港口装卸工艺第六章 煤炭和矿石装卸工艺.docx
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港口装卸工艺第六章煤炭和矿石装卸工艺
第六章煤炭和矿石装卸工艺
第一节煤炭和矿石装卸运输概述
一、概述
1、以煤炭和矿石为主的散货是国民经济发展的重要原材料。
2、长期大批量的运输需求，促进了煤炭、矿石的专业化装卸运输的发展
3、在专业化码头装卸工艺中，煤炭、矿石是港口装卸的具体对象，所以煤炭、矿石的特性及对装卸运输的要求，对装卸工艺的选定有着极为重要的影响。
二、煤炭、矿石特性及对装卸保管的要求
（一）物料容重，自然坡度角，块度及物料与承受面之间的摩擦系数
1.容重
2.自然坡度角（自然堆积角，即货堆自然形成的角度）。
3.块度。
4.物料与承受面之间的摩擦系数
（二）冻结性
（三）发热和自燃性
（四）脆弱性，扬尘性
三、煤炭、矿石运辅工具和装卸工艺的特点
与件货港口装卸工艺相似，煤炭、矿石的港口装卸工艺，也是由装卸船舶作业、水平运输和堆场作业三个作业环节组成。
所不同的是：
运达港口的煤炭、矿石批量大，流向单一。
因此我们可以按物料的进出港口的流向，将煤炭和矿石装卸工艺系统分为：
陆运进港、水运出港的煤炭、矿石出口装卸工艺和水运进港、陆运出港的煤炭、矿石进口装卸工艺，如图6-1所示。
第二节煤炭、矿石出口装卸工艺系统
一、卸火车工艺
在港口卸火车（下简称卸车）作业是指将火车运抵港口的煤炭、矿石从车上卸下的作业环节。
根据煤炭、矿石车型不同，散货卸车工艺主要有：
翻车机卸车工艺、螺旋卸车机卸车工艺、链斗卸车机卸车工艺和底开门自卸车卸车工艺等几种。
（一）翻车机卸车工艺
翻车机是一种翻卸敞车效率最高的专用卸车机械。
1.翻车机形式
翻车机形式有两种：
转子式和侧倾式。
2.翻车形式
翻车机翻车形式也分为两种：
单翻式和串翻式。
3.卸车线的布置形式及卸车线上的辅助机械
翻车机卸车工艺中的卸车线布置形式有两种：
折返式和贯通式。
1）折返式
（1）有牵车平台的卸车线布置形式：
（2）没有牵车平台（驼峰）卸车线布置形式：
2）贯通式
4.使用翻车机卸车的特点
（1）系统的机械化程度高，卸车效率高，卸车后车内余量少；
（2）对货种及物料块度的适应性强；
（3）系统的机械设备多，投资费用高，所以翻车机系统需另设置辅助卸车机械，用作不能使用翻车机的车辆卸货；
（4）对车辆的适应性差，对车辆的损害大，所以翻车机不适用于平车，低帮车或结构不好的车辆的卸车作业。
5.设计和使用翻车机卸车工艺应注意的问题
1）辅助机械效率与翻车机效率相匹配
（1）调车绞车的生产率，铁牛的送车生产率要和翻车机效率相适应；
（2）翻车房下的存仓漏斗容量要适当，一般车辆载重量的1．5一2倍；
（3）愉送物料皮带机效率也要和翻车机效率相匹配。
2）钢丝绳的保养与更新
铁牛及调车绞车牵引车辆用的是钢丝绳，由于钢丝绳所受的牵引力大，易磨损，所以钢丝绳要经常维修保养，及时更新。
3）避免车辆的损坏
根据使用情况看，车辆的损坏大多由于卸车线撞坏的（比翻坏的损坏率高），所以要注意操作管理。
（二）螺旋卸车机御车工艺
螺旋卸车机卸车的基本方法是将螺旋分层插入物料中，由螺旋斜面将物料从敞车的侧边门推出。
螺旋卸车机卸车系统主要有螺旋卸车机，坑道漏斗，坑道收料皮带机，铁路停车线，移动牵引绞车等。
1.螺旋卸车机类型
（1）从门架形式分：
螺旋卸车机可分桥式、门式和单悬臂式三种；
（2）从卸车卸煤的方向分：
可分为单侧和双侧两种；
（3）从螺旋头数分：
可分为单旋、双旋和三头螺旋等几种。
2.卸车系统作业过程和组成：
（1）物料由螺旋卸车机分层卸下。
（2）卸下的物料由螺旋一侧或两侧落到收货槽，再由受料皮带机输送出。
（3）工艺布置
①一台螺旋卸车机工作范围为2一3个车位；
②卸车线的长度，需要根据每次到港列车车辆数决定，可以设一线、二线或三线，可视场地条件而定。
一般情况下，每线可配两台螺旋卸车机；
③铁路线两侧要有收货槽和坑道皮带机；
④轨道高出地面200一300mm，使物料不压轨。
（4）特点
与翻车机卸车相比，螺旋卸车机具有的结构简单，投资少，效率高；对车辆的适应性好。
在维修保养方面，螺旋卸车机的维修保养也较翻车机简单，对车辆的损坏率也较翻车机低。
但螺旋卸车机对货种的适应性不如翻车机好。
防尘方面，翻车机布置紧凑，容易解决，而螺旋卸车机作业面大，还需要清舱作业，所以扬尘性大，且较难解决防尘问题。
在卸车自动化程度方面，螺旋卸车机也不如翻车机，相比之下，螺旋卸车机的卸车效率较低，特别是在物料的湿度大时，卸车的效率就更低。
（三）链斗卸车机卸车工艺
这种机型是由安装在门架内的二排垂直提升的斗子组成。
由下端的斗子抓取物料，提升到上端；抛入横向的皮带机上，从皮带机的任何一端抛出。
1.布置
（1）链斗卸车机两侧不设坑道皮带机。
（2）链斗卸车机既可布置在地面上，也可布置在栈桥上。
（3）一条卸车线上可配两台或多台链斗卸车机。
2.特点
（1）造价低（因为不设坑道皮带机）；
（2）要求地面没有坡度，以保持机架在工作时的稳定性；
（3）机械磨损大，维修费用高，能耗大；
（4）清车量大，扬尘性大，对货种适应性差；
（5）在港口仅作辅助设备用，而较少作为主要卸车机卸用。
（四）底开门自卸车卸车工艺
底开门自卸车是一种卸车效率很高的散货专用列车。
卸车时，可打开专用列车两侧的底部门，列车边行进边卸货至铁道两旁的收货槽或货堆，货槽的底部设有漏斗和皮带机，可将物料运出卸货点至堆场（通常可设坑道）。
1.自卸车形式
底开门自卸车有平底底开门自卸车和漏斗式底开门自卸车两大类。
2.底开门自卸车系统的布置形式
底开门自卸车系统的布置分卸车线高于地面和卸车线不高出地面两种形式。
3.使用情况
此种卸车系统在国外散货码头使用也多，效率也高。
4.系统使用特点
（1）不需要其他卸车设备，卸车效率高，物料卸车较彻底
（2）车辆造价高，利用率低；
（3）需要铁路专线。
（五）车辆解冻
解冻库内加热方式，大致有以下几种：
（1）热风解冻；
（2）蒸汽暖管式解冻；
（3）煤气或电气红外线解冻。
其中效率较高的是红外线解冻方式。
二、堆场工艺
（一）堆场机械
1.堆料机
2.取料机
3.堆取料机
堆取料机与取料机类似，有斗轮和门式滚轮两种结构类型。
（二）堆场工艺系统
根据应用的机械设备和物料进、出场和堆存形式的不同，堆场装卸工艺布置形式可分为堆料机和坑道皮带机组成的地下系统和地面露天堆场作业的地面系统。
1.地下系统
2.地面系统
三、装船工艺
现代散货装船机械均是以皮带机为主体形成的。
根据其结构形式和装船工艺，可分为固定式装船机和移动式装船机两大类。
（一）固定式装船机及装船工艺
1.固定转盘式装船机及其装船工艺
2.摆动式装船机
（二）移动式装船机
四、输送机械和辅助机械
（一）皮带输送机
（二）平舱机械
五、煤炭、矿石出口装卸工艺流程
典型的煤炭、矿石出口装卸工艺流程可有（火）车-堆场、堆场-船、驳、（火）车-船、驳三种（见图6-211）。
第三节煤炭、矿石进口装卸工艺
煤炭、矿石进口装卸工艺主要由煤炭、矿石卸船作业、堆场作业、装车（驳）作业三个环节组成。
一、卸船工艺
煤炭、矿石卸船机械按机械工作特点分，可分为间歇型卸船机和连续型卸船机两类，从卸船方式分又可以分为船舶自卸和非自卸。
（一）散货卸船抓斗及其工作原理
1.双索抓斗
双索抓斗的工作过程如图6-21所示。
当抓斗下落到货堆上时，开闭绳和支持绳皆松，抓斗张开，准备抓货；然后开闭绳渐紧，抓斗抓货，抓斗慢慢关闭，抓货结束；开闭绳和支持绳皆紧，抓斗上升，卸船机吊臂旋转至卸货点；支持绳紧，开闭绳松，抓斗张开，卸货结束，吊臂旋转至货堆，抓斗下降；开闭绳和支持绳皆松，准备抓货。
重复卸货循环。
2.船吊抓斗
船吊抓斗是一种专门与双杆船吊配套使用的双索抓斗。
卸散货专用的双吊杆船舶吊杆的工作原理。
双吊杆船舶吊杆卸货工作过程如图6-23所示。
抓斗以张开的形式落于货堆上，支持索处于松弛状态，方形环自由平落在上横梁上，此时提升开闭索关闭抓斗，锥形球碰不到方形环上的钱齿。
在卸货点因支持索受力，方形环处于翘起状态，当开闭索卸货时，锥形球的尖头可滑过方形环的梳齿的下方，当回行拉紧开闭索时，由于锥形球卡在梳齿内而不会把抓斗关闭。
如此完成卸货的循环。
（二）间歇型卸船机械
1.船舶吊杆
工作特点：
（1）抓斗起升高度不能太高；
（2）船舶吊杆的起重量较小，卸货效率较低，
（3）清舱量大（约为50%）；
（4）在使采用船舶吊杆抓斗卸船方式时，不需要在码头上配置卸船机械，因此，可节约码头的建设费用，港口的装卸成本也可降低。
2.带斗门机
工作特点是：
卸船效率高。
3.装卸桥（桥式卸船机）
（三）连续型御船机
链斗式卸船机和斗轮卸船机是两种常见的煤炭、矿石连续型卸船机。
（图6-24）。
链斗卸船机的工作情况和特点如下。
工作过程是，物料由链斗提升机提取，卸到回转转盘附近的料槽内，由臂架皮带机送进大车中的中心料斗，再经过下面的双料斗直接卸到汽车或火车内，或者流到皮带机小车上，经坑道皮带机转库场存放。
链斗式卸船机的工作关键是舱内取料。
链斗式卸船机主要的优点是：
（1）适用范围广。
（2）卸船效率较高，工作稳定，
（3）易于实现卸船作业自动化；
（4）防污染问题解决较好。
连续型卸船机的另一种机型是斗轮卸船机（图6-26）。
（四）自卸船
所谓自卸船，是指用船舶本身卸货设备，以连续输送方式将货物卸出的专用船。
典型自卸船的工作过程是，物料由货舱或料斗经由可控制的斗门流人置于舱底的纵向输送带上，将物料输送至船首部或船尾部，由提升机构将物料提升送交投料输送机投送上岸。
图6-28所示为自卸船的一种
利用自卸船卸货的特点是，船舶可以完全机械化、高效率卸货，可完全消除船舶清舱作业，
二、装车工艺
在装车量较大的港口，可使用高架存仓漏斗皮带机构成的装车系统。
三、清舱工艺
用清舱机械配合作业。
清舱机的作用是清除舱内物料和提高抓斗的卸船效率。
常用的清舱机有履带式推土机和推扒机。
图6-31所示为抓斗起重机卸船的程序。
当抓斗卸完1部分货物后，即应把清舱机放人舱内。
抓斗卸2部分货物时，清舱机将抓斗不能直接抓取的4部分货物取到舱口直下，当抓斗抓取这部分货物和3部分货物时，清舱机再将5货物送到舱口直下。
四、工艺流程
第四节煤炭水力卸船工艺
传统的煤炭和矿石工艺采用大型抓斗卸船机和连续卸船机来提高港口的装卸效率，而国外采用的水力卸船是提高散货装卸效率的另一种探索。
一、日本铁矿石水力卸船的实践
部分采用浆化专用船进行海上运输和水力卸船系统。
因为：
（1）由于铁矿进口量大，采用大型浆化专用船可降低海上运输成本。
（2）采用水力装卸系统，即使不具备深水码头，港口可设外海泊位进行装卸，以节省投资。
（3）环保要求日益提高，水力卸船系统特别有利于环境保护。
1.铁矿浆化的特性
2）流动性
2.广烟水力卸船系统
1）矿浆专用船
2）码头上的配管
3）贮浆池
4）卸船情况
矿砂在矿山选矿处理后，经管道进入港口装舱，船舱上面澄清的水，在装船的同时几乎全部排出，到卸货港，矿浆含水率约为7%。
船到卸货港靠码头以后，与岸上的管子连接起来，然后用岸上的低压泵将贮浆池中的水送到船上，通过船上的增压泵给水加压，并从舱底回转喷嘴喷出，压力达40kg/cm2。
水浆流人舱底集浆槽，再由舱底的矿浆泵，将浓度大约为60%一70%的矿浆压送上岸。
3.水力卸船方式与传统卸船方式的比较
二、鹿特丹港论证的煤炭水力卸般系统
鹿特丹港对煤炭水力卸船系与传统的煤炭卸船系统进行了比较。
1.抓斗卸船机和堆取料机与水力卸船系统分析
现代最成熟的卸船方式是抓斗卸船机，但这类卸船机存在着若干严重弱点：
（1）工作周期中几乎有50%的时间处于空行；
（2）起重量同样有近50%没有得到有效利用；
（3）清舱作业量大，约占载重量的20%-25%n；
（4）大型而沉重的抓斗在快速作业时易损坏船舶；
（5）作业过程中煤炭易散落；
（6）抓斗卸船机自重大，对码头结构要求高，例如生产率2000t/h的卸船机，自重高达
1200-16001；
（7）由于清舱阶段的影响，大型抓斗卸船机的平均效率要比设计效率低1/3左右。
2.煤炭水力卸船系统的介绍
图6-34为干煤炭采用水力卸船系统的示意图。
在这一系统中，舱内用一个特殊装置，叫马柯纳弗罗动力喷嘴，它是由喷嘴、煤浆泵、电器、油压控制等部件组成，并装在一个壳体内，与岸上的高压水管和上煤浆管相连，所以这一壳体内的设备起着喷切和浆化千煤，以及吸压的作用。
所以从它的作用来说，可以成为喷吸机头。
从舱内卸出的矿浆直接送到沿码头线设置的开式煤浆槽中，然后流人缓冲罐。
矿浆从缓冲管道贮浆池，从贮浆池到脱水设备处都是利用这种喷吸机头和管道输送的。
贮浆池上部澄清的水，用低压泵送到沿码头设置的开式水槽中，然后由高压泵将水加压供给动力喷嘴。
脱水以后的煤炭用皮带机装驳或装车。
3.煤浆脱水
现实的脱水方法有：
固定筛、离心脱水机、过滤和沉淀等。
英国还开发一种“油处理方法”，可以处理极为细粉状煤的脱水，但费用极高。
4.经济上的评价
水力卸船码头的总投资和成本都较传统卸船方式低。
三、原煤的水力卸肥问题
四、脱水问题
脱水是水力卸船系统中的一个极其重要的问题。
脱水可以用机械脱水方式或自然脱水方式。
港口装卸煤炭贮存时间长，流量大，利用自然脱水有许多有利条件。
第五节煤炭、矿石计量及粉尘防治
一、煤炭、矿石的粉尘防治
（一）谋炭、矿石装卸粉尘污染问题
煤炭与矿石，不论是块状、粒状或是粉状，都具有扬尘性，因此，在煤炭、矿石的装卸过程中，不论是用抓斗、皮带机、翻车机、斗式提升机、堆取料机和坑道漏斗等机械，在对物料抓取、投送，或物料经过漏斗自流时，都会因冲击和振动引起粉尘飞扬。
国内外对煤炭和矿石粉尘污染的研究认为：
首先，粉尘污染的程度与离货源的距离有关，这是因为物料的损失率是随离货堆的距离增大而减少的。
其次，粉尘污染的程度与物料的湿度有关，这是因为物料的损失率随物料的湿度增加而减少。
表6一所示的是煤炭的损失率随其湿度变化的状况。
由表可见，若煤炭的含水率大于6%时，扬尘性可大为减少。
（二）防粉尘污染的措施
1.喷雾防尘
2.喷水防尘
3.高压静电收尘
防污染的措施还有很多，如在漏斗周围加围裙，在皮带机接头处加上防尘罩，操作技术的改进和提高（如降低落料点）等等
二、煤炭、矿石的计量，
最常用的计量方法是船舶水尺目测，这是一种利用船舶排水量估计物料装卸量的一种方法，这种计量方法简单，但计量误差大。
另一种计量装置是电子皮带秤，这是一种连续式计量设备，它可对煤炭、矿石进行精确计量。
此外，如煤炭、矿石的卡车计量还可用计量的精确度较高的地磅。
第六节煤炭、矿石码头装卸工艺案例
一、河港煤炭出口码头装卸工艺系统
1.工艺布置（图6-36）
2.主要工艺设备性能
（1）M2型转子式翻车机，效率20-25车/h,2台；
（2）固定墩柱转盘式装船机，效率900-130Dt/h，2台；
（3）堆料机，带宽lm,带速3.8m/s，效率900-1300t/h，2台；
（4）皮带机，带宽lm，带速3-8m/s，效率900-1300t/h；
（5）推车器（铁牛），推力lot，速度1.5m/s；
（6）年通过能力600万-700万吨／年。
3.工艺流程（见图6-35）
列车到达重车线后，脱钩，由铁牛推人翻车机翻卸，可以2台同时工作。
卸下的物料经翻车机下的皮带机3和4，堆场皮带机7和10到堆料机1，或直接经皮带机3和4，8和11，12和3及倾斜皮带机14到装船机150如果由存仓出货装驳，打开存仓下的漏斗闸门，物料落于坑道皮带机2上，经皮带机8，12，14到装船机15。
各环节的台时生产能力，翻车机平均为800t/h，最高可达1300t/h。
堆煤机和装船机最高效率可达1300t/h，装一艘2OOOt驳船需要1.5h左右，其中包括15-20min的非生产时间。
4.使用经验
具体有：
（1）为保证翻车机效率的发挥，铁牛的取送车效率，翻车机下皮带机的生产率均应稍高于翻车机效率。
（2）空车线的数目应考虑空车列检的需要，原设计仅设一条空车线，不敷应用，因此又增设一线。
（3）到达的重载列车应列检后按货物品种重新编组，统一品种货物应编成一组，这样可避免堆料机作业时应换货位而往返走行，影响效率．此外还应将不适于翻车机翻卸的车辆挑出，送其他货位用别的机械卸车．为此港口应自备机车。
（4）装驳码头的上下游各设靠驳夏船，并配备绞船设备。
上游廷船停靠空驳，下游夏船停靠装了货的重驳。
驳船装满前即可将上游空驳牵引到驳船码头正在装货的驳船外档停靠作好施档的准各＿当里档助船鉴满可用多船份各牵出停靠千下游覃船重驳离开牢驳即可靠卜装驳码头装货，不必由拖船从锚地取送和协助靠离码头，大大缩短了靠离、换档等间断时间，有效地提高了码头通过能力。
（5）原设计v形坑道存仓容量偏小，只能储存3.4万吨煤炭，与码头通过能力不相适应，如果2天不装船，港口就处于堵塞状态。
二、秦皇岛港煤四期煤炭出口装卸工艺案例
煤四期工程拥有3.5万吨级泊位两个，10万吨级泊位一个，预留3.5万吨级泊位一个，设计年通过能力4000万吨，泊位的基本情况见下表6-5.
（一）卸车系统
卸车系统选用英国汉肖公司设计的三翻式翻车机，卸车时列车不解体。
卸车系统是由三套翻车机系统组成，其中一套为预留系统。
翻车机形式为三串（联）转子式，每套翻车机系统由一台翻车机、定位车、夹轮器、料斗、轨道衡及附属设施组成，单套设计能力为5400t/h。
为了解决冬季冻煤卸车问题，每台翻车机都配有电磁脉冲清车装置，将冻煤从车箱内壁分离；为维护货主利益，保证进港煤炭重量准确，在每台翻车机的人口和出口处分别设有秤量重车和轻车的动态轨道衡。
（二）输送系统
煤炭输送采用皮带输送机系统。
皮带机输送系统是由两大皮带输送机系统组成的。
一个系统是由翻车机接料皮带机和堆场堆料系统皮带机组成的翻堆系统皮带机系统；另一个系统是由堆场取料系统皮带机和装船系统皮带机组成的取装皮带机系统。
整个皮带机输送系统的皮带机总长16km。
（三）堆场系统
堆场形式为地面堆取分开布置。
堆料系统选用三台轨道移动式堆料机，堆料机的回转半径为36.5m，最大堆料高度为17m，单机额定堆料能力为5400t/h。
取料系统由四台取料机组成，四台取料机中，两台是悬臂式斗轮取料机，另两台是门式斗轮取料机。
悬臂式斗轮取料机的回转半径为47m，门式斗轮取料机的回转半径为50.5m，两种机型的单机取料能力均为6000t/h。
堆场总面积35万平方米，可堆存煤炭200万吨，是亚洲最大的煤炭堆场。
堆场由6个条型分堆场组成，每条堆场分10个垛位，以利于不同品种、不同质量的煤炭可按货主不同的要求分垛堆放。
（四）装船系统
系统设三台移动式装船机，单机的装船能力为6000t/h，适应装载2-10万吨级干散货船。
（五）装卸工艺流程
煤炭出口码头装卸工艺流程见图6-380
三、宁波港北仑区矿石中转码头装卸工艺系统
（一）码头泊位概况
矿石中转码头由2个卸船深水泊位和3个装船泊位组成，五个泊位的概况如下表Cr6所示。
（二）堆场
矿石码头堆场的总堆存量235万吨，其中为10万吨级矿石中转码头配套的堆场容量为123万吨，为20万吨矿石中转码头配套的堆场容量为1龙万吨。
（三）主要装卸设备
1.卸船机
两个卸船泊位共配置卸船机4台，其中10万吨级码头上配置日本日立公司制造的、额定起重量56t的卸船机2台，每循环周期为50.7s。
20万吨级码头上配置芬兰柯尼公司制造的、额定起重量52t的卸船机2台，每循环周期为50s.上述各台卸船机的轨距30m，卸船臂外伸幅度分别是38m和43m，最大台时效率为2625t/h。
2.装船机
3个装船泊位共配置装船机3台。
装船机轨距8m，装船臂的外伸幅度为35m，最大装船台时效率为5250t/h。
3.堆场机械
该中转码头采用地面系统的堆取合一的堆场作业方式，堆场设置4台斗轮堆取料机，其中，20万吨级泊位配置的是德国克鲁伯公司制造的和10万吨级泊位配置的是日本日立公司制造的斗轮堆取料机各2台。
斗轮堆取料机的轨距为9m，最大臂幅伸距为42m。
4.水平输送机
该中转码头的矿石水平输送采用的是固定式带式输送机。
系统共设固定式带式皮带机34条，总长为13247m，其中BCZ-12带速为170m/min，FC带速为130m/min，皮带机的带宽1.6m，最大输送能力5250t/h，工作时的最大带速可达180m/min。
（四）矿石中转码头装卸工艺
1.卸船舶泊位的设计代表船型
卸船泊位设计代表船型主要船型外形参数如表6-7所示。
2.操作过程
该矿石中转码头的装卸工艺布置呈F型。
目前拥有36条作业线，组成了船一船、船一场、场一船、场一火车的主要操作过程。
这些流程中，徐场一火车流程外．其他操作过程均实现了中央控制。
3.工艺流程图
详见图6-39a
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