰码头越1 500 m。外运船型尺寸虽已确定，但均为假定。粉煤灰装船要求适应多系列的不同船型，含舱口驳船、甲板驳船及带接口储罐的专业运灰船。设计代表船型见表1。
2 常见的粉煤灰装船机
装船机式样繁多，归纳起来有固定式装船机、移动式装船机和摆动式装船机等3 类[2]。粉煤灰的装船方式、装料能力、作业范围，与输送量、船型、输送距离、平面布置等因素密切相关。目前常见的粉煤灰装船机有固定式装船机和移动式装船机。
2.1 固定式装船机
固定式装船机为弧线定位方式，一般在灰码头设有容量较大的缓冲仓。缓冲仓采用钢结构，其一方面保证换舱时输灰作业的连续性，提高运行效率。另一方面则是在粉煤灰水平输送后，作为气灰分离装置。缓冲仓下的水平输送采用空气斜槽或螺旋输送机与装船头连接。为避免装船头的扬尘，装船头处设收尘管收集装船余气，返至缓冲仓顶部的除尘器，经处理后排放。固定式装船机布置如图1 所示。
固定式装船机结构简单，设备购置费低。灰码头面积小、水工基础要求低，土建投资少。但是该机型装料点只能在回转臂绕回转轴旋转的一段弧上，由于悬臂长度有限，覆盖范围不足，对全舱装料和舱口接头定位存在一定的局限，多用于载重量较小的驳船或带储罐且接口在装料点弧线上的特制灰船，单机配置下多需要配合移船作业，对装船效率有较大影响。
1. 进灰管 2. 除尘器 3. 缓冲仓 4. 收尘管5. 空气斜槽 6. 回转支撑 7. 装船头
图1 固定式装船机布置图
2.2 移动式装船机
移动式装船机装船原理、设备结构形式与固定式装船机基本一致，不同在于设备增加了行走结构，扩大了装船范围，不需要移船作业，装船效率稳定。为减小整机荷载，缓冲仓容积不宜过大，这就限制了设备的装船能力。行走的装船机缓冲仓与进灰管之间需增设连接软管，码头后沿的进灰管上等间距的布置若干三通法兰接头，实现与连接软管的快速连接和切换[3]。也可以将软管与进灰管保持连接，满足装船作业的连续性，此种情况下，软管的长度及拖拽应满足连续作业的要求。移动式装船机布置如图2 所示。
移动式装船机沿码头岸线轨道行走，扩大装船范围，但由于自身结构的限制，装船悬臂长度无法取太长，覆盖范围受限。且码头面积较固定式装船机要大得多，码头基础投资大大增加。
1. 软管 2. 除尘器 3. 缓冲仓 4. 收尘管 5. 空气斜槽6. 回转支撑 7. 装船头 8. 连接法兰 9.进灰管
10. 行走机构
图2 移动式装船机布置图
3 弧形轨道式双空气斜槽装船机的应用
鉴于上述两种装船机机型的局限性，结合本工程的码头平面布置，本项目采用一种弧形轨道式双空气斜槽装船机。其额定能力为150 t/h，与来自电厂的3 根达50 t/h 输灰管相接的缓冲仓容积为400 m3，仓下桥架的两级悬臂上设置两级空气斜槽进行水平运输。主悬臂回转半径为8 m，回转角度为±45°，副悬臂回转半径为19.5 m，回转角度为±90°。弧形轨道式双空气斜槽装船机布置如图3 所示。
1. 进灰管 2. 缓冲仓 3. 除尘器1 4. 主悬臂及一级空气斜槽5. 除尘器2 6. 副悬臂及二级空气斜槽 7. 收尘管8. 装船头 9. 甲板驳船 10. 舱口驳船 11. 专业灰船
图3 弧形轨道式双空气斜槽装船机布置图
该机输灰原理与上述两种机型一致，改善之处在于将两级空气斜槽置于桥架的两级悬臂上方，并分别以受料点为绞点作折线摆动作业。前支腿为行走车轮，在驱动下沿码头前沿的弧形轨道往返运行，近似移动式装船机沿码头岸线行走的功能，使整个桥架绕后方两个绞点左右摆动。通过两级臂架和空气斜槽系统的两个旋转动作，形成一个扇形作业的覆盖面进行装船作业，装船范围大。物料运输系统全封闭，环保节能。
出灰码头含1 个装船机平台（18 m×13 m），2 个靠船墩平台（6.5 m×6 m），2 个系缆墩（6 m×6 m），船舶靠离泊作用在靠船墩、系缆墩上，灰码头平面布置简洁，相较于移动式装船机方案，码头基础投资大大节约。
为了进一步扩大装船范围，灰码头布置时，灰船可沿码头沿前沿线左右移船6 m。图4 为灰码头工艺布置图，其中阴影部分为粉煤灰的装船范围，在不考虑粉煤灰极好的流动特性情况下，弧形轨道式双空气斜槽装船机能覆盖大部分的船舱，无论是驳船还是专业灰船，都具有较高的适应性。
1. 系缆墩 2. 靠船墩 3. 装船机平台 4.带式输送机 5. 输灰管 6. 引桥
图 4 灰码头工艺布置图
溜筒采用双套筒设计，内筒用于物料下落，外部为收尘布套，底部出口既可以快速连接下锥斗形接头以直接对接灰船上储罐接口，也可以快速连接带裙摆的防尘罩，对敞口驳船进行装船。防尘裙边始终与物料接触，在套筒内形成负压环境，使粉尘不易外溢。含尘气体经收尘管进入除尘器处理后排放大气。溜筒套筒通过卷扬机钢丝绳实现的伸缩，伸缩行程为6.5 m~22.4 m，船舶与装船机接口为柔性连接，可有效适应装船过程中，受船型、风浪、水位及舱重的影响。如图5 所示。
1. 下料内钢套 2. 收尘外布套 3. 卷扬机提升钢丝绳4. 中间连接短节 5. 快开式锁紧螺母 6. 下料锥斗7. 收尘罩头
图 5 溜筒接头示意图
4 结语
弧形轨道式双空气斜槽装船机采用可旋转的两级悬臂，并以斜槽受料点为绞点作折线摆动作业，整机结构简单，输灰效率可靠，输灰过程封闭环保。
弧形轨道式双空气斜槽装船机，配合很小范围移船的共同作业，较固定式装船机装船范围更大，装船效率更高。较移动式装船机，码头基础简洁，极大节约整体投资。且对设计船型具有较高的适应性。
参考文献
[1] 夏明，鲁幼勤，许晓东. 长距离粉煤灰气力输送系统的设计[C]， 亚洲粉煤灰及脱硫石膏综合利用技术国际交流大会，2015.
[2] 中交第一航务工程勘察设计院有限公司. 海港工程设计手册第二版( 上册)[M]. 北京：人民交通出版社，2018.
[3] 王海炳, 吴喆. 粉煤灰气力输送装船工艺[J]. 港口装卸,2016(1): 24-25.