周彥軍　李元昊　司小飛　王世穩(wěn)

摘 要：煤場(chǎng)是火電廠的燃料儲(chǔ)存場(chǎng)所，為火電廠每日大量消耗燃煤提供重要保障。隨著國(guó)家對(duì)環(huán)境治理日趨嚴(yán)格，大量的露天煤場(chǎng)需要進(jìn)行全封閉改造。本文結(jié)合某火電廠煤場(chǎng)全封閉工程案例，對(duì)火電廠煤場(chǎng)封閉改造中選用的充氣膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性分析，為火電廠煤場(chǎng)封閉可以達(dá)到科學(xué)、經(jīng)濟(jì)合理、節(jié)能環(huán)保的目標(biāo)提供一定的借鑒和指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：火電廠；煤場(chǎng)全封閉；氣膜結(jié)構(gòu)；環(huán)境治理；技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.15.185

截至2018年年底，我國(guó)總發(fā)電裝機(jī)容量為189967萬千瓦，其中火電為114367億千瓦，占到總?cè)萘康?0.2%。雖然煤炭能源在我國(guó)一次能源結(jié)構(gòu)中的占比逐步下降，但依然處于主導(dǎo)地位。

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，人們對(duì)賴以生存的空氣及環(huán)境的重視程度正在加強(qiáng)，為了使人民的生活和國(guó)家經(jīng)濟(jì)的健康綠色發(fā)展，國(guó)家和地方政府近幾年針對(duì)大氣污染防治出臺(tái)了一系列相關(guān)政策和規(guī)定。

《中華人民共和國(guó)大氣污染防治法》（2015修訂）第七十二條規(guī)定：貯存煤炭、煤矸石、煤渣、煤灰、水泥、石灰、石膏、砂土等易產(chǎn)生揚(yáng)塵的物料應(yīng)當(dāng)密閉；不能密閉的，應(yīng)當(dāng)設(shè)置不低于堆放物高度的嚴(yán)密圍擋，并采取有效覆蓋措施防治揚(yáng)塵污染?！毒┙蚣郊爸苓叺貐^(qū)2017-2018年秋冬季大氣污染綜合治理攻堅(jiān)行動(dòng)方案》（環(huán)大氣[2017]110號(hào)）文，要求完全完成《大氣十條》考核指標(biāo)。各類煤堆、灰場(chǎng)、渣場(chǎng)和其它產(chǎn)生揚(yáng)塵（粉塵）的散流體堆放場(chǎng)，按照《防治城市揚(yáng)塵污染技術(shù)規(guī)范》（HJ/393-2007）要求，采取倉儲(chǔ)、罐儲(chǔ)、封閉或半封閉堆場(chǎng)等形式，并配備噴淋、覆蓋、圍擋等防風(fēng)抑塵設(shè)施，避免作業(yè)起塵和風(fēng)蝕起塵。2018年，國(guó)家生態(tài)環(huán)境部將京津翼、長(zhǎng)三角及汾渭平原列為大氣污染重點(diǎn)防治區(qū)域，進(jìn)一步加大了環(huán)保治理力度。

全國(guó)各燃煤發(fā)電廠根據(jù)國(guó)家和地方政府的政策規(guī)定，絕大部分地區(qū)正如火如荼的對(duì)煤場(chǎng)進(jìn)行封閉式改造當(dāng)中。在當(dāng)前已封閉的煤場(chǎng)改造中，根據(jù)煤場(chǎng)的情況封閉結(jié)構(gòu)形式主要有三心圓鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)封閉、預(yù)應(yīng)力管桁架結(jié)構(gòu)封閉、平板鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)封閉和拱形鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)封閉。

隨著氣膜建筑技術(shù)的不斷發(fā)展，氣膜式全封閉技術(shù)在火力發(fā)電廠煤場(chǎng)封閉改造中有了一定程度的應(yīng)用。

1 某火電廠煤場(chǎng)氣膜式全封閉改造背景

1.1 電廠及煤場(chǎng)介紹

該火電廠位于南京市郊區(qū)，裝機(jī)容量為兩臺(tái)320兆瓦燃煤發(fā)電機(jī)組，分別于1994年3月、10月相繼投產(chǎn)。來煤主要以蒙煤和中煤集團(tuán)的平混煤為主，運(yùn)輸方式為海進(jìn)江。電廠現(xiàn)有南煤場(chǎng)、北煤場(chǎng)，其中：南北煤場(chǎng)長(zhǎng)約260米，總寬約107米，目前為露天煤場(chǎng)，煤場(chǎng)中部設(shè)有一臺(tái)懸臂式斗輪堆取料機(jī)，設(shè)計(jì)堆高14米，南、北煤場(chǎng)共可儲(chǔ)煤10萬噸。電廠目前總儲(chǔ)量為12萬噸，雙機(jī)運(yùn)行時(shí)日耗煤量為6500噸，總儲(chǔ)量滿足兩臺(tái)機(jī)組最大出力運(yùn)行15天耗煤量需要。煤場(chǎng)四周建有防風(fēng)抑塵墻，防風(fēng)網(wǎng)高度14m，抑塵墻總長(zhǎng)約840m。

1.2 項(xiàng)目改造必要性

根據(jù)《江蘇省顆粒物無組織排放深度整治實(shí)施方案》的函（蘇大氣辦[2018]4號(hào)文〕要求，南京市所屬火電行業(yè)煤場(chǎng)需進(jìn)行全封閉。

該電廠已經(jīng)完成延壽準(zhǔn)許審查并取得電力業(yè)務(wù)許可證（有效期為2006年7月25日至2026年7月24日），同時(shí)地方政府對(duì)電廠無搬遷計(jì)劃和關(guān)停要求。目前電廠煤場(chǎng)設(shè)施不符合發(fā)文中要求的全封閉，需進(jìn)行相應(yīng)改造，以符合國(guó)家及地方環(huán)保政策的要求。

2 氣膜式全封閉改造簡(jiǎn)介

拆除現(xiàn)有煤場(chǎng)四周的防風(fēng)抑塵網(wǎng)，采用充氣膜結(jié)構(gòu)對(duì)現(xiàn)有煤場(chǎng)進(jìn)行封閉。其中南、北煤場(chǎng)長(zhǎng)約260m，該區(qū)域?yàn)槁短烀簣?chǎng)。本工程擬對(duì)南、北煤場(chǎng)進(jìn)行封閉改造。封閉式氣膜結(jié)構(gòu)是完全封閉，無煤灰外溢，靠氣膜內(nèi)外部的氣壓差來支撐整個(gè)氣膜結(jié)構(gòu)，無承重結(jié)構(gòu)，氣膜結(jié)構(gòu)的材料和固有的柔性，沒有受彎、受扭和受壓的構(gòu)件，單位面積重量輕，對(duì)基礎(chǔ)要求較低，幾乎可以在任何條件的地面、建筑物屋頂?shù)葓?chǎng)合建造。施工快捷、成本低，跨度大，內(nèi)部不需要承重結(jié)構(gòu)。斗輪機(jī)在內(nèi)部運(yùn)行不受影響，設(shè)備不需要改造，不影響煤場(chǎng)正常生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)。膜材本身具有自潔性、耐腐蝕性，在壽命期內(nèi)防腐和清潔的維護(hù)工作量較少。

本工程煤場(chǎng)儲(chǔ)煤面積約為：25350平米，外表尺寸為長(zhǎng)260米×寬97.5米×高約40米（新建擋煤墻基礎(chǔ)以地面0米為準(zhǔn)不低于4米，氣膜以新建基礎(chǔ)頂面為準(zhǔn)不低于36米）。煤場(chǎng)封閉可采用單層膜結(jié)構(gòu)，氣膜基礎(chǔ)固定在條形淺基礎(chǔ)頂部，設(shè)置充氣系統(tǒng)、燈光照明系統(tǒng)、瓦斯安全監(jiān)測(cè)排放系統(tǒng)、粉塵降除塵及過濾系統(tǒng)。同時(shí)設(shè)置兩個(gè)汽車通道進(jìn)出大門、四個(gè)人員進(jìn)出氣密門、四個(gè)消防應(yīng)急密閉門。

由于氣膜較輕，基礎(chǔ)無需鉆孔打樁，采用天然地基，氣膜膜角與新建擋煤墻基礎(chǔ)連接，直接固定在新建擋煤墻基礎(chǔ)頂部。

2.1 基礎(chǔ)部分

充氣膜結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件少，重量輕，對(duì)基礎(chǔ)要求很低，幾乎可以在任何條件的地面、建筑物屋頂?shù)葓?chǎng)合建造。本項(xiàng)目基礎(chǔ)采用天然地基，氣膜膜角直接固定在條形淺基礎(chǔ)頂部，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、施工方便。沿煤場(chǎng)周邊新建條形基礎(chǔ)建擋煤墻。

2.2 膜罩部分

膜材采用耐臟的PVDF膜材。膜材固定在條形混凝土基礎(chǔ)上。氣膜材料的抗拉強(qiáng)度要相當(dāng)于同樣厚度的鋼板抗拉強(qiáng)度，使用壽命為20年。氣膜罩使用PVDF膜材，膜材厚度不低于1.2mm，耐各種強(qiáng)酸強(qiáng)堿腐蝕，耐老化，在使用期內(nèi)不用做特別的維護(hù)，一方面具有“自我清潔”的功能灰塵不易粘在其表面上，另一方面能延長(zhǎng)膜材的壽命。

2.3 鋼索部分

氣膜拉索采用PE索，大幅度提高氣膜設(shè)施的受力性能；同時(shí)可以減低膜材氣壓受力，延長(zhǎng)膜材使用壽命。

2.4 模塊式組合風(fēng)柜

風(fēng)機(jī)系統(tǒng)是氣膜結(jié)構(gòu)設(shè)施的關(guān)鍵之一，主要有風(fēng)機(jī)、定向吹風(fēng)調(diào)節(jié)器及過濾設(shè)備等。充氣膜結(jié)構(gòu)采用節(jié)能的風(fēng)機(jī)配置，配置不小于30000m3/h的風(fēng)機(jī)，設(shè)計(jì)風(fēng)機(jī)約12臺(tái)左右（根據(jù)要求調(diào)整），充氣成型時(shí)風(fēng)機(jī)同時(shí)運(yùn)作，時(shí)間不超過2小時(shí)，縮短氣膜充氣成型時(shí)間能大大降低此過程的不安全因素（時(shí)間越長(zhǎng)，受到外界自然因素的影響越大，例如大風(fēng)，大雨等）。

（1）設(shè)施在閑置情況下啟用1-3臺(tái)風(fēng)機(jī)變頻50%-60%功率運(yùn)行，排放風(fēng)與送風(fēng)量對(duì)等；

（2）設(shè)施在使用的情況下（汽車進(jìn)出頻繁），啟用2-5臺(tái)風(fēng)機(jī)。排放風(fēng)與送風(fēng)量對(duì)等；送風(fēng)量的大小跟人員進(jìn)出及汽車門開啟頻率成正比，風(fēng)機(jī)由智能控制系統(tǒng)控制變頻運(yùn)行，隨著室內(nèi)氣壓的高低加大或減少送風(fēng)量，維持室內(nèi)氣壓穩(wěn)定安全。

維持室內(nèi)氣壓智能控制系統(tǒng)通過變頻控制風(fēng)機(jī)來運(yùn)行，向氣膜內(nèi)充氣加壓，保持氣膜內(nèi)外的差壓比，一般應(yīng)控制在200Pa至500Pa之間，由智能控制系統(tǒng)根據(jù)安裝在室外的多個(gè)風(fēng)速、氣壓等感應(yīng)儀傳輸?shù)男盘?hào)來自動(dòng)感應(yīng)調(diào)整。

氣膜設(shè)備如有風(fēng)機(jī)設(shè)備不正常，智能控制系統(tǒng)會(huì)檢測(cè)到并馬上啟動(dòng)備用設(shè)備運(yùn)行的功能，并進(jìn)行聲光報(bào)警，不得影響充氣膜的安全。

2.5 智能控制系統(tǒng)

智能控制系統(tǒng)是充氣膜結(jié)構(gòu)的控制核心，控制著氣膜所有設(shè)備的運(yùn)行。智能系統(tǒng)收集室內(nèi)外各種傳感器的數(shù)據(jù)（例如：煤、粉塵濃度，瓦斯和空氣質(zhì)量感應(yīng)器，室內(nèi)氣壓感應(yīng)器、室外的風(fēng)速感應(yīng)器、雪荷載感應(yīng)器等），實(shí)時(shí)將數(shù)據(jù)傳回智能化機(jī)電控制系統(tǒng)，自動(dòng)調(diào)節(jié)通風(fēng)換氣量。智能控制各個(gè)設(shè)備系統(tǒng)協(xié)調(diào)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)人性化操作管理，從而達(dá)到氣膜設(shè)施的安全、空氣清新、環(huán)境舒適、節(jié)能環(huán)保的目的。設(shè)計(jì)了自動(dòng)和手動(dòng)兩種運(yùn)行方式，在控制系統(tǒng)故障情況下，可以人工轉(zhuǎn)換成手動(dòng)運(yùn)行模式運(yùn)行，小故障能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上遠(yuǎn)程排除功能，智能控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了通過網(wǎng)上下載數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)24小時(shí)無人監(jiān)控，全自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，亦可遠(yuǎn)程操作監(jiān)控，保證安全生產(chǎn)。

2.6 與鋼結(jié)構(gòu)方案對(duì)比

2.6.1 充氣膜結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

（1）充氣膜結(jié)構(gòu)重量輕。氣膜施工周期一般在4～5個(gè)月左右，施工較為快捷簡(jiǎn)單，在施工中較傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)減少了一定的高空作業(yè)，提高施工安全。

（2）充氣膜結(jié)構(gòu)不需要立柱及梁板等混凝土，造價(jià)較低。

（3）氣膜膜材本身具有很強(qiáng)彈性，可以輕易的卸掉高空墜物的沖擊力而不被破壞，一般的石塊、磚頭對(duì)氣膜是不會(huì)破壞。但氣膜結(jié)構(gòu)在尖銳物作用下可能會(huì)使氣膜局部被穿孔或割裂，但由于網(wǎng)索的分格保護(hù)不會(huì)快速延展出現(xiàn)大面積撕裂，智能控制系統(tǒng)自動(dòng)監(jiān)測(cè)氣壓并及時(shí)增大風(fēng)量維持氣膜狀態(tài)，可以在充氣狀態(tài)下進(jìn)行修補(bǔ)。

（4）充氣膜結(jié)構(gòu)在低于設(shè)定壓力時(shí)才啟動(dòng)變頻風(fēng)機(jī)充氣，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用較低。氣膜設(shè)施配備有自動(dòng)降塵、除塵設(shè)施，在粉塵濃度超標(biāo)時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)排塵系統(tǒng)，可以保持室內(nèi)良好的作業(yè)環(huán)境。

2.6.2 常規(guī)空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

網(wǎng)架跨度適中，設(shè)計(jì)施工難度低；常規(guī)跨度下網(wǎng)架造價(jià)低，常規(guī)施工費(fèi)用合理；對(duì)煤場(chǎng)運(yùn)行無影響。缺點(diǎn)：基礎(chǔ)間距較小，基礎(chǔ)費(fèi)用較高；網(wǎng)架一般跨度不超過120米，過大的跨度會(huì)造成成本急劇上升。

方案對(duì)比詳見表1。

3 充氣膜封閉施工簡(jiǎn)介

充氣膜施工方案主要包括原煤場(chǎng)防風(fēng)抑塵網(wǎng)拆除、下部基礎(chǔ)施工及上部封閉結(jié)構(gòu)安裝。下部為鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)施工、擋煤墻施工，上部為充氣膜結(jié)構(gòu)施工。根據(jù)廠區(qū)地質(zhì)勘察資料本項(xiàng)目條形煤場(chǎng)基礎(chǔ)埋深在地下水位以上，故施工時(shí)無需進(jìn)行施工降水，亦可依據(jù)本項(xiàng)目的實(shí)際情況，采取明排水方式進(jìn)行施工降水。充氣膜基礎(chǔ)施工和煤場(chǎng)周圍鋼筋混凝土擋煤墻施工均采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土施工工藝。

安裝前準(zhǔn)備→所有門系統(tǒng)安裝→風(fēng)機(jī)（充氣設(shè)備）安裝→膜材拼裝→斜網(wǎng)索拼裝→膜結(jié)構(gòu)固定→控制系統(tǒng)安裝→設(shè)備聯(lián)動(dòng)試車→開始充氣→智能化控制調(diào)試→室內(nèi)設(shè)施安裝→竣工驗(yàn)收交付使用。

4 投資估算

該火電廠煤場(chǎng)采用氣膜全封閉改造工程靜態(tài)總投資6853萬元，其中原抑塵網(wǎng)、基礎(chǔ)、擋煤墻拆除267萬元、煤場(chǎng)封閉下部基礎(chǔ)及上部結(jié)構(gòu)（氣膜封閉）3702萬元、干煤棚山墻封閉（2#煤場(chǎng)）382萬元、煤場(chǎng)噴淋裝置22萬元、電氣系統(tǒng)266萬元、消防系統(tǒng)905萬元、溝道、道路及場(chǎng)地還建226萬元、露天棧橋封閉55萬元、卸煤碼頭區(qū)域干霧抑塵改造138萬元、皮帶機(jī)及裝載機(jī)300萬元，其他費(fèi)用（管理、招標(biāo)、監(jiān)理、評(píng)價(jià)、勘察設(shè)計(jì)、評(píng)審、驗(yàn)收等）390萬元、基本預(yù)備費(fèi)200萬元。

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作者簡(jiǎn)介：周彥軍（1983-），男，甘肅白銀人，本科，工程師，主要研究方向：鍋爐環(huán)保工程及煤灰場(chǎng)的環(huán)保治理。