易 世 友

(北京礦冶研究總院，北京 100160)

基于煤庫設計的發(fā)生爐煤氣站節(jié)約用地研究

易 世 友

(北京礦冶研究總院，北京 100160)

結(jié)合工程的實際情況，合理確定了煤庫的設計儲量，并根據(jù)用地面積進行耐火等級、防火分區(qū)等煤庫建筑設計，按照火災危險性分類，確定了煤庫與發(fā)生爐設備的安全間距，指出采取地下深坑堆煤或地上擋煤墻等堆煤方式可減少煤庫的占地面積，節(jié)約發(fā)生爐煤氣站的用地。

煤庫設計，發(fā)生爐煤氣站，節(jié)約用地，總圖布置

隨著人們對環(huán)保的越來越重視，許多有色金屬冶煉項目由于受環(huán)境影響評價的審批、排放指標等限制，已開始尋求清潔燃料替代傳統(tǒng)的原煤，另一方面，清潔燃料也可以減小燃料灰塵對黃金等有色金屬回收的影響。而發(fā)生爐煤氣在清潔能源中因煤原料充足，生產(chǎn)工藝較為簡單，成本較低，是有色金屬冶煉企業(yè)的一個較好的選擇?；谏鲜鲈?，招金金合氰化尾渣資源綜合利用示范工程一期項目的20萬t/年氯化焙燒裝置的燃料就由原初步設計中磨煤車間改為生產(chǎn)規(guī)模為產(chǎn)氣量30 000 Nm3/h的發(fā)生爐煤氣站。

然而，一個30 000 Nm3/h規(guī)模、采用普通煤堆場的發(fā)生爐煤氣站大約需要7 200 m2用地面積。由于金合項目原初步設計中磨煤車間的用地面積只有5 400 m2，且廠區(qū)的規(guī)劃和征地手續(xù)已經(jīng)辦理，用地范圍又不能擴大。如何在有限的用地范圍內(nèi)進行該發(fā)生爐煤氣站的建設，是總圖布置遇到的一個難題。在發(fā)生爐煤氣站的總圖布置中，發(fā)生爐等生產(chǎn)設備區(qū)的用地面積因固定的生產(chǎn)工藝布置，基本上沒有壓縮的空間，因此，本文擬從減小煤庫面積的角度出發(fā)，通過對影響煤庫面積的各個因素進行分析，提出節(jié)約煤庫用地面積的工程設計措施，達到發(fā)生爐煤氣站總圖布置時節(jié)約用地的目的，為以后的有色金屬冶煉項目發(fā)生爐煤氣站總圖布置提供可以借鑒的設計經(jīng)驗。

1 影響煤庫用地的主要因素

1.1 火災危險性

1)發(fā)生爐煤氣的火災危險性。發(fā)生爐煤氣的生產(chǎn)原理是將塊煤加入到發(fā)生爐中，在限制爐底空氣的條件下進行燃燒，這樣塊煤因為無法充分燃燒而產(chǎn)生大量的一氧化碳，就形成了發(fā)生爐煤氣。發(fā)生爐煤氣的主要成分如表1所示。

表1 發(fā)生爐煤氣主要成分表 %

發(fā)生爐煤氣的熱值通常為1 400 kcal/Nm3～1 700 kcal/Nm3，是一種易燃易爆和毒性氣體，發(fā)生爐煤氣的自燃點為530 ℃，在空氣中的爆炸極限為20%～74%。根據(jù)GB 50016—2014建筑設計防火規(guī)范第3.1.1條款規(guī)定，發(fā)生爐煤氣的火災危險性屬于爆炸下限大于10%的乙類氣體[1]。

2)煤庫的火災危險性。發(fā)生爐煤氣站的用煤通常為不粘煤、弱粘結(jié)性煙煤、長焰煤、年老的褐煤等，煤的粒度要求通常為：25 mm～50 mm。

煤是一種褐黑色呈瀝青光澤發(fā)亮的可燃固體，一般煤化越高，顏色越深，亮度越亮。原煤的容重根據(jù)品種的不同在1.08～1.8范圍內(nèi)，褐煤容重最小，為1.05～1.2，煙煤次之，為1.2～1.4，無煙煤最大，為1.35～1.8。煤的堆比重也與煤的品種有關(guān)，同時也與塊度大小有關(guān)，通常在0.8 t/m3～1.1 t/m3。

原煤的燃點通常為：無煙煤550 ℃～700 ℃；煙煤400 ℃～550 ℃；褐煤300 ℃～400 ℃。

根據(jù)GB 50016—2014建筑設計防火規(guī)范第3.1.1條款規(guī)定，煤庫的火災危險性為丙類。

1.2 煤庫設計儲量

煤庫的設計儲量是影響煤庫建筑面積的一個重要因素。進行煤庫設計時，應首先確定煤庫的儲存量。發(fā)生爐煤氣站的煤庫儲量應根據(jù)煤源的遠近、供應的均衡性和運輸方式等條件綜合考慮確定，通常情況下，應符合以下規(guī)定：

1)采用火車或船舶運輸時，煤庫的儲煤量宜為10 d～30 d發(fā)生爐煤氣站的生產(chǎn)用煤量；

2)采用汽車運輸時，煤庫的儲煤量宜為5 d～10 d發(fā)生爐煤氣站的生產(chǎn)用煤量；

3)當廠區(qū)內(nèi)有公用的集中煤堆場時，煤庫的儲煤量宜為1 d～3 d發(fā)生爐煤氣站的生產(chǎn)用煤量；

4)煤庫的設計除了要考慮入爐煤的儲存場地外，還需要考慮篩分出來后不適合入爐的末煤儲存場地[2]。其中，大塊末煤可破碎后重新篩分入爐，粉狀末煤則需要外運，因此，應布置在出口附近。

此外，由于原煤與空氣發(fā)生氧化反應時會散發(fā)出熱量，如果堆存時間過長，在煤堆的底部由于散熱條件不好會導致溫度逐漸升高，存在自燃的風險。因此，煤庫的儲量不宜過大，儲存時間也不宜過長。

1.3 堆煤方式

當煤庫的設計儲量根據(jù)發(fā)生爐煤氣站的生產(chǎn)規(guī)模和運輸條件等因素確定下來以后，煤庫的設計堆煤高度決定了煤庫的占地面積。煤堆越高，煤庫的用地就越小。增加原煤堆存高度的工程措施主要有地下深坑堆存和地上擋墻兩種。

地下深坑堆煤的主要優(yōu)點如下：煤堆的高度不受煤庫建筑高度的限制，可以在煤庫建筑高度和建筑面積不變的情況下增加原煤的儲量；另外，煤堆位于地下時，可防止煤粉塵外揚，減少煤量的損失，并且對廠區(qū)周邊的環(huán)境影響較小，有利于廠容。采用深坑堆存原煤的工程實例主要有：中鹽安徽紅四方股份有限公司新建28萬t/年合成氨裝置，該項目每天耗煤量為3 500 t，煤庫采用的就是地槽式卸煤和貯煤，然后由輪式裝載車取料和轉(zhuǎn)堆，通過高傾角皮帶機轉(zhuǎn)運和上料[3]。

地下深坑堆煤的主要缺點有：土方工程量較大，地下?lián)跬翂κ┕るy度大，所需工期較長，采用輪式裝載車取料和上料時，車輛出入不太方便。此外，由于煤粉比空氣重，地下通風條件較差，煤粉容易在坑內(nèi)聚集，存在一定的安全隱患，需采取機械通風和降塵等措施。

地上擋墻堆煤的主要優(yōu)點有：施工與地下深坑擋土墻相比更加方便，可節(jié)約土方工程量，施工工期較短；煤庫底面與地面平齊，采用輪式裝載車取料和上料時，車輛出入方便；地上擋墻與主體框架做在一起時，既可以起到擋煤作用，又可以作為煤庫的圍護結(jié)構(gòu)，節(jié)約煤庫圍護墻體的工程量[4]。此外，采用地上儲煤，通風條件較好，可防止煤粉聚集，消除煤粉聚集帶來的火災爆炸等危險隱患。

地上擋墻堆煤的主要缺點有：堆煤高度越高，煤庫的建筑高度也就越高；自然通風時煤粉揚塵對廠區(qū)周邊的環(huán)境影響較大。

1.4 安全間距

由于發(fā)生爐煤氣站的發(fā)生爐設備區(qū)、煤氣凈化區(qū)、煤氣加壓風機房等屬于火災危險性為乙類的易燃易爆場所，外部運輸車輛會給上述場所帶來一定的安全隱患，因此，煤庫設計時應將煤庫布置在發(fā)生爐煤氣站外部道路主要出入口的附近，既方便原煤運輸車輛的出入，又可減少外部運輸車輛對煤氣站生產(chǎn)的干擾。此外，保證煤庫與其他設施的安全間距。

根據(jù)GB 50016—2014建筑設計防火規(guī)范第3.4.1條規(guī)定，煤庫(丙類)與發(fā)生爐煤氣站其他廠房及設施最小的安全間距符合表2所示。

表2 煤庫與發(fā)生爐等乙類廠房設備的安全間距表

1.5 耐火等級及防火分區(qū)

煤庫作為丙類火災危險性建筑，根據(jù)GB 50016—2014建筑設計防火規(guī)范的相關(guān)規(guī)定，在設計時還應注意以下設計要點：

1)耐火等級：煤庫的耐火等級不應小于三級。

2)占地及防火分區(qū)建筑面積：耐火等級為一、二級時，煤庫允許最大占地面積不應超過6 000 m2，每個防火分區(qū)建筑面積不應大于1 500 m2；耐火等級為三級時，煤庫允許最大占地面積不應超過2 100 m2，每個防火分區(qū)建筑面積不應大于700 m2；當采用地下深坑堆煤且深度大于廠房內(nèi)凈高1/3時，煤庫的耐火等級不應小于二級，防火分區(qū)的建筑面積不應大于300 m2。此外，當煤庫獨立建設時，上述面積數(shù)據(jù)可增加一倍。

3)安全疏散：煤庫的安全出口不應少于2個，當建筑面積不大于300 m2(深坑堆煤時建筑面積不大于100 m2)時，可設置1個安全出口。

2 金合項目煤庫設計實例

2.1 金合項目煤庫建設條件

招金金合氰化尾渣資源綜合利用示范工程位于山東省招遠市張星鎮(zhèn)百里莊村，一期項目的發(fā)生爐煤氣站用地位于擬建廠址的東北角。發(fā)生爐煤氣站的用地面積為5 400 m2，用地長度為90 m，寬度為60 m。用地范圍內(nèi)地勢平坦，工程地質(zhì)為粉質(zhì)粘土，主導風向為東南風和西北風。擬建廠區(qū)西南側(cè)400 m為S608省道，外部運輸以汽車為主，交通非常便利。

2.2 金合項目煤庫的設計儲量

根據(jù)對當?shù)卦旱氖袌稣{(diào)查，該項目發(fā)生爐煤氣站的原料擬采用煙煤，煤氣站的日耗煙煤量為240 t。由于該項目外部運輸采用汽車運輸，且運輸條件較好，為了節(jié)約煤庫的用地面積，金合煤庫的堆煤量按照《發(fā)生爐煤氣站》設計規(guī)范中的下限值5 d的耗煤量為1 200 t。煙煤的堆積密度平均值為0.833 t/m3，因此，煤庫的堆煤容積不應小于1 440.6 m3。

2.3 金合項目煤庫的堆煤方式

該項目的工程地質(zhì)條件可以同時滿足地下深坑堆煤和地上擋墻堆煤，但考慮到項目的工期緊，而且煤庫布置在廠區(qū)用地的西北角，地上堆煤揚塵對廠區(qū)影響較小。因此，經(jīng)項目組討論后確定按照地上擋墻堆煤的方式進行設計，節(jié)約土方工程量，加快施工進度，取料和上料采用1臺5 t橋式抓斗行車，同時設1臺5 t輪式裝載機倒料和備用上料，這樣，地上堆煤方式可方便輪式裝載機進入庫內(nèi)。根據(jù)設計儲量、用地限制的要求，初步確定煤庫堆煤區(qū)的地上擋煤墻高度為3 m。

2.4 金合項目煤庫的建筑設計

為了減少防火分區(qū)中防火墻的施工難度，并使煤庫各分區(qū)聯(lián)系方便，金合項目的煤庫設計采用了耐火等級為二級的建筑設施，這樣，煤庫中堆煤區(qū)和上料區(qū)使用一個防火分區(qū)即可，建筑面積為1 080 m2，建筑平面布置如圖1所示，可滿足規(guī)范不大于1 500 m2的規(guī)定。

該煤庫的堆煤區(qū)面積為710 m2，擋煤墻高度為3 m，按堆存系數(shù)0.7考慮，堆煤體積的計算結(jié)果即為1 490 m3，大于設計儲量1 440.6 m3，因此，可以滿足生產(chǎn)的要求。

煤庫的這個設計尺寸能否布置在用地范圍內(nèi)，根據(jù)防火危險等級的不同，該項目發(fā)生爐煤氣站總圖布置分了兩個功能分區(qū)?；馂奈ｋU性乙類的發(fā)生爐等生產(chǎn)設備區(qū)布置在用地的西側(cè)，可方便煤氣管道與其他車間的連接?；馂奈ｋU性為丙類的煤庫布置在用地的東側(cè)，與設備區(qū)保持15 m的防火間距，煤庫布置在廠區(qū)的邊緣可以減少煤粉揚塵對其他車間的影響。最終一個30 000 Nm3/h規(guī)模的發(fā)生爐煤氣站通過煤庫設計的改進措施，順利地布置在5 400 m2的用地范圍內(nèi)，如圖2所示。

3 結(jié)語

節(jié)約用地是我國工程建設的基本國策，在發(fā)生爐煤氣站煤庫設計時，應結(jié)合工程的實際情況，合理確定煤庫的設計儲量、堆煤方式、耐火等級、防火分區(qū)等，按照火災危險性分類合理確定煤庫與設備區(qū)的安全間距，可以減少煤庫的用地面積，從而節(jié)約發(fā)生爐煤氣站的用地。

[1] GB 50016—2014,建筑設計防火規(guī)范[S].

[2] GB 50195—2013，發(fā)生爐煤氣站設計規(guī)范[S].

[3] 孫勝旺.煤儲運工藝設計及運行[J].安徽化工，2014，40(3)：54-56.

[4] 吳繼昌，李柯南.煤庫設計中擋煤墻設計問題的探討[J].建筑科學，2012(3)：190-191.

Study on saving land of producer gas station based on coal storage design

Yi Shiyou

(BeijingMiningandMetallurgyResearchHeadquarter,Beijing100160,China)

Combining with actual engineering conditions, the paper rationally determines coal store design reserves, carries out fire-resisting degree and fire-preventing distribution and other coal store building design according to land using area, determines safe distance of coal store and producer equipment according to fire risk, and finally points out that: applying underground deep foundation coal piling or grounding coal retaining wall and other coal piling methods can reduce coal store land occupying area and save producer gas station land occupying area as well.

coal store design, producer gas station, saving land, general layout

2015-04-08

易世友(1978- )，男，工程師

1009-6825(2015)17-0201-03

F301.2

A