大宗散货装卸工艺及其发展——煤炭
一、概述
1.煤炭的流向特点：
煤炭是仅次于铁矿石的第二大干散货，由于其与钢铁工业的紧密关联性，其海运流向和发展趋势和铁矿石很类似主要从澳大利亚、北美和南非流向日本、远东、欧洲和地中海等地区。
我国煤炭流向具有“北煤南运”的特点。
我国煤炭产区主要在北方，分布在东北、山西、内蒙古等，而我国工业分布以南方相对比较发达。
由此形成的煤炭装卸港口分布表现为北方为煤炭装船港（配备超大型的装船设备设施），而南方沿海大多数是煤炭卸船港（配备大型高效的卸船设施设备）。
2.主要运输工具：水上运输的船舶（专用煤炭船、内河驳船）和陆路运输的铁路车型（专用车型和通用车型）
3.选用专用、高效的港口工艺设备的必要性：煤炭运量大，货流稳定、专用船舶大型化和高效化、铁路车辆的长大专列固定编组和直达循环的运行组织
4.设计和选择港口装卸工艺的要求：深入分析车船的现状和发展趋势
5. 煤炭港口装卸工艺的系统组成：装卸船舶作业、水平运输作业、堆场作业
二、煤炭、矿石进口装卸工艺系统
煤炭、矿石出口装卸工艺主要由煤炭、矿石卸船作业、堆场作业和装车（或船、驳）作业三个工艺环节组成。
1、卸船工艺
卸船机械按机械工作特点可分为：间歇型卸船机和连续型卸船机两类；
按卸船方式分为：船舶自卸和非自卸。
（1）间歇型卸船机
间歇型散货卸船机主要有：船舶抓斗起货机、抓斗卸船机等。
因为抓赌卸船的工作循环周期中有一个空返回程，因此称之为间歇型卸船机。
抓斗的工作原理：
抓斗卸船机上的抓斗普遍采用绳索式抓斗，绳索式是抓斗依靠绳索滑轮组产生闭合力，使抓斗产生启闭。
一般有单绳抓斗、双绳抓斗、四绳抓斗，目前后面两种使用最为广泛。
双绳抓斗的工作原理：（1）抓斗下降：起升绳、开闭绳同步放出，空抓斗以张开状态下降至货堆上（2）抓取物料：两绳均松弛，抓斗靠自重插入货堆，收紧开闭绳，抓斗逐渐闭合（3）抓斗提升：抓斗完全闭合后两绳同步收紧，抓斗上升（4）抓斗卸料：抓斗移至卸料点，放松开闭绳，在抓斗自重及料重作用下，抓斗自动打开卸料。
图1 抓绳抓斗的结构与工作原理
a）下降并张鄂板；b）收闭鄂板抓料；c）提升；d）张开鄂板卸料
1-下横梁；2-撑杆；3-上横梁；4-支持绳；5-开闭绳；6-鄂板双绳抓斗的工作特点：工作可靠、操作简单、生产率高，应用广泛
四绳抓斗的工作特点：工作时不易打转、工作稳定，因此在港口散货装卸工作中获得最广泛的应用。
A．船舶抓斗起货机
优点：不需要在码头上配置卸船机械，可节约码头的建设费用，港口的装卸成本也可降低
缺点：起重量较小，卸货效率较低，在大型专业化散货码头应用不多。
B．抓斗卸船机
抓斗卸船机是目前应用较为广泛的散货卸船机。
根据抓斗水平移动方式不同，可以分为门座抓斗卸船机和桥式抓斗卸船机。
1）门座抓斗卸船机
结构：基本结构和门座起重机相似，只是在其门架上装有漏斗和带式输送机系统。
特点：卸船效率高，这是由于一方面门架下的漏斗可根据抓斗行程调节伸缩，使抓斗带货运行的行程缩短，另一方面是因为带斗门机的起升、变幅速度比普通门机高40%-50%，提高了装卸效率。
图2 四绳抓斗图3 门座抓斗卸船（尺寸单位：mm）1-头部；2-横梁；3-拉杆；4-斗部
不足：因为抓斗的长度太长，臂架重量较大，提高起升和变幅速度会增加抓斗的偏摆和引起较大的动载荷，所以提高速度受到限制；另外，起重量的增加又对自重和轮压的影响很大，所以带斗门机的设计生产效率一般为500-700t/h。
适用：船型不超过5万吨级的中型散货进口码头，卸车效率在700/h以下。
应用：我国上海港区中华南栈进口码头使用的带斗门机平均台时效率为500t，适用船型2万-3万吨。
2）桥式抓斗卸船机
结构：在一般桥架型起重机的机构之外，在门架上装设了有轨桥架，载重小车（抓斗小车）。
特点：可以承受较大的动量载荷，具有较高的起升和小车运行速度，机上的受料漏斗又靠近船舱，小车的作业行程较短，抓斗的起重量大
使用范围：最小的起重量为5t，卸船生产率约400t/h；最大的起重量可达85t，卸船生产率高达4200-5100t/h
适用：是国外大型散货码头最主要的卸船机械，一般适用于5万吨级以上的散货专用船，卸船效率一般为700-3000t/h。
图4 桥式抓斗卸船机（尺寸单位：mm）
（2）连续型卸船机
链斗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。
1）链斗卸船机
主要特点：（1）使用范围广。
可用于轻物料和重物料的卸船祖业，也可使用于从河驳到大、中型海船的卸载。
（2）卸船效率较高。
平均卸船效率可达到额定生产率的55%-60%，抓斗卸船机只有45%-50%（3）工作稳定。
工作中没有频繁的起制动，噪声较小。
（4）物料损失小，能耗低。
相比于抓斗起重机，其卸船物料损失量低于2%，能量消耗也低1%-2%（5）易于实现卸船作业自动化（6）对环境污染小
图5 链斗式卸船机图6 固定式双斗轮卸船机
2）斗轮卸船机
斗轮卸船机几乎可以用来卸任何散粒物料，从经济方面考虑，斗轮卸船机更适合用来卸那些易于堆快、堆积密度大、磨琢性大等性能的物料，如煤炭、矿石。
分类：内河型斗轮卸船机（分为固定式和自行式）和海港型斗轮卸船机两类
特点：（1）对物料的适应性好，斗轮挖取力强，可以作业各种散粒物料；（2）
对船型的适应性好（3）卸船效率高。
平均生产率较高（4）能耗较低。
斗轮卸船机除了机头取料装置之外，其余主要部分是带式输送机和斗式提升机，故其能耗较低。
（5）环境污染小。
（6）由于斗轮卸船机一般用于接卸较难挖取的重散粒物料，故其整机刚度较大，整机重量及制造成本也比其他机械式连续卸船机高。
图7 自动式内河斗轮卸船机
图8 海港型斗轮卸船机
3）自卸船
船舶本身具有卸货设备，以连续输送方式将货物卸出。
与一般的散货船不同之处：装料船舱底部呈V形，并有船舱漏斗和控制匣门，在V形船舱底和船底之间布置有带式输送系统。
优点：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；可节省码头建造专用卸货设备的费用；有利于解决煤炭和矿石卸船时的环境污染问题。
缺点：自卸船结构复杂，造价高，维修困难
图9 自卸船示意图
2、装车工艺
陆运出港一般由火车或货车运输，在港口需要进行装车作业。
装车作业的方法主要有：高架存仓装车、悬臂装车机装车、流动机械装车
（1）高架存仓装车
在装车量较大的港口，可使用高架存仓、漏斗和带式输送机构成的装车系统。
特点：容易实现自动化控制，装车速度快、装车精度高、装车质量好、对环境污染小。
图10 高架存仓装车示意图
（2）悬臂装车机装车
特点：装车效率高，最大装车能力可达3600t/h，装车质量好，车厢表面物料平整，无偏载，完全符合铁路运行要求。
但设备投入大，制造成本高。
适用于装车量大的专业化码头
（3）流动机械装车
特点：机动性能好，作业范围大。
但装车效率低、物料容易洒落、扬尘严重。
一般用于对装车量不大、非专业化码头。
3、清舱工艺
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。
在舱内清舱条件较差的情况下，大多数是用履带式推土机清舱，它不但能在物料上运行，而且爬坡能力大。
推扒机是推土机的一种变形机种，通过推扒板的推和扒，将舱内物料从舱壁汇聚到中央，以便抓斗抓取。
为保证卸船机的生产率，卸船作业和清仓作业要有序进行。
4、装卸工艺流程
图11 工艺流程
a）船—堆场；b）船—驳船；c）场—车
三、煤炭、矿石计量与粉尘防治
1、喷雾抑尘法
适用于减少抓取和投送时产生的粉尘。
如南京港的翻车机就是采用此法，效果好。
2、喷水抑尘法
适用于大面积露天堆场。
这个方法需要在堆场修建污水处理池，将堆场流出的污水集中大池中，加以沉淀、过滤等处理。
问题：喷雾防尘和喷水防尘在北方不能使用，在南方实际运用中，也存在难以控制喷水量的问题。
3、除尘器除尘
在煤炭输送线上，物料在运动过程中因冲击和振动而产生粉尘，像这种局部的粉尘，可以用板围成一个空间，通过除尘器管道，将这些地方的含尘空气吸到除尘器中，进行清理。
采用除尘器除尘效率高，一般除尘效率可达95%-99%，但体积较大，设备费用高，维护管理也复杂。
4、高压静电除尘
用于局部粉尘的清理，采用这种方法除尘，除尘效果好，可实现自动控制。
