燃煤发电厂铁路工业站布置方案研究

燃煤发电厂铁路工业站布置方案研究

王能

中铁二院工程集团有限责任公司  四川成都  610031

摘要：燃煤发电厂铁路工业站布置图型是根据运量大小、地形条件、装卸作业流程、铁路运输组织模式等进行技术经济综合比选合理确定，不同的卸车作业区和装车作业区布置对应了不同的运输效率和能力。本文首先通过分析燃煤发电厂运输现状，并结合其运输特点，研究了翻车机卸车作业区和快速定量系统装车作业区与到发（存车）场平面布置关系，对各布置形式的优缺点、作业时分、使用条件进行了分析、总结，并结合贵州能源集团水城区煤-焦-化-电循环经济基地铁路工业站工程实例进行分析，以期对燃煤发电厂铁路工业站的设计提供一种思路和启迪。

关键词：燃煤发电厂；铁路工业站；站型布置；装卸方式

引言

目前，我国发电行业常见的发电方式为火力发电、水力发电、核能发电、新能源发电四种，其中火力发电以燃煤发电为主，石油、液化气、天然气等燃料发电占比很小。截止2023年底，全国全口径发电装机容量29.2亿千瓦，火力发电、水力发电、核能发电、新能源发电分别占比39.9%、22.1%、2%、36%；从发电量来看，火力发电、水力发电、核能发电、新能源发电分别占比68%、18%、5%、9%。以上数据表明，燃煤发电从装机容量和发电量占据电源结构的比例均较大，是我国目前主要的发电方式。燃煤发电的优点为建设速度较快，初期投入较少，选址灵活，发电量稳定，技术成熟；但缺点为对所依赖的煤炭资源消耗量大，单位电能成本较高，环境污染严重，效率低下。以2×66万千瓦燃煤发电机组全年发电量为例计算，平均每年需要消耗煤炭资源约280万吨，产生粉煤灰和脱硫石膏固废约150万吨，占总运营成本的75%，其中运输成本占比10%，远高于国际物流成本水平。

从以上数据可以得出，燃煤发电厂每年对燃煤、粉煤灰、石膏等大宗货物的运输需求量大，且运输成本高。因此，研究燃煤发电厂铁路工业站的布置形式，对提高其运输效率、降低运输成本、实现燃煤发电厂高质量发展具有重要意义。

1 燃煤发电厂运输现状

1.1 燃煤发电厂概况

我国燃煤发电厂涉及中国华能集团、国家电力投资集团、中国大唐集团、国家能源投资集团、中国华电集团五大发电集团，四小豪门，以及地方各能源集团等多家发电集团。燃煤发电厂的选址需考虑与城市规划协调性、交通便利性、燃料供应范围、水源需求、固废处理综合利用、地质、环境等综合因素，根据交通便利性、燃料供应范围、固废处理综合利用情况可将燃煤发电厂大致分为如下两类：

（1）资源型燃煤发电厂

此类发电厂在煤矿坑口附近修建，亦称坑口电厂，远离城市、铁路和公路干支线，位于交通不发达区域。坑口电厂优点是可以最大限度降低煤炭运输成本，但其使用寿命比煤矿寿命长得多，煤矿的煤炭资源枯竭，或者生产条件恶化，且粉煤灰和石膏的外销困难，运输距离和成本会增加。

（2）区域型燃煤发电厂

此类发电厂靠近用电负荷大的城市中心，铁路和公路干支线发达，交通运输便利。区域型燃煤发电厂优点是粉煤灰和石膏的外销相对较易，但远离煤矿富集区，煤炭运输成本占运营总成本的比例较大。

1.2 燃煤发电厂运输现状分析

燃煤发电厂主要的货物品类为到达的煤炭和发送的粉煤灰、脱硫石膏等大宗散货，资源型燃煤发电厂煤炭主要通过管道、公路短驳进行运输，运距一般在50km范围以内；大部分粉煤灰和石膏运至贮灰场进行丢存，少量销往周边地区，运输距离短，以公路运输为主。区域型燃煤发电厂煤炭、粉煤灰和石膏主要通过铁路运输，少量通过公路运输，运输距离较长。因此，此类发电厂大多数都配套有铁路装卸线或专用铁路，根据设备类型、产权隶属、规模大小，煤炭和固废的运输方式，燃煤发电厂煤炭、粉煤灰和石膏的运输现状可分为如下两类：

（1）利用临近既有铁路货场进行运输。此类运输方式受限于铁路货场能力较大，若铁路货场办理货物品类多且量大时，往往难以及时保证发电厂的煤炭卸车和固废装车作业，且存在从铁路货场至电厂场区的公路短驳运输，必然会进行二次倒运和装卸，增加发电厂的运营成本。据调查分析，目前燃煤发电厂利用的既有铁路货场大部分规模小、设备设施陈旧、作业效率低的作坊式货场，已经不能满足燃煤发电厂生产运输需求。

（2）利用铁路专用线进行运输。燃煤发电厂利用自己或其他厂矿企业铁路专用线进行运输，此类铁路专用线装卸设备设施陈旧且不专业、装卸线短、未配置专用机辆设施和作业人员，且受控因素较多，作业效率不高，已不能满足燃煤发电厂每日大货运量的运输需求。

随着煤炭资源的不断整合，以往小范围的煤炭资源调配已逐渐演变为大范围区域型资源整合，很大程度上影响着燃煤发电厂的燃料供给。燃煤发电厂已逐渐意识到运输能力强、运输成本低、连续性和稳定性强、安全性高的铁路运输的重要性。因此，本文重点对燃煤发电厂铁路工业站卸车作业区和装车作业区平面布置方案进行详细研究。

2 卸车作业区平面布置方案

2.1 煤炭主要卸车方式

我国铁路煤炭运输方式主要有三种，一是采用普通敞车运输，二是采用底开门车运输，三是采用集装箱运输。根据卸车设备类型，常见的卸车方式有链斗卸车机、螺旋卸车机和翻车机等，其中链斗卸车机卸车能力较低、噪音大、车底残留物料人工清扫时间长、粉尘飞扬、环境污染严重，螺旋卸车机除具备链斗卸车机缺点外，还具有对大块煤炭适应性差，需配合建设卸煤坑使用，建设成本高等缺点。

翻车机卸车是一种机械化程度高、卸车能力强、对环境污染小的卸车设备，具有运行可靠、操作人员较少，以及可以实现完全机械化、自动化等特点，是燃煤发电厂主要采用的卸车作业方式。翻车机卸车系统以翻车机为主要设备，辅助设备一般包括重车调车机，空车调车机，迁车台，夹轮器及相关电控，除尘、通风、给排水设备等。根据运量的需求一般采用单车翻车机、双车翻车机或三车翻车机。

因此，本文重点研究翻车机卸车方式的卸车作业区与到发（存车）场横列式和纵列式两种平面布置方案和作业流程，并分析其卸车能力的适应性。

2.2 横列式平面布置

2.2.1 前置翻车机横列式平面布置

此类布置为翻车机卸车作业区与到发（存车）场并列设置，翻车机位于作业区前端，重车线和空车线均满足一整列车长，如图1所示。其作业流程为：重车到达到发（存车）场→列检、换挂调车机车→调机推送重车至牵出线→调机牵引至重车线→调机推送至翻车机→重车卸车→完成卸车后由迁车台移入空车线→调机将空车列牵引出岔区→调机折角牵引至到发（存车）场内→换挂机车、试风→发车。

为保证调车机车正常出入作业区，前置翻车机横列式平面布置形式需增加1条机车走行线，且将重车线与空车线末端连接，或将重车线、空车线与到发（存车）场末端连接，如图1（a）和图1（b）所示。

1—到发（存车）场；2—机辆设施；3—牵出线；4—重车线；

5—空车线；6—翻车机；7—迁车台；8—机带线；9—机车走行线。

（a）重车线与空车线末端连接平面布置示意图

1—到发（存车）场；2—机辆设施；3—牵出线；

4—重车线；5—空车线；6—翻车机；7—迁车台；8—机带线。

（b）重车线、空车线与到发（存车）场末端连接平面布置示意图

图1  前置翻车机横列式平面布置示意图

该布置图型其优点是站场布置紧凑，与电厂煤场衔接较好；缺点是车列转场作业多，调车机车走行次数多、距离长，效率低，车列周转时间长，运营安全隐患较大。适用于场地纵深长，卸车量相对少的情况。

2.2.2 后置翻车机横列式平面布置

此类布置为翻车机卸车作业区与到发（存车）场并列设置，翻车机位于作业区末端，重车线和空车线均满足一整列车长，如图2所示。其作业流程为：重车到达到发（存车）场→列检、换挂调车机车→调机牵引重车至牵出线→调机推送至重车线到达翻车机→重车卸车→完成卸车后由迁车台移入空车线→调机折角牵引至到发（存车）场内→换挂机车、试风→发车。

1—到发（存车）场；2—机辆设施；3—牵出线；

4—重车线；5—空车线；6—翻车机；7—迁车台。

图2  后置翻车机横列式平面布置示意图

该布置图型其优点是站场布置紧凑，调车机车走行次数较少、距离较短，运营管理方便；缺点是车列转场作业次数较多，效率较低，车列周转时间较长。适用于场地纵深长，卸车量相对较少的情况。

2.3 纵列式平面布置

2.3.1 翻车机纵列折返式平面布置

此类布置为翻车机卸车作业区与到发（存车）场呈纵向布置，重车线和空车线均满足一整列车长，如图3所示。其作业流程为：重车到达到发（存车）场→列检、换挂调车机车→调机推送至重车线到达翻车机→重车卸车→完成卸车后由迁车台移入空车线→调机牵引至到发（存车）场内→换挂机车、试风→发车。

1—到发（存车）场；2—机辆设施；3—重车线；4—空车线；5—翻车机；6—迁车台。

图3  翻车机纵列折返式平面布置示意图

该布置图型其优点是站场列车到发作业与转场作业无交叉干扰，调车机车走行次数少、走行距离较短，效率较高；缺点是场坪要求高，运营管理不便。适用于狭长地形，卸车量相对较多的情况。

2.3.2 翻车机纵列环形式平面布置

此类布置为翻车机卸车作业区与到发（存车）场呈纵向布置，卸车线设置为环行线路，由于是进行流水作业，无迁车台和相关配线，如图4所示。其作业流程为：重车到达到发（存车）场→列检、换挂调车机车→调机推送至重车线到达翻车机→重车卸车→调机牵引至到发（存车）场内→换挂机车、试风→发车。

1—到发（存车）场；2—机辆设施；3—卸车线；4—翻车机。

图4  翻车机纵列环形式平面布置示意图

该布置图型其优点是站场列车到发与转场作业无交叉干扰，作业流程简单，效率高；缺点是场坪要求高，工程投资较大。适用于地形开阔，卸车量相对大的情况。

2.4 各布置形式作业时分对比分析

目前，一台单车翻车机卸车能力为18辆/小时，按50辆车编组计算，折返式翻车机卸空一整列车需2.8小时，环形式翻车机卸空一整列车需2小时，上述各布置形式工业站各项卸车作业时分对比如表1所示。

表1  各布置形式卸车作业时分对比表 （单位：min）

由表１可以看出，卸车作业纵列式平面布置总耗时小于横列式平面布置，其中纵列环形式平面布置总耗时最短，作业流程最顺畅，前置翻车机横列式平面布置最长，作业效率最低。主要原因为纵列环形式平面布置翻车机翻车过程中无需将单节车辆通过迁车平台迁移，节省了空车集结时间，大大提升了作业效率，而前置翻车机横列式平面布置在“调机推送至翻车机→卸车→调机将空车列牵引出岔区”调机频繁转线和对位环节。在工程实例中，可以根据电厂煤场位置，运量大小，翻车机卸车能力，结合地形、地质条件选择具体的布置形式。

3 装车作业区平面布置方案

3.1 粉煤灰和石膏主要装车方式

我国铁路对于粉煤灰和石膏大宗散货的装车方式主要有传统装载机装车和现代化快速定量装车系统两种。传统装载机装车具有工程简单、前期投资少、易实施的优点，但装车效率低、能耗高、运营成本高、列车在站停留时间长、车辆周转率低、环境污染严重等缺点，已不能适应铁路货运现代化发展的需求。

现代化快速定量装车系统是一种自动化程度高、装车速度快、装车精度高、装车质量高、环保性能好的装车设备，是燃煤发电厂主要采用的装车作业方式。粉煤灰一般采用成熟的筒仓装车系统，工艺流程为：粉煤灰在压力空气作用下通过物料输送管道，最后输送至储灰筒仓；再采用库侧流态化卸料方式装入货车车厢，卸料能力为200立方/小时，每座粉煤灰储灰筒仓每小时可装车4辆。石膏一般采用快速定量装车系统，工艺流程为：仓内的石膏经运输机载入装车塔内的缓冲仓，然后将石膏排泄到下面的锥形定量仓，再通过定量仓下口安装的排料闸门和装车溜槽，把物料送入货车车厢内。每座石膏快速定量装车系统每小时可装车50辆。

因此，本文重点研究快速定量装车方式的装车作业区与到发（存车）场横列式和纵列式两种平面布置方案和作业流程，并分析其装车能力的适应性。

3.2 横列式平面布置

横列式平面布置为装车作业区与到发（存车）场并列设置，如图5所示。其作业流程为：空车到达到发（存车）场→列检、换挂机车→调机推送空车转入装车线装车→调机折角牵引至到发（存车）场内→换挂机车、试风→发车。

根据装车线长度和快速定量装车系统的位置，可分为三类如下：

（1）装车线长度为整列车长度，快速定量装车系统设置于牵出线上或装车线靠咽喉区侧，如图5（a）所示。此类布置图型优点是站场场坪短，布置紧凑，工程投资小，但缺点很明显，装车时牵出线被长时间占用，影响车站能力较大。

（2）装车线长度为1.5倍整列车长度，快速定量装车系统设置于装车线1/3位置和2/3位置，如图5（b）所示。此类布置图型优点是牵出线能力得到释放，不影响其他作业车辆，缺点是推送空车车辆走行稍长，快速定量装车系统分散，车辆对位精度要求高，工程投资较大。

（3）装车线长度为2倍整列车长度，快速定量装车系统设置于装车线中部位置，如图5（c）所示。此类布置图型优点是牵出线得到释放，不影响其他作业车辆，缺点是推送空车车辆走行长，场坪长度较长，工程投资大。

1—到发（存车）场；2—机辆设施；3—牵出线；4—装车线；5—快速定量装车系统。

（a）第一类装车线横列式平面布置示意图

1—到发（存车）场；2—机辆设施；3—牵出线；4—装车线；5—快速定量装车系统。

（b）第二类装车线横列式平面布置示意图

1—到发（存车）场；2—机辆设施；3—牵出线；4—装车线；5—快速定量装车系统。

（c）第三类装车线横列式平面布置示意图

图5  装车线横列式平面布置示意图

3.3 纵列式平面布置

3.3.1 装车线纵列折返式平面布置

纵列折返式平面布置为装车作业区与到发（存车）场呈纵向布置，装车线长度为整列长度，快速定量装车系统设置于装车线靠咽喉区侧，如图6所示。其作业流程为：空车到达到发（存车）场→列检、换挂机车→调机推送空车至装车线装车→调机牵引至到发（存车）场内→换挂机车、试风→发车。

1—到发（存车）场；2—机辆设施；3—装车线；4—快速定量装车系统。

图6  装车线纵列折返式平面布置示意图

该布置图型其优缺点同翻车机纵列折返式平面布置图型，但当工业站为贯通式车站时，装车作业时长时间占用咽喉区，设计时应充分研究接发列车作业、卸车作业、装车作业等平行进路，运营过程中需定向规定到发线使用方案，释放咽喉区能力，避免“堵车”；若地形条件较好，为避免装车作业长时间占用咽喉区，装车线长度可采用上述装卸线横列式平面布置图型中第二类或第三类图型。

3.3.2 装车线纵列环形式平面布置

纵列环形式平面布置为装车作业区与到发（存车）场呈纵向布置，装车线长度为整列车长度，快速定量装车系统设置于装车线靠咽喉区侧，如图7所示。其作业流程为：空车到达到发（存车）场→列检、换挂机车→调机推送空车至装车线装车→调机牵引至到发（存车）场内→换挂机车、试风→发车。

1—到发（存车）场；2—机辆设施；3—装车线；4—快速定量装车系统。

图7  装车线纵列环形式平面布置示意图

该布置图型其优缺点同翻车机纵列折返式平面布置图型，但当工业站为贯通式车站情况时，与装车线纵列折返式平面布置设计方法类似。

3.4 各布置形式作业时分对比分析

以装石膏为例，按50辆车编组计算，每座石膏快速定量装车系统装完一整列车需1小时，上述各布置形式工业站各项装车作业时分对比如表2所示。

表2  各布置形式装车作业时分对比表 （单位：min）

由表2可以看出，装车作业纵列式平面布置总耗时小于横列式平面布置，但作业时间差值不大，原因在于除横列式布置空重车转场耗时稍长外，其余作业时间均相同。但横列式平面布置第一类图型缺点很明显，装车时牵出线被长时间占用，影响车站能力较大，在工程实例中不建议采用。其余图型可根据电厂灰库和石膏库位置，运量大小，快速定量装车系统能力，结合地形、地质条件选择具体的布置形式。

4 工程实例分析

贵州能源集团水城区煤-焦-化-电循环经济基地铁路工业站于沪昆铁路滥坝站接轨，根据基地规划，项目年铁路运量需求为800万吨，其中到达煤炭450万吨，发送焦炭200万吨、粉煤灰100万吨、石膏50万吨。

4.1 工业站规模确定

（1）翻车机卸车能力计算

《铁路工业站港湾站设计规范（Q/CR 9135-2015）》中翻车机台数计算公式为：

m台=60×Q/365×n×q×（1440-T固）×a

可以推导出计算出一台单车翻车机年卸车约600万吨。结合车站技术作业能力，一台单车翻车机每小时可翻车18辆，按50辆车编组计算，卸空一整列车需2.8小时，考虑到达、出发列检、交接及固定作业的时间，整个作业共计5.5小时，因此，一台单车翻车机日均翻车能力为150辆。此外，本项目还需考虑煤炭质量的差异不能混堆。因此，综合上述因素考虑采用2台单车翻车机。

（2）快速定量装车系统装车能力计算

焦炭和石膏快速定量装车系统，每小时可装车50辆，装满一列车需1小时，考虑到达、出发列检、交接及固定作业的时间，整个作业共计5小时，因此，日均装车能力约200辆，设置焦炭和石膏快速定量装车系统各一座。

粉煤灰筒仓装车系统，卸料能力为200立方/小时，每座储灰筒仓每小时可装约4辆车，装满整列车需要12.5小时，考虑到达、出发列检、交接及固定作业的时间，整个作业共计15小时，因此，设置三座粉煤灰筒仓装车系统同时装车。

（3）到发线数量计算

综合考虑盖篷布和车体加固作业和调车机车走行，采用直接计算法计算工业站所需的到发线数量5条，并设存车线2条。

根据基地选址、地形条件、既有铁路位置、建设规模、装卸方式等，本次研究了装卸作业区横列式和纵列式布置两个方案。

4.2 装卸作业区横列式布置方案

本方案装卸作业区与到发场并列设置，卸车作业区采用后置翻车机横列式平面布置图型，设条重车线和空车线各2条，满足整列卸车条件。装车作业区采用横列式平面布置第三类图型，装车有效长为2倍整列车长度，快速定量装车系统设置于装车线中部位置，设装车线2条，设牵出线1条，配套机辆设备。

4.3 装卸作业区纵列式布置方案

本方案装卸作业区与到发场呈纵向布置，卸车作业区采用翻车机纵列折返式平面布置图型，设条重车线和空车线各2条，满足整列卸车条件。装车作业区采用纵列折返式平面布置图型，装车有效长为整列车长度，快速定量装车系统设置于装车线靠咽喉区侧，设装车线2条，配套机辆设备。

经综合比较分析，装卸作业区纵列式布置方案与基地和既有铁路结合较好，工程投资小，无需牵出线转场作业，卸车效率较高，装车能力较大等优点，最后工业站的设计方案推荐了装卸作业区纵列式布置方案。

结束语

燃煤发电厂的运输需求为煤炭、粉煤灰、石膏等大宗散货的到发和装卸，其铁路工业站作为生产系统中的核心单元，到发场（存车）场规模是否匹配、装卸作业设备和功能是否齐全、作业流程是否顺畅，直接影响燃煤发电厂的工程投资和生产效益。在工程实践中，燃煤发电厂铁路工业站图型的选择，应根据运量大小、地形条件、装卸作业流程、铁路运输组织模式等进行技术经济综合比选合理确定。本文通过对燃煤发电厂铁路工业站装卸作业区与到发（存车）场平面布置关系进行综合研究，并通过工程实例对其设计特点进行了说明，以期对燃煤发电厂铁路工业站的规划及设计提供借鉴与参考。

参考文献：

[1] Q/CR 9135-2015 铁路工业站港湾站设计规范[S].

[2] 陈国涛. 大宗散货铁路装车线布置的探讨[J]. 高速铁路技术, 2012, 3(5): 22-26.

[3] 王春雷. 采用翻车机卸车的重载铁路卸车站设计探讨[J]. 铁道货运, 2013, 31(8): 20-25.

[4] 罗毅. 铁路煤炭卸车站站型布置研究[J]. 高速铁路技术, 2013(6): 29-32.

[5] 陈红军. 采用快速定量装车系统的铁路货物线装车能力研究[J]. 铁道建筑技术, 2014(1): 49-52.

[6] 汪海龙, 饶武. 煤炭重载铁路集疏运站基本图型分析[J]. 铁道货运, 2015, 10(6): 17-22.

[7] 余超. 翻车机在铁路卸煤方式中的应用[J]. 山西建筑, 2015, 41(24): 220-222.

[8] 赵阳阳. 东风港站卸煤场平面布置方案研究[J]. 铁道货运, 2019, 37(7): 48-52.

[9] 中铁二院工程集团有限责任公司. 新建铁路盘江普定电厂铁路货场专用线可行性研究[R]. 成都: 中铁二院工程集团有限责任公司, 2022.

[10] 中铁二院工程集团有限责任公司. 新建铁路贵州能源水城铁路专用线项目可行性研究[R]. 成都: 中铁二院工程集团有限责任公司, 2023.

作者简介：王能（1989—），男，工程师，从事铁道工程（站场）专业技术工作。