華能南通電廠位于長江下游南通河段天生港水道北岸，即江蘇省南通市西郊長江北岸的天生港附近，是長江下游大型火力發(fā)電廠之一。該擬建卸煤碼頭位于該段橫港沙外側(cè)長江主泓水域，采用高架棧橋的方式，跨越橫港沙和天生港水道，直接將煤輸送至電廠。本工程建設規(guī)模為：建設50 000 DWT煤炭進口泊位一個（結(jié)構(gòu)兼顧70000 DWT船舶靠泊）和4 000 DWT煤炭水上轉(zhuǎn)運出口泊位一個以及相應的配套設施，并預留一個煤炭進口泊位。碼頭年吞吐量為5.2×106 t／a，其中煤炭過駁量為5.0x105t/a。碼頭平臺尺度為275 m×28 m；輸煤棧橋總長1 417. 623 m。平面布置見圖1。
2、輸煤設備選擇
本工程輸煤棧橋總長1 417. 623 m，由于輸煤棧橋要跨越天生港航道，根據(jù)交通部《關(guān)于華能南通電廠三期工程輸煤碼頭棧橋通航凈空尺度和技術(shù)要求的批復》，輸煤棧橋主通航孔凈空高度在設計最高通航水位以上不小于21 m。棧橋最高處距江面的距離近30 m，如在輸煤棧橋上采用槽型皮帶機，作業(yè)時沿程煤炭的灑落及粉塵飛揚會對長江造成一定的污染，尤其在風力較大時污染更大，大風還會造成皮帶翻帶，影響皮帶機的安全運行；當大雨降臨時，灑落在輸煤棧橋上的煤粉隨著雨水散流入長江，在長江上空形成一道黑色的“瀑布”，這無論是從環(huán)境保護方面，還是從維護華能南通電廠的企業(yè)形象方面都是應該避免的。因此，輸煤棧橋上的輸送設備選型是非常重要的。
為了減少普通槽型皮帶機的缺陷，日本原JPC (Japan Pipe Conveyor Co. Ltd.)公司（現(xiàn)普利司通BRIDGESTONE TPE公司）于1964年提出并率先在日本注冊發(fā)明專利的全新物料搬運技術(shù)——管狀帶式輸送機。其輸送原理與槽型皮帶機完全相同，對于槽型皮帶機，物料在槽形截面的膠帶上進行輸送，而管狀帶式輸送機使物料在形成管狀截面的膠帶內(nèi)進行輸送。管狀帶式輸送機的主要特點是膠帶在六邊形PSK(Pipe-Shape-Keeping)托輥組內(nèi)形成管狀，其頭，尾及拉緊等處與普通帶式輸送機結(jié)構(gòu)形式完全相同。物料被包裹在封閉的圓管形膠帶內(nèi)輸送，在輸送過程中由于上下膠帶形成管狀，輸送機可實現(xiàn)多向轉(zhuǎn)彎，轉(zhuǎn)彎角度可達90。。
我國自20世紀90年代初由日本引進管狀帶式輸送機技術(shù)，經(jīng)過設計、制造和使用單位多年來的技術(shù)消化、經(jīng)驗總結(jié)和不斷實踐，經(jīng)業(yè)內(nèi)專家的不斷開拓和研究，現(xiàn)已逐步總結(jié)出一整套較為系統(tǒng)的設計、安裝、調(diào)試及檢驗等全面的標準。目前管狀帶式輸送機產(chǎn)品已形成了系列化，設計和制造技術(shù)趨于成熟。
綜上所述，管狀帶式輸送機在環(huán)保、使用、維修、綜合性價比等方面與槽型皮帶機相比具有明顯優(yōu)勢，國內(nèi)在設計制造方面也可提供全方位的服務，在管狀帶式輸送機的使用和管理方面具備了成熟的經(jīng)驗，因此，管狀帶式輸送機應用于直接輸煤碼頭工程中是有保障的，在技術(shù)上是完全可行的。
針對輸煤棧橋上的皮帶機應具有的特性，經(jīng)綜合比較，確定本工程輸煤棧橋上采用管狀帶式輸送機，形成環(huán)保型的綠色運輸通道。
3、管狀帶式輸送機總體設計要求
(1)本工程輸送系統(tǒng)按最大能力3 600 t/h配置，相關(guān)原始參數(shù)如下。
額定輸送量：Q=3 000 t／h;最大輸送量：Q=3 600 t/h;煤種：煙煤；含水量：14±4%;容重：0, 85—0. 95t／m3（生產(chǎn)能力和容積設計按0. 85 t／m3，重量設計按0. 95 t／m3）；粒度：0—200 mm(其中200 mm≤20%)；靜堆積角：38。，動堆積角：25�！�30。；水平機長：L=1 460, 388 m;提升高度：H-23. 93 m。
由此，確定本工程管狀帶式輸送機管徑D-600 mm，帶速V—5 m／s。
(2)工藝流程功能：在滿足現(xiàn)有輸煤系統(tǒng)同時接卸前方泊位卸船來煤和向電廠一、二期發(fā)電機組煤倉上煤的功能前提下，確保電廠的安全生產(chǎn)，并預留向電廠三期工程輸煤的功能。
(3)控制功能：采用以PLC為核心的控制系統(tǒng)，實現(xiàn)管狀帶式輸送機的智能化運行方式。
(4)保護功能：管狀帶式輸送機的各項保護、電機及其軸承的溫度檢測和保護、驅(qū)動滾筒軸承和減速機的超溫保護、變頻器和制動閘的故障保護。
(5)檢測、顯示、儲存功能：管狀帶式輸送機的運行和停機時間、故障類型、電機工作的電壓和電流、驅(qū)動功率、運行速度、膠帶張緊力的檢測、顯示、儲存。
4、設備選用原則
4.1先進性原則
本工程管狀帶式輸送機的技術(shù)要求及功能均處于國內(nèi)先進水平，具有相當高的技術(shù)含量。在管狀帶式輸送機驅(qū)動控制上首次采用了高壓變頻調(diào)速裝置。
為合理確定長距離大功率管狀帶式輸送機的驅(qū)動方式，以降低管狀帶式輸送機在啟動時對電網(wǎng)的沖擊、減小對機械設備的沖擊、降低膠帶的張力、改善傳動性能，具備在線無級調(diào)速和低速可調(diào)驗帶功能，并達到節(jié)能降耗的要求，我們對調(diào)速型液力耦合器、CST可控啟動傳輸裝置、低速大扭矩液壓馬達驅(qū)動系統(tǒng)、低壓變頻調(diào)速、高壓變頻調(diào)速多種驅(qū)動控制方式，在啟制動性能、系統(tǒng)效率、負載特性、調(diào)速性能、可靠性、維護成本、節(jié)能特性及性價比等方面進行了綜合比較后，設計采用了羅賓康高壓變頻調(diào)速裝置作為管狀帶式輸送機驅(qū)動系統(tǒng)的軟啟動裝置，以實現(xiàn)管狀帶式輸送機的可控啟動、可控停車和調(diào)速的功能。
羅賓康高壓變頻器采用先進的矢量控制技術(shù)構(gòu)成高性能交流調(diào)速裝置，經(jīng)實踐證明可長期可靠地應用于長距離帶式輸送機等恒轉(zhuǎn)矩負載，具有起動轉(zhuǎn)矩大，過載能力強等特點�？稍谳p載、重載等各種工況下可靠、有效地控制帶式輸送機柔性負載的軟啟動／軟停車整個動態(tài)過程，并在全過程中實現(xiàn)各皮帶機的驅(qū)動電機之間的功率平衡和速度同步。同時，還可提供可調(diào)驗帶速度，由此降低快速起動，快速停車過程對機械和電氣系統(tǒng)的沖擊，有效抑制膠帶輸送機動態(tài)張力波可能對膠帶和機械設備造成的傷害，延長輸送機使用壽命，增加輸送系統(tǒng)的安全性和可靠性。該項技術(shù)的運用使得系統(tǒng)具有極高的動態(tài)響應速度和響應精度，在低速下具有較大的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩過載能力，不僅能最大限度地發(fā)揮輸送設備的運行能力，還具備與上下游裝卸或輸送設備有機結(jié)合的能力，提高整個輸送系統(tǒng)的運行效率。
4.2合理性原則
按照項目總體規(guī)劃要求合理布局輸送線路，本期管帶機與三期預留管帶機在棧橋上的布局一直一曲的形式，在充分發(fā)揮管帶機可曲線布置的優(yōu)越性的同時，可最大限度地減小棧橋的土建工程量。合理配置驅(qū)動裝置，綜合考慮項目分期實施的原則。
(1)成管段的布置。
本工程選用的是管徑為600 mm的管狀帶式輸送機，成管段機架寬度為1200 mm，考慮到兩條管帶機中間人行、檢修通道的寬度，確定兩條管帶機中心線間距2400 mm，設計中在引橋上游端布置了電纜橋架，給排水管線，下游端亦考慮了檢修車輛通行寬度4000 mm，成管段引橋?qū)挾裙灿? 800 mm。斷面布置見圖2。
(2)過渡段的布置。
本工程選用的是管徑為600 mm的管狀帶式輸送機，按照要求，單向彎曲過渡段長度不小于50倍管徑，結(jié)合相關(guān)專業(yè)布置，確定過渡段長度為57 200 mm。
(3)尾部展開段的布置。
本工程選用的是管徑為600 mm的管狀帶式輸送機，展開段機架寬度為3 040 mm，考慮到兩條管帶機中間檢修通道的寬度，以及管帶機由成管到過渡展開的相關(guān)要求，確定兩條管狀帶式輸送機中心線間距4 400 mm。結(jié)合相關(guān)專業(yè)以及尾部在碼頭Tl0轉(zhuǎn)運站內(nèi)的布置，確定尾部展開段長度為26 990 mm。斷面布置見圖3。
(4)頭部展開段的布置。
為了有效解決碼頭來煤的計量問題，進陸域Tll轉(zhuǎn)運站之前，設計中在管狀帶式輸送機頭部展開段部分設置了皮帶秤以及校驗裝置。
國內(nèi)電廠對皮帶秤的校驗以前大都采用實物校驗方式，此種校驗方式一次性投資大，占地面積大，運行操作繁雜，管理維護水平要求高，計量精度隨管理維護水平的不同而差別較大，特別是對計量大運量的皮帶秤，采用實物校驗方式產(chǎn)生的問題較多。根據(jù)國家電力公司發(fā)輸電計(2002)153號文《關(guān)于采用循環(huán)鏈碼檢驗皮帶秤技術(shù)的通知》，設計中采用了皮帶秤模擬實物檢測裝置一循環(huán)鏈碼，該裝置經(jīng)中國計量科學研究院鑒定認可，獲得了CMA標志，并獲得了北京市質(zhì)量監(jiān)督局頒發(fā)的CMC標志。循環(huán)鏈碼檢驗裝置具有一次性投資小、安裝方便、不另占場地、操作簡便、校驗時間短、準確率高、數(shù)據(jù)重復性好等特點，完全滿足國家計量檢定規(guī)程(JJG195 -2002)中關(guān)于循環(huán)鏈碼檢驗裝置用于皮帶秤檢驗的技術(shù)規(guī)定。目前，該裝置已逐步在電力、港口、冶金等行業(yè)推廣使用，并取得了良好的效果。
因此，頭部展開段相比尾部展開段長度略有增加，結(jié)合結(jié)構(gòu)專業(yè)以及頭部在陸域Tll轉(zhuǎn)運站內(nèi)的相關(guān)布置，確定頭部展開段長度為52 352 mm，由于在頭部展開段之前，汽車引橋已經(jīng)與管帶機棧橋分離，所以該部分管帶機棧橋只考慮人行、檢修寬度，再加上該段布置了封閉廊道，確定廊道寬度為9 600 mm。管帶機線型布置簡圖見圖4。
4.3擴充性原則
管狀帶式輸送機可在三期實施時進行系統(tǒng)擴充，同時滿足電廠一、二期輸煤系統(tǒng)的正常運行。
引橋管狀帶式輸送機能力在進入陸域Tll轉(zhuǎn)運站后，除了要對現(xiàn)有輸送系統(tǒng)進行卸料，同時還需要滿足對三期預留皮帶機供料的功能。
目前，華能南通電廠一、二期進入煤堆場輸送系統(tǒng)的單線最大輸送能力為2 000 t/h，煤倉上煤的輸送系統(tǒng)的單線最大輸送能力為1000 t／h，而本工程碼頭前方來煤最大能力達3 000 t／h(三期達3 600 t／h)，因此，前方來煤在進入一、二期輸送系統(tǒng)之前，必須根據(jù)流程及系統(tǒng)能力的需要進行分流。為保證分流流量的準確性、分流流量的可調(diào)節(jié)性和作業(yè)的安全性，設計中在引橋管狀帶式輸送機頭部下設置了接料料斗，料斗下采用了在我國電力和港口行業(yè)中廣泛使用的活化給料機。該給料機采用獨特的結(jié)構(gòu)設計，集活化物料功能和給料功能于一體，可以在線無級調(diào)整出煤量，出煤量可以在0—2 000 t／h之間調(diào)整，同時還具備防止接料料斗堵煤的功能。
由于三期是新建工程，其運輸系統(tǒng)能力可滿足3600 t／h的要求，碼頭前方來煤不需要分流可直接進入三期運輸系統(tǒng)。因此，在設計中，預留三期工程運輸系統(tǒng)的接口，前方來煤在Tll轉(zhuǎn)運站通過電動三通直接進入三期運輸系統(tǒng)，同時，通過電動三通，可實現(xiàn)前方來煤與一、二期運輸系統(tǒng)、三期運輸系統(tǒng)的自動切換。Tll轉(zhuǎn)運站斷面見圖5。
4.4前瞻性原則
本期設備布置時，碼頭皮帶機相關(guān)部件按三期實施時進行配置，輸煤棧橋上的管狀帶式輸送機同樣在本次設計中作出了相應的預留，碼頭Tl0轉(zhuǎn)運站以及后方Tll轉(zhuǎn)運站的布置也充分考慮了二期與三期的銜接，為整個電廠項目的順利實施奠定基礎。
5、技術(shù)重點
5.1 管狀帶式輸送機輸送帶
由于管狀帶式輸送機對膠帶的橫向剛性有要求，必須具有適當?shù)臋M向剛度，膠帶既不能太硬，也不能太軟。如果膠帶太硬（橫向剛度太大），將會使膠帶搭接處上翹，造成密封效果不好；如果膠帶太軟（橫向剛度太小），將會使膠帶裹成管時往下塌，形成扁管現(xiàn)象。因此，膠帶是否具有合理的橫向剛度對管帶機能否正常運行起到至關(guān)重要的作用。
設計采用日本普利司通管帶機膠帶，其技術(shù)特征如表1。
普利司通管狀帶式輸送機專用膠帶的韌性和剛性同時兼顧，在膠帶邊緣，盡量降低剛性提高韌性，保證膠帶很好地搭接，防止物料的灑落。
鑒于本工程的管徑較大而受力較為特殊，因此膠帶的橫向剛度經(jīng)計算只能在480—518 g／75 mm(即
6. 4～6.9 kg/m)．超過或過小都會導致本工程管狀帶式輸送機運行出現(xiàn)問題。
同時，本工程管狀帶式輸送機膠帶采用高保持剛性膠帶，與標準剛性膠帶相比，高保持剛性膠帶在長時間使用后仍能很好地保持圓管形狀，而標準剛性膠帶在使用1～2年后橫向剛性顯著下降，產(chǎn)生塌管現(xiàn)象。
5.2彎曲
管狀帶式輸送機優(yōu)于通用帶式輸送機的顯著特點是可以進行小半徑轉(zhuǎn)彎，從而減小了外形輪廓，可在地理上不能使用通用帶式輸送機或需多個轉(zhuǎn)載點的情況下選用管狀帶式輸送機。
由于管狀帶式輸送機輸送帶完全被周圍的托輥約束，所以與通用帶式輸送機相比不發(fā)生跑偏現(xiàn)象。管狀帶式輸送機可以在垂直面和水平面上彎曲，也可同時在兩個面上彎曲，取消了轉(zhuǎn)載點，可從側(cè)面、上面或下面通過已存在的障礙物，輸送帶剛通過過渡段形成圓管后便開始彎曲，彎曲必須在到達卸料滾筒過渡段之前完成。輸送機兩端的過渡段必須是直線的。
本工程本期管帶機與三期預留管帶機在棧橋上的布局一直一曲的形式，尾部出碼頭Tl0轉(zhuǎn)運站部分，設計中考慮了57.2 m成管過渡段，兩條管狀帶式輸送機的中心線間距由4.4 m漸變?yōu)?.4 m，整個輸煤棧橋的寬度也由11.8 m調(diào)減為9,8 m，有效地減小了棧橋?qū)挾�，�?jié)約了土建投資。
5.3變頻驅(qū)動
變頻驅(qū)動技術(shù)的應用是本工程的一個關(guān)鍵的技術(shù)重點。計算可知，本工程管狀帶式輸送機總電機功率為1 819.11 kW，結(jié)合本工程實際情況，采用頭部雙驅(qū)動，尾部單驅(qū)動的電機布置方式(單臺電機功率為630 kW)．以此可有效降低皮帶張力，同時采用變頻控制驅(qū)動技術(shù)，實現(xiàn)輸送設備的軟啟動、軟停機及在線調(diào)速功能�？紤]到150%的過載能力裕量，選用三臺630 kW羅賓康完美無諧波系列高壓變頻器。由于三臺驅(qū)動電機不同軸聯(lián)結(jié)，又要保持速度同步，因此，三臺電機的控制方式不是獨立而是彼此相互關(guān)聯(lián)的。若三臺電機的傳動都作為獨立的速度控制，則在系統(tǒng)運行時，三臺電機的轉(zhuǎn)矩難以調(diào)整。為了滿足既要保證整個系統(tǒng)速度同步，又要確保三臺電機的轉(zhuǎn)矩平衡，設計采用羅賓康的最新的droop control技術(shù)，這樣三臺變頻器均處于速度閉環(huán)運行模式，保證三臺電機之間的速度同步以及轉(zhuǎn)矩平衡。
5.4物料粒度
按照管狀帶式輸送機的設計要求，一般最大物料粒度為管狀帶式輸送機管徑的1／3。本工程所選管狀帶式輸送機的管徑為600 mm，因此物料粒度應保證在200 mm以內(nèi)。由于碼頭卸船機漏斗隔柵網(wǎng)格尺寸為300 mm×300 mm，為了滿足管狀帶式輸送機對于物料粒度的要求，設計中在碼頭皮帶機頭部漏斗與引橋管狀帶式輸送機尾部導料槽之間增設了滾軸篩以及環(huán)錘破碎機，滾軸篩入煤口亦設置了調(diào)節(jié)擋板，若來煤粒度滿足要求，則直接通過出煤口落至引橋管狀帶式輸送機尾部導料槽；若來煤粒度不滿足要求，則需通過滾軸篩篩分，篩下的來煤通過出煤口落下，篩余物通過連接滾軸篩和破碎機的大塊導料機進入破碎機入料口，經(jīng)過破碎后通過破碎機出料口落至引橋管狀帶式輸送機尾部導料槽，以此確保管狀帶式輸送機安全運行。
6、實際運行情況
本工程的管狀帶式輸送機自2008年4月開始安裝，11月完成調(diào)試及驗收。截止2009年6月，根據(jù)試運行半年時間的統(tǒng)計，已完成運量近200萬t，管狀帶式輸送機工作正常、運行良好，噪聲低，污染小，無扭轉(zhuǎn)跑偏等現(xiàn)象，維護工作量也很低，取得了令人滿意的經(jīng)濟效益和社會效益。
7、應用前景
管狀帶式輸送機是在普通帶式輸送機的基礎上發(fā)明的一種具有劃時代意義的新型連續(xù)輸送設備，其所具有的環(huán)保、小半徑彎曲、大角度傾斜等特點為散狀物料輸送提供了更多更好的解決方案。管狀帶式輸送機尤其適用于以下幾個方面。
(1)地形條件復雜，長距離輸送。特別適合坑口電廠野外長距離輸煤及電廠發(fā)電后灰渣往廠外排送。
(2)對環(huán)境保護要求較高的電廠廠內(nèi)輸送系統(tǒng)及港口長距離輸送系統(tǒng)。有利于保護環(huán)境和改善作業(yè)人員工作條件。
(3)老廠改造項目。原有建筑物復雜，普通帶式輸送機布置困難，采用管帶機輸送可以最大限度地滿足業(yè)主使用要求。
8、結(jié)語
眾所周知，輸煤系統(tǒng)是火電廠的重要組成部分，它擔負著電廠燃煤的輸送和供配等任務，其安全可靠運行是保證電廠實現(xiàn)安全、高效生產(chǎn)不可缺少的環(huán)節(jié)。本工程管狀帶式輸送機作為輸煤系統(tǒng)的一個關(guān)鍵部分，憑借其經(jīng)濟，環(huán)保，運行穩(wěn)定、可靠性高、維修率低等特點，取得了成功，為電廠帶來了很好的經(jīng)濟效益和社會效益，得到了業(yè)主單位以及地方政府的一致好評。同時，本工程也為管狀帶式輸送機在長江上碼頭長距離輸送工程中的應用做出了開創(chuàng)性的工作，在散料輸送工程中的應用同樣起到了很好的借鑒作用。
