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1、工程背景
    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電廠之一。該擬建卸煤碼頭位于該段橫港沙外側長江主泓水域，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。本工程建設規模為：建設50 000 DWT煤炭進口泊位一個（結構兼顧70000 DWT船舶靠泊）和4 000 DWT煤炭水上轉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，根據交通部《關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”，這無論是從環境保護方面，還是從維護華能南通電廠的企業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（現普利司通BRIDGESTONE TPE公司）于1964年提出并率先在日本注冊發明專利的全新物料搬運技術——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)托輥組內形成管狀，其頭，尾及拉緊等處與普通帶式輸送機結構形式完全相同。物料被包裹在封閉的圓管形膠帶內輸送，在輸送過程中由于上下膠帶形成管狀，輸送機可實現多向轉彎，轉彎角度可達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，經過設計、制造和使用單位多年來的技術消化、經驗總結和不斷實踐，經業內專家的不斷開拓和研究，現已逐步總結出一整套較為系統的設計、安裝、調試及檢驗等全面的標準。目前管狀帶式輸送機產品已形成了系列化，設計和制造技術趨于成熟。
    綜上所述，管狀帶式輸送機在環保、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勢，國內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)本工程輸送系統按最大能力3 600 t/h配置，相關原始參數如下。
    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：在滿足現有輸煤系統同時接卸前方泊位卸船來煤和向電廠一、二期發電機組煤倉上煤的功能前提下，確保電廠的安全生產，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，實現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要求及功能均處于國內先進水平，具有相當高的技術含量。在管狀帶式輸送機驅動控制上首次采用了高壓變頻調速裝置。
    為合理確定長距離大功率管狀帶式輸送機的驅動方式，以降低管狀帶式輸送機在啟動時對電網的沖擊、減小對機械設備的沖擊、降低膠帶的張力、改善傳動性能，具備在線無級調速和低速可調驗帶功能，并達到節能降耗的要求，我們對調速型液力耦合器、CST可控啟動傳輸裝置、低速大扭矩液壓馬達驅動系統、低壓變頻調速、高壓變頻調速多種驅動控制方式，在啟制動性能、系統效率、負載特性、調速性能、可靠性、維護成本、節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速裝置作為管狀帶式輸送機驅動系統的軟啟動裝置，以實現管狀帶式輸送機的可控啟動、可控停車和調速的功能。
    羅賓康高壓變頻器采用先進的矢量控制技術構成高性能交流調速裝置，經實踐證明可長期可靠地應用于長距離帶式輸送機等恒轉矩負載，具有起動轉矩大，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／軟停車整個動態過程，并在全過程中實現各皮帶機的驅動電機之間的功率平衡和速度同步。同時，還可提供可調驗帶速度，由此降低快速起動，快速停車過程對機械和電氣系統的沖擊，有效抑制膠帶輸送機動態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，增加輸送系統的安全性和可靠性。該項技術的運用使得系統具有極高的動態響應速度和響應精度，在低速下具有較大的轉矩和轉矩過載能力，不僅能最大限度地發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合的能力，提高整個輸送系統的運行效率。
4.2合理性原則
    按照項目總體規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，在充分發揮管帶機可曲線布置的優越性的同時，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，成管段引橋寬度共計9 800 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，結合相關專業布置，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要求，確定兩條管狀帶式輸送機中心線間距4 400 mm。結合相關專業以及尾部在碼頭Tl0轉運站內的布置，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生的問題較多。根據國家電力公司發輸電計(2002)153號文《關于采用循環鏈碼檢驗皮帶秤技術的通知》，設計中采用了皮帶秤模擬實物檢測裝置一循環鏈碼，該裝置經中國計量科學研究院鑒定認可，獲得了CMA標志，并獲得了北京市質量監督局頒發的CMC標志。循環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、數據重復性好等特點，完全滿足國家計量檢定規程(JJG195 -2002)中關于循環鏈碼檢驗裝置用于皮帶秤檢驗的技術規定。目前，該裝置已逐步在電力、港口、冶金等行業推廣使用，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，結合結構專業以及頭部在陸域Tll轉運站內的相關布置，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擴充，同時滿足電廠一、二期輸煤系統的正常運行。
    引橋管狀帶式輸送機能力在進入陸域Tll轉運站后，除了要對現有輸送系統進行卸料，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的單線最大輸送能力為2 000 t/h，煤倉上煤的輸送系統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、二期輸送系統之前，必須根據流程及系統能力的需要進行分流。為保證分流流量的準確性、分流流量的可調節性和作業的安全性，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中廣泛使用的活化給料機。該給料機采用獨特的結構設計，集活化物料功能和給料功能于一體，可以在線無級調整出煤量，出煤量可以在0—2 000 t／h之間調整，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。因此，在設計中，預留三期工程運輸系統的接口，前方來煤在Tll轉運站通過電動三通直接進入三期運輸系統，同時，通過電動三通，可實現前方來煤與一、二期運輸系統、三期運輸系統的自動切換。Tll轉運站斷面見圖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轉運站以及后方Tll轉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，必須具有適當的橫向剛度，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�。�，將會使膠帶裹成管時往下塌，形成扁管現象。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重要的作用。
    設計采用日本普利司通管帶機膠帶，其技術特征如表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，產生塌管現象。
5.2彎曲
    管狀帶式輸送機優于通用帶式輸送機的顯著特點是可以進行小半徑轉彎，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生跑偏現象。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，取消了轉載點，可從側面、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漸變為2.4 m，整個輸煤棧橋的寬度也由11.8 m調減為9,8 m，有效地減小了棧橋寬度，節約了土建投資。
5.3變頻驅動
    變頻驅動技術的應用是本工程的一個關鍵的技術重點。計算可知，本工程管狀帶式輸送機總電機功率為1 819.11 kW，結合本工程實際情況，采用頭部雙驅動，尾部單驅動的電機布置方式(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動技術，實現輸送設備的軟啟動、軟停機及在線調速功能�？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。由于三臺驅動電機不同軸聯結，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聯的。若三臺電機的傳動都作為獨立的速度控制，則在系統運行時，三臺電機的轉矩難以調整。為了滿足既要保證整個系統速度同步，又要確保三臺電機的轉矩平衡，設計采用羅賓康的最新的droop control技術，這樣三臺變頻器均處于速度閉環運行模式，保證三臺電機之間的速度同步以及轉矩平衡。
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。由于碼頭卸船機漏斗隔柵網格尺寸為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錘破碎機，滾軸篩入煤口亦設置了調節擋板，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月完成調試及驗收。截止2009年6月，根據試運行半年時間的統計，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，無扭轉跑偏等現象，維護工作量也很低，取得了令人滿意的經濟效益和社會效益。
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明的一種具有劃時代意義的新型連續輸送設備，其所具有的環保、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電后灰渣往廠外排送。
    (2)對環境保護要求較高的電廠廠內輸送系統及港口長距離輸送系統。有利于保護環境和改善作業人員工作條件。
    (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主使用要求。
8、結語
    眾所周知，輸煤系統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安全、高效生產不可缺少的環節。本工程管狀帶式輸送機作為輸煤系統的一個關鍵部分，憑借其經濟，環保，運行穩定、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濟效益和社會效益，得到了業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。

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