气膜式封闭煤场在某火电厂的应用及投资分析

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　　摘 要：煤场是火电厂的燃料储存场所，为火电厂每日大量消耗燃煤提供重要保障。随着国家对环境治理日趋严格，大量的露天煤场需要进行全封闭改造。本文结合某火电厂煤场全封闭工程案例，对火电厂煤场封闭改造中选用的充气膜结构进行技术和经济性分析，为火电厂煤场封闭可以达到科学、经济合理、节能环保的目标提供一定的借鉴和指导作用。
　　关键词：火电厂；煤场全封闭；气膜结构；环境治理；技术经济分析
　　DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.15.185
　　截至2018年年底，我国总发电装机容量为189967万千瓦，其中火电为114367亿千瓦，占到总容量的60.2%。虽然煤炭能源在我国一次能源结构中的占比逐步下降，但依然处于主导地位。
　　随着我国经济的蓬勃发展，人们对赖以生存的空气及环境的重视程度正在加强，为了使人民的生活和国家经济的健康绿色发展，国家和地方政府近几年针对大气污染防治出台了一系列相关政策和规定。
　　《中华人民共和国大气污染防治法》（2015修订）第七十二条规定：贮存煤炭、煤矸石、煤渣、煤灰、水泥、石灰、石膏、砂土等易产生扬尘的物料应当密闭；不能密闭的，应当设置不低于堆放物高度的严密围挡，并采取有效覆盖措施防治扬尘污染。《京津冀及周边地区2017-2018年秋冬季大气污染综合治理攻坚行动方案》（环大气[2017]110号）文，要求完全完成《大气十条》考核指标。各类煤堆、灰场、渣場和其它产生扬尘（粉尘）的散流体堆放场，按照《防治城市扬尘污染技术规范》（HJ/393-2007）要求，采取仓储、罐储、封闭或半封闭堆场等形式，并配备喷淋、覆盖、围挡等防风抑尘设施，避免作业起尘和风蚀起尘。2018年，国家生态环境部将京津翼、长三角及汾渭平原列为大气污染重点防治区域，进一步加大了环保治理力度。
　　全国各燃煤发电厂根据国家和地方政府的政策规定，绝大部分地区正如火如荼的对煤场进行封闭式改造当中。在当前已封闭的煤场改造中，根据煤场的情况封闭结构形式主要有三心圆钢网架结构封闭、预应力管桁架结构封闭、平板钢网架结构封闭和拱形钢网架结构封闭。
　　随着气膜建筑技术的不断发展，气膜式全封闭技术在火力发电厂煤场封闭改造中有了一定程度的应用。
　　1 某火电厂煤场气膜式全封闭改造背景
　　1.1 电厂及煤场介绍
　　该火电厂位于南京市郊区，装机容量为两台320兆瓦燃煤发电机组，分别于1994年3月、10月相继投产。来煤主要以蒙煤和中煤集团的平混煤为主，运输方式为海进江。电厂现有南煤场、北煤场，其中：南北煤场长约260米，总宽约107米，目前为露天煤场，煤场中部设有一台悬臂式斗轮堆取料机，设计堆高14米，南、北煤场共可储煤10万吨。电厂目前总储量为12万吨，双机运行时日耗煤量为6500吨，总储量满足两台机组最大出力运行15天耗煤量需要。煤场四周建有防风抑尘墙，防风网高度14m，抑尘墙总长约840m。
　　1.2 项目改造必要性
　　根据《江苏省颗粒物无组织排放深度整治实施方案》的函（苏大气办[2018]4号文〕要求，南京市所属火电行业煤场需进行全封闭。
　　该电厂已经完成延寿准许审查并取得电力业务许可证（有效期为2006年7月25日至2026年7月24日），同时地方政府对电厂无搬迁计划和关停要求。目前电厂煤场设施不符合发文中要求的全封闭，需进行相应改造，以符合国家及地方环保政策的要求。
　　2 气膜式全封闭改造简介
　　拆除现有煤场四周的防风抑尘网，采用充气膜结构对现有煤场进行封闭。其中南、北煤场长约260m，该区域为露天煤场。本工程拟对南、北煤场进行封闭改造。封闭式气膜结构是完全封闭，无煤灰外溢，靠气膜内外部的气压差来支撑整个气膜结构，无承重结构，气膜结构的材料和固有的柔性，没有受弯、受扭和受压的构件，单位面积重量轻，对基础要求较低，几乎可以在任何条件的地面、建筑物屋顶等场合建造。施工快捷、成本低，跨度大，内部不需要承重结构。斗轮机在内部运行不受影响，设备不需要改造，不影响煤场正常生产运营。膜材本身具有自洁性、耐腐蚀性，在寿命期内防腐和清洁的维护工作量较少。
　　本工程煤场储煤面积约为：25350平米，外表尺寸为长260米×宽97.5米×高约40米（新建挡煤墙基础以地面0米为准不低于4米，气膜以新建基础顶面为准不低于36米）。煤场封闭可采用单层膜结构，气膜基础固定在条形浅基础顶部，设置充气系统、灯光照明系统、瓦斯安全监测排放系统、粉尘降除尘及过滤系统。同时设置两个汽车通道进出大门、四个人员进出气密门、四个消防应急密闭门。
　　由于气膜较轻，基础无需钻孔打桩，采用天然地基，气膜膜角与新建挡煤墙基础连接，直接固定在新建挡煤墙基础顶部。
　　2.1 基础部分
　　充气膜结构钢结构构件少，重量轻，对基础要求很低，几乎可以在任何条件的地面、建筑物屋顶等场合建造。本项目基础采用天然地基，气膜膜角直接固定在条形浅基础顶部，结构简单、施工方便。沿煤场周边新建条形基础建挡煤墙。
　　2.2 膜罩部分
　　膜材采用耐脏的PVDF膜材。膜材固定在条形混凝土基础上。气膜材料的抗拉强度要相当于同样厚度的钢板抗拉强度，使用寿命为20年。气膜罩使用PVDF膜材，膜材厚度不低于1.2mm，耐各种强酸强碱腐蚀，耐老化，在使用期内不用做特别的维护，一方面具有“自我清洁”的功能灰尘不易粘在其表面上，另一方面能延长膜材的寿命。
　　2.3 钢索部分
　　气膜拉索采用PE索，大幅度提高气膜设施的受力性能；同时可以减低膜材气压受力，延长膜材使用寿命。
　　2.4 模块式组合风柜
　　风机系统是气膜结构设施的关键之一，主要有风机、定向吹风调节器及过滤设备等。充气膜结构采用节能的风机配置，配置不小于30000m3/h的风机，设计风机约12台左右（根据要求调整），充气成型时风机同时运作，时间不超过2小时，缩短气膜充气成型时间能大大降低此过程的不安全因素（时间越长，受到外界自然因素的影响越大，例如大风，大雨等）。 　　（1）设施在闲置情况下启用1-3台风机变频50%-60%功率运行，排放风与送风量对等；
　　（2）设施在使用的情况下（汽车进出频繁），启用2-5台风机。排放风与送风量对等；送风量的大小跟人员进出及汽车门开启频率成正比，风机由智能控制系统控制变频运行，随着室内气压的高低加大或减少送风量，维持室内气压稳定安全。
　　维持室内气压智能控制系统通过变频控制风机来运行，向气膜内充气加压，保持气膜内外的差压比，一般应控制在200Pa至500Pa之间，由智能控制系统根据安装在室外的多个风速、气压等感应仪传输的信号来自动感应调整。
　　气膜设备如有风机设备不正常，智能控制系统会检测到并马上启动备用设备运行的功能，并进行声光报警，不得影响充气膜的安全。
　　2.5 智能控制系统
　　智能控制系统是充气膜结构的控制核心，控制着气膜所有设备的运行。智能系统收集室内外各种传感器的数据（例如：煤、粉尘浓度，瓦斯和空气质量感应器，室内气压感应器、室外的风速感应器、雪荷载感应器等），实时将数据传回智能化机电控制系统，自动调节通风换气量。智能控制各个设备系统协调运行，实现人性化操作管理，从而达到气膜设施的安全、空气清新、环境舒适、节能环保的目的。设计了自动和手动两种运行方式，在控制系统故障情况下，可以人工转换成手动运行模式运行，小故障能实现网上远程排除功能，智能控制系统实现了通过网上下载数据，实现24小时无人监控，全自动运转，亦可远程操作监控，保证安全生产。
　　2.6 与钢结构方案对比
　　2.6.1 充气膜结构的特点
　　（1）充气膜结构重量轻。气膜施工周期一般在4～5个月左右，施工较为快捷简单，在施工中较传统结构减少了一定的高空作业，提高施工安全。
　　（2）充气膜结构不需要立柱及梁板等混凝土，造价较低。
　　（3）气膜膜材本身具有很强弹性，可以轻易的卸掉高空坠物的冲击力而不被破坏，一般的石块、砖头对气膜是不会破坏。但气膜结构在尖锐物作用下可能会使气膜局部被穿孔或割裂，但由于网索的分格保护不会快速延展出现大面积撕裂，智能控制系统自动监测气压并及时增大风量维持气膜状态，可以在充气状态下进行修补。
　　（4）充气膜结构在低于设定压力时才启动变频风机充气，运行维护费用较低。气膜设施配备有自动降尘、除尘设施，在粉尘浓度超标时自动启动排尘系统，可以保持室内良好的作业环境。
　　2.6.2 常规空间网架结构特点
　　网架跨度适中，设计施工难度低；常规跨度下网架造价低，常规施工费用合理；对煤场运行无影响。缺点：基础间距较小，基础费用较高；网架一般跨度不超过120米，过大的跨度会造成成本急剧上升。
　　方案对比详见表1。
　　3 充气膜封闭施工简介
　　充气膜施工方案主要包括原煤场防风抑尘网拆除、下部基础施工及上部封闭结构安装。下部为钢筋混凝土条形基础施工、挡煤墙施工，上部为充气膜结构施工。根据厂区地质勘察资料本项目条形煤场基础埋深在地下水位以上，故施工时无需进行施工降水，亦可依据本项目的实际情况，采取明排水方式进行施工降水。充气膜基础施工和煤场周围钢筋混凝土挡煤墙施工均采用现浇钢筋混凝土施工工艺。
　　安装前准备→所有门系统安装→风机（充气设备）安装→膜材拼装→斜网索拼装→膜结构固定→控制系统安装→設备联动试车→开始充气→智能化控制调试→室内设施安装→竣工验收交付使用。
　　4 投资估算
　　该火电厂煤场采用气膜全封闭改造工程静态总投资6853万元，其中原抑尘网、基础、挡煤墙拆除267万元、煤场封闭下部基础及上部结构（气膜封闭）3702万元、干煤棚山墙封闭（2#煤场）382万元、煤场喷淋装置22万元、电气系统266万元、消防系统905万元、沟道、道路及场地还建226万元、露天栈桥封闭55万元、卸煤码头区域干雾抑尘改造138万元、皮带机及装载机300万元，其他费用（管理、招标、监理、评价、勘察设计、评审、验收等）390万元、基本预备费200万元。
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　　作者简介：周彦军（1983-），男，甘肃白银人，本科，工程师，主要研究方向：锅炉环保工程及煤灰场的环保治理。
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