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管状带式输送机在港口工程中的应用
发布时间：2013-07-23 08:23 来源：未知
1、工程背景
华能南通电厂位于长江下游南通河段天生港水道北岸，即江苏省南通市西郊长江北岸的天生港附近，是长江下游大型火力发电厂之一。该拟建卸煤码头位于该段横港沙外侧长江主泓水域，采用高架栈桥的方式，跨越横港沙和天生港水道，直接将煤输送至电厂。本工程建设规模为：建设50 000 DWT煤炭进口泊位一个（结构兼顾70000 DWT船舶靠泊）和4 000 DWT煤炭水上转运出口泊位一个以及相应的配套设施，并预留一个煤炭进口泊位。码头年吞吐量为5.2×106 t／a，其中煤炭过驳量为5.0x105t/a。码头平台尺度为275 m×28 m；输煤栈桥总长1 417. 623 m。平面布置见图1。
2、输煤设备选择
本工程输煤栈桥总长1 417. 623 m，由于输煤栈桥要跨越天生港航道，根据交通部《关于华能南通电厂三期工程输煤码头栈桥通航净空尺度和技术要求的批复》，输煤栈桥主通航孔净空高度在设计最高通航水位以上不小于21 m。栈桥最高处距江面的距离近30 m，如在输煤栈桥上采用槽型皮带机，作业时沿程煤炭的洒落及粉尘飞扬会对长江造成一定的污染，尤其在风力较大时污染更大，大风还会造成皮带翻带，影响皮带机的安全运行；当大雨降临时，洒落在输煤栈桥上的煤粉随着雨水散流入长江，在长江上空形成一道黑色的“瀑布”，这无论是从环境�；し矫�，还是从维护华能南通电厂的企业形象方面都是应该避免的。因此，输煤栈桥上的输送设备选型是非常重要的。
为了减少普通槽型皮带机的缺陷，日本原JPC (Japan Pipe Conveyor Co. Ltd.)公司（现普利司通BRIDGESTONE TPE公司）于1964年提出并率先在日本注册发明专利的全新物料搬运技术——管状带式输送机。其输送原理与槽型皮带机完全相同，对于槽型皮带机，物料在槽形截面的胶带上进行输送，而管状带式输送机使物料在形成管状截面的胶带内进行输送。管状带式输送机的主要特点是胶带在六边形PSK(Pipe-Shape-Keeping)托辊组内形成管状，其头，尾及拉紧等处与普通带式输送机结构形式完全相同。物料被包裹在封闭的圆管形胶带内输送，在输送过程中由于上下胶带形成管状，输送机可实现多向转弯，转弯角度可达90。。
我国自20世纪90年代初由日本引进管状带式输送机技术，经过设计、制造和使用单位多年来的技术消化、经验总结和不断实践，经业内专家的不断开拓和研究，现已逐步总结出一整套较为系统的设计、安装、调试及检验等全面的标准。目前管状带式输送机产品已形成了系列化，设计和制造技术趋于成熟。
综上所述，管状带式输送机在环保、使用、维修、综合性价比等方面与槽型皮带机相比具有明显优势，国内在设计制造方面也可提供全方位的服务，在管状带式输送机的使用和管理方面具备了成熟的经验，因此，管状带式输送机应用于直接输煤码头工程中是有保障的，在技术上是完全可行的。
针对输煤栈桥上的皮带机应具有的特性，经综合比较，确定本工程输煤栈桥上采用管状带式输送机，形成环保型的绿色运输通道。
3、管状带式输送机总体设计要求
(1)本工程输送系统按最大能力3 600 t/h配置，相关原始参数如下。
额定输送量：Q=3 000 t／h;最大输送量：Q=3 600 t/h;煤种：烟煤；含水量：14±4%;容重：0, 85—0. 95t／m3（生产能力和容积设计按0. 85 t／m3，重量设计按0. 95 t／m3）；粒度：0—200 mm(其中200 mm≤20%)；静堆积角：38。，动堆积角：25。～30。；水平机长：L=1 460, 388 m;提升高度：H-23. 93 m。
由此，确定本工程管状带式输送机管径D-600 mm，带速V—5 m／s。
(2)工艺流程功能：在满足现有输煤系统同时接卸前方泊位卸船来煤和向电厂一、二期发电机组煤仓上煤的功能前提下，确保电厂的安全生产，并预留向电厂三期工程输煤的功能。
(3)控制功能：采用以PLC为核心的控制系统，实现管状带式输送机的智能化运行方式。
(4)�；すδ埽汗茏创绞渌突母飨畋；�、电机及其轴承的温度检测和�；�、驱动滚筒轴承和减速机的超温�；�、变频器和制动闸的故障�；�。
(5)检测、显示、储存功能：管状带式输送机的运行和�；奔洹⒐收侠嘈�、电机工作的电压和电流、驱动功率、运行速度、胶带张紧力的检测、显示、储存。
4、设备选用原则
4.1先进性原则
本工程管状带式输送机的技术要求及功能均处于国内先进水平，具有相当高的技术含量。在管状带式输送机驱动控制上首次采用了高压变频调速装置。
为合理确定长距离大功率管状带式输送机的驱动方式，以降低管状带式输送机在启动时对电网的冲击、减小对机械设备的冲击、降低胶带的张力、改善传动性能，具备在线无级调速和低速可调验带功能，并达到节能降耗的要求，我们对调速型液力耦合器、CST可控启动传输装置、低速大扭矩液压马达驱动系统、低压变频调速、高压变频调速多种驱动控制方式，在启制动性能、系统效率、负载特性、调速性能、可靠性、维护成本、节能特性及性价比等方面进行了综合比较后，设计采用了罗宾康高压变频调速装置作为管状带式输送机驱动系统的软启动装置，以实现管状带式输送机的可控启动、可控停车和调速的功能。
罗宾康高压变频器采用先进的矢量控制技术构成高性能交流调速装置，经实践证明可长期可靠地应用于长距离带式输送机等恒转矩负载，具有起动转矩大，过载能力强等特点�？稍谇嵩�、重载等各种工况下可靠、有效地控制带式输送机柔性负载的软启动／软停车整个动态过程，并在全过程中实现各皮带机的驱动电机之间的功率平衡和速度同步。同时，还可提供可调验带速度，由此降低快速起动，快速停车过程对机械和电气系统的冲击，有效抑制胶带输送机动态张力波可能对胶带和机械设备造成的伤害，延长输送机使用寿命，增加输送系统的安全性和可靠性。该项技术的运用使得系统具有极高的动态响应速度和响应精度，在低速下具有较大的转矩和转矩过载能力，不仅能最大限度地发挥输送设备的运行能力，还具备与上下游装卸或输送设备有机结合的能力，提高整个输送系统的运行效率。
4.2合理性原则
按照项目总体规划要求合理布局输送线路，本期管带机与三期预留管带机在栈桥上的布局一直一曲的形式，在充分发挥管带机可曲线布置的优越性的同时，可最大限度地减小栈桥的土建工程量。合理配置驱动装置，综合考虑项目分期实施的原则。
(1)成管段的布置。
本工程选用的是管径为600 mm的管状带式输送机，成管段机架宽度为1200 mm，考虑到两条管带机中间人行、检修通道的宽度，确定两条管带机中心线间距2400 mm，设计中在引桥上游端布置了电缆桥架，给排水管线，下游端亦考虑了检修车辆通行宽度4000 mm，成管段引桥宽度共计9 800 mm。断面布置见图2。
(2)过渡段的布置。
本工程选用的是管径为600 mm的管状带式输送机，按照要求，单向弯曲过渡段长度不小于50倍管径，结合相关专业布置，确定过渡段长度为57 200 mm。
(3)尾部展开段的布置。
本工程选用的是管径为600 mm的管状带式输送机，展开段机架宽度为3 040 mm，考虑到两条管带机中间检修通道的宽度，以及管带机由成管到过渡展开的相关要求，确定两条管状带式输送机中心线间距4 400 mm。结合相关专业以及尾部在码头Tl0转运站内的布置，确定尾部展开段长度为26 990 mm。断面布置见图3。
(4)头部展开段的布置。
为了有效解决码头来煤的计量问题，进陆域Tll转运站之前，设计中在管状带式输送机头部展开段部分设置了皮带秤以及校验装置。
国内电厂对皮带秤的校验以前大都采用实物校验方式，此种校验方式一次性投资大，占地面积大，运行操作繁杂，管理维护水平要求高，计量精度随管理维护水平的不同而差别较大，特别是对计量大运量的皮带秤，采用实物校验方式产生的问题较多。根据国家电力公司发输电计(2002)153号文《关于采用循环链码检验皮带秤技术的通知》，设计中采用了皮带秤模拟实物检测装置一循环链码，该装置经中国计量科学研究院鉴定认可，获得了CMA标志，并获得了北京市质量监督局颁发的CMC标志。循环链码检验装置具有一次性投资小、安装方便、不另占场地、操作简便、校验时间短、准确率高、数据重复性好等特点，完全满足国家计量检定规程(JJG195 -2002)中关于循环链码检验装置用于皮带秤检验的技术规定。目前，该装置已逐步在电力、港口、冶金等行业推广使用，并取得了良好的效果。
因此，头部展开段相比尾部展开段长度略有增加，结合结构专业以及头部在陆域Tll转运站内的相关布置，确定头部展开段长度为52 352 mm，由于在头部展开段之前，汽车引桥已经与管带机栈桥分离，所以该部分管带机栈桥只考虑人行、检修宽度，再加上该段布置了封闭廊道，确定廊道宽度为9 600 mm。管带机线型布置简图见图4。
4.3扩充性原则
管状带式输送机可在三期实施时进行系统扩充，同时满足电厂一、二期输煤系统的正常运行。
引桥管状带式输送机能力在进入陆域Tll转运站后，除了要对现有输送系统进行卸料，同时还需要满足对三期预留皮带机供料的功能。
目前，华能南通电厂一、二期进入煤堆场输送系统的单线最大输送能力为2 000 t/h，煤仓上煤的输送系统的单线最大输送能力为1000 t／h，而本工程码头前方来煤最大能力达3 000 t／h(三期达3 600 t／h)，因此，前方来煤在进入一、二期输送系统之前，必须根据流程及系统能力的需要进行分流。为保证分流流量的准确性、分流流量的可调节性和作业的安全性，设计中在引桥管状带式输送机头部下设置了接料料斗，料斗下采用了在我国电力和港口行业中广泛使用的活化给料机。该给料机采用独特的结构设计，集活化物料功能和给料功能于一体，可以在线无级调整出煤量，出煤量可以在0—2 000 t／h之间调整，同时还具备防止接料料斗堵煤的功能。
由于三期是新建工程，其运输系统能力可满足3600 t／h的要求，码头前方来煤不需要分流可直接进入三期运输系统。因此，在设计中，预留三期工程运输系统的接口，前方来煤在Tll转运站通过电动三通直接进入三期运输系统，同时，通过电动三通，可实现前方来煤与一、二期运输系统、三期运输系统的自动切换。Tll转运站断面见图5。
4.4前瞻性原则
本期设备布置时，码头皮带机相关部件按三期实施时进行配置，输煤栈桥上的管状带式输送机同样在本次设计中作出了相应的预留，码头Tl0转运站以及后方Tll转运站的布置也充分考虑了二期与三期的衔接，为整个电厂项目的顺利实施奠定基础。
5、技术重点
5.1 管状带式输送机输送带
由于管状带式输送机对胶带的横向刚性有要求，必须具有适当的横向刚度，胶带既不能太硬，也不能太软。如果胶带太硬（横向刚度太大），将会使胶带搭接处上翘，造成密封效果不好；如果胶带太软（横向刚度太�。�，将会使胶带裹成管时往下塌，形成扁管现象。因此，胶带是否具有合理的横向刚度对管带机能否正常运行起到至关重要的作用。
设计采用日本普利司通管带机胶带，其技术特征如表1。
普利司通管状带式输送机专用胶带的韧性和刚性同时兼顾，在胶带边缘，尽量降低刚性提高韧性，保证胶带很好地搭接，防止物料的洒落。
鉴于本工程的管径较大而受力较为特殊，因此胶带的横向刚度经计算只能在480—518 g／75 mm(即
6. 4～6.9 kg/m)．超过或过小都会导致本工程管状带式输送机运行出现问题。
同时，本工程管状带式输送机胶带采用高保持刚性胶带，与标准刚性胶带相比，高保持刚性胶带在长时间使用后仍能很好地保持圆管形状，而标准刚性胶带在使用1～2年后横向刚性显著下降，产生塌管现象。
5.2弯曲
管状带式输送机优于通用带式输送机的显著特点是可以进行小半径转弯，从而减小了外形轮廓，可在地理上不能使用通用带式输送机或需多个转载点的情况下选用管状带式输送机。
由于管状带式输送机输送带完全被周围的托辊约束，所以与通用带式输送机相比不发生跑偏现象。管状带式输送机可以在垂直面和水平面上弯曲，也可同时在两个面上弯曲，取消了转载点，可从侧面、上面或下面通过已存在的障碍物，输送带刚通过过渡段形成圆管后便开始弯曲，弯曲必须在到达卸料滚筒过渡段之前完成。输送机两端的过渡段必须是直线的。
本工程本期管带机与三期预留管带机在栈桥上的布局一直一曲的形式，尾部出码头Tl0转运站部分，设计中考虑了57.2 m成管过渡段，两条管状带式输送机的中心线间距由4.4 m渐变为2.4 m，整个输煤栈桥的宽度也由11.8 m调减为9,8 m，有效地减小了栈桥宽度，节约了土建投资。
5.3变频驱动
变频驱动技术的应用是本工程的一个关键的技术重点。计算可知，本工程管状带式输送机总电机功率为1 819.11 kW，结合本工程实际情况，采用头部双驱动，尾部单驱动的电机布置方式(单台电机功率为630 kW)．以此可有效降低皮带张力，同时采用变频控制驱动技术，实现输送设备的软启动、软停机及在线调速功能�？悸堑�150%的过载能力裕量，选用三台630 kW罗宾康完美无谐波系列高压变频器。由于三台驱动电机不同轴联结，又要保持速度同步，因此，三台电机的控制方式不是独立而是彼此相互关联的。若三台电机的传动都作为独立的速度控制，则在系统运行时，三台电机的转矩难以调整。为了满足既要保证整个系统速度同步，又要确保三台电机的转矩平衡，设计采用罗宾康的最新的droop control技术，这样三台变频器均处于速度闭环运行模式，保证三台电机之间的速度同步以及转矩平衡。
5.4物料粒度
按照管状带式输送机的设计要求，一般最大物料粒度为管状带式输送机管径的1／3。本工程所选管状带式输送机的管径为600 mm，因此物料粒度应保证在200 mm以内。由于码头卸船机漏斗隔栅网格尺寸为300 mm×300 mm，为了满足管状带式输送机对于物料粒度的要求，设计中在码头皮带机头部漏斗与引桥管状带式输送机尾部导料槽之间增设了滚轴筛以及环锤破碎机，滚轴筛入煤口亦设置了调节挡板，若来煤粒度满足要求，则直接通过出煤口落至引桥管状带式输送机尾部导料槽；若来煤粒度不满足要求，则需通过滚轴筛筛分，筛下的来煤通过出煤口落下，筛余物通过连接滚轴筛和破碎机的大块导料机进入破碎机入料口，经过破碎后通过破碎机出料口落至引桥管状带式输送机尾部导料槽，以此确保管状带式输送机安全运行。
6、实际运行情况
本工程的管状带式输送机自2008年4月开始安装，11月完成调试及验收。截止2009年6月，根据试运行半年时间的统计，已完成运量近200万t，管状带式输送机工作正常、运行良好，噪声低，污染小，无扭转跑偏等现象，维护工作量也很低，取得了令人满意的经济效益和社会效益。
7、应用前景
管状带式输送机是在普通带式输送机的基础上发明的一种具有划时代意义的新型连续输送设备，其所具有的环保、小半径弯曲、大角度倾斜等特点为散状物料输送提供了更多更好的解决方案。管状带式输送机尤其适用于以下几个方面。
(1)地形条件复杂，长距离输送。特别适合坑口电厂野外长距离输煤及电厂发电后灰渣往厂外排送。
(2)对环境�；ひ蠼细叩牡绯С谑渌拖低臣案劭诔ぞ嗬胧渌拖低�。有利于�；せ肪澈透纳谱饕等嗽惫ぷ魈跫�。
(3)老厂改造项目。原有建筑物复杂，普通带式输送机布置困难，采用管带机输送可以最大限度地满足业主使用要求。
8、结语
众所周知，输煤系统是火电厂的重要组成部分，它担负着电厂燃煤的输送和供配等任务，其安全可靠运行是保证电厂实现安全、高效生产不可缺少的环节。本工程管状带式输送机作为输煤系统的一个关键部分，凭借其经济，环保，运行稳定、可靠性高、维修率低等特点，取得了成功，为电厂带来了很好的经济效益和社会效益，得到了业主单位以及地方政府的一致好评。同时，本工程也为管状带式输送机在长江上码头长距离输送工程中的应用做出了开创性的工作，在散料输送工程中的应用同样起到了很好的借鉴作用。
