淺談牛家梁煤炭集運站環保技術改造方案

王 超

(中煤西安設計工程有限責任公司，陜西 西安 710054)

牛家梁煤炭集運有限責任公司隸屬于陜西榆林能源集團煤炭運銷公司，生產能力為3.0 Mt/a。牛家梁煤炭集運站位于榆神礦區南部邊界，榆林市北約12 km的牛家梁鎮。該集運站負責收集周邊煤礦原煤的外運工作，原煤平均水分為13.16%～14.79%，平均灰分為7.83%～9.55%，平均全硫分在0.27%～0.97%之間，平均磷含量為0.009%～0.027%，平均干燥基低位發熱量在26.28～29.59 MJ/kg之間，為中高水分、特低灰、特低-低硫、特低-低磷、中高-高發熱量的不黏煤及長焰煤，是良好的動力用煤及氣化、液化等化工工業原料用煤[1-2]。

牛家梁煤炭集運站生產情況為：周邊煤礦來煤采用40 t自卸卡車進行運輸，自卸卡車駛入場地后，直接將煤卸載至火車卸煤臺露天堆放。原有火車卸煤臺長860 m，寬55 m，周圍設防風抑塵網。裝火車時，由裝載機直接將卸煤臺露天儲煤裝至火車上，進行外運。目前牛家梁煤炭集運站的受煤、儲煤和裝車形式生產效率較低，安全隱患大，煤塵污染嚴重，既不滿足國家環保要求，也不利于企業的發展。

1 環保技術改造的必要性

1.1 現代煤炭物流發展的需要

發展現代煤炭物流，建立煤炭應急儲備體系，可提高煤炭物流效率，降低煤炭物流成本，整頓煤炭流通秩序，推進煤炭物流規模化、集約化發展。目前，我國煤炭資源開發重點已向西部加速轉移，煤炭資源的分布和消費情況必然使我國煤炭的調運量增大，而傳統的煤炭運輸機械化、自動化程度低，煤炭運營成本較高，無形之中增加了煤炭銷售成本，影響了煤炭行業的整體效益。因此，建設大型現代化的煤炭集運站，有利于推進現代煤炭物流業發展，優化煤炭產業布局，實現煤炭產業可持續發展。

1.2 穩定煤質和市場的需要

隨著煤炭市場的不斷變化，用戶的需求日益提高，部分礦井后期煤質變差，沒有用戶，只有建設煤炭物流集運站，將不同煤質的原煤分開儲存，通過配煤來穩定煤質，站穩產品市場。

1.3 減少運輸成本，提高產品競爭力

國家對環境保護的要求越來越高，對公路運輸嚴格限制超重、超載，公路運輸成本不斷加大，運輸成本已成為制約煤炭經濟進一步發展的瓶頸。如不改善運輸條件，減少短途損耗和降低運輸成本，企業參與市場競爭的能力必然降低。因此，能否減少產品的成本投入，提高產品競爭力，將決定煤炭企業的前途和命運。

2 生產系統環保技術改造方案

集運站的受煤、儲煤和裝車方式決定著生產系統的布置形式以及生產效率。因此在確定集運站改造方案之前，必須對各種受煤、儲煤和裝車方式逐一比較，以確定最佳設計方案[3-4]。

2.1 受煤、儲煤系統

根據鐵路牽引質量、集運站設計規模，依據GB 50359—2016《煤炭洗選工程設計規范》[5]規定，牛家梁煤炭集運站生產系統所設的煤炭緩沖存儲容量宜不小于4萬t。結合目前常用的受煤、存儲形式，可采用汽車受煤坑加圓筒倉、汽車儲煤封閉式儲煤場、汽車受煤坑加封閉式儲煤場三種方式[6]。

2.1.1 汽車受煤坑加圓筒倉

外來煤由自卸車運至汽車受煤坑卸載后，由受煤坑下給煤機將煤轉載至帶式輸送機[7]上運至圓筒倉上，再通過倉上帶式輸送機進行配倉儲存。裝車時由倉下給煤機將煤給到裝車帶式輸送機上，運至鐵路快速裝車站裝火車外運。

2.1.2 汽車儲煤封閉式儲煤場

外來煤由自卸車直接運至封閉式儲煤場內進行卸載，就地堆放儲存。裝火車時由推煤機將煤推入封閉式儲煤場內回煤漏斗內，通過回煤漏斗下設的給煤機將煤給到回煤帶式輸送機上，再運至鐵路快速裝車站裝火車外運。

2.1.3 汽車受煤坑加封閉式儲煤場

外來煤由自卸車運至汽車受煤坑卸載后，由受煤坑下給煤機轉載至帶式輸送機上，再將煤運至封閉式儲煤場，通過配煤帶式輸送機并結合犁式卸料器進行配煤儲存。裝火車時由推煤機將煤推入封閉式儲煤場內回煤漏斗內，再通過回煤漏斗下設的給煤機將煤給到回煤帶式輸送機上，運至鐵路快速裝車站裝火車外運。

三種常用的受煤、儲煤方式對比見表1。

表1 三種常用的受煤、儲煤方式對比

由于集運站環保技術改造生產系統西側緊臨包西鐵路，且距榆林市僅12 km，考慮整體規劃、環保和項目審批等因素認為，汽車受煤坑加圓筒倉方案的受煤系統相對獨立，汽車作業時間短、效率高，且儲煤、回煤無需輔助設備、儲煤對周圍無揚塵、噪聲污染小，可靠性高，并且依據來煤種類的不同可進行多品種儲煤，生產管理方便、靈活，確定為環保技術改造受煤、儲煤系統的最終方案[8-9]。

2.2 裝車系統

目前常用的裝車方式主要有：鐵路快速定量裝車系統、裝車塔配裝車簸箕裝車、跨線筒倉配定量倉裝車系統。

2.2.1 鐵路快速定量裝車系統

鐵路快速定量裝車系統是一種技術先進且目前常用的鐵路列車裝載煤炭的裝車方式，它集機械、液壓、監控控制于一體，可解決煤炭的快速高精度定量裝車問題。快速定量裝車系統具有以下特點：

(1) 裝車速度快。單節車皮裝車時間約40～60 s。

(2) 裝車精度高。單節車皮裝車精度約為1%，整列裝車精度優于0.5%，杜絕了欠載和超載。

(3) 自動化程度高。可實現自動、半自動和手動裝車，具有能連續自動給煤、自動稱重裝車、自動三級取樣、自動故障檢測、裝車清單自動打印和計算機管理等功能。

2.2.2 裝車塔配裝車簸箕裝車

裝車塔配裝車簸箕裝車是一種傳統的煤炭列車裝載煤炭的裝車方式，它通過控制裝車帶式輸送機的運煤量，由配置裝車簸箕的裝車溜槽將煤炭裝入列車，屬于手動裝車模式。該裝車方式效率低、裝車規模小、裝車精度差，但卻具有投資低、塊煤裝車時不易“過粉碎”等特點。但是，針對該改造項目要求裝車時間短、裝車效率及精度要求高、裝車量大的特點，此種裝車方式顯然難以滿足要求。

2.2.3 跨線筒倉配定量倉裝車系統

跨線筒倉配定量倉裝車系統的主要優點在于筒倉定量裝火車時對上筒倉的裝車帶式輸送機作業要求較低，可實現裝車和上煤分別作業。然而此種裝車方式無法實現多品種煤分別裝火車的要求，且造價高昂、輸送機爬高大、需要占用的場地面積也大，故該改造項目也不宜采用。

通過以上比較，鐵路快速定量裝車系統可作為環保技術改造裝車系統的最終方案。

3 工藝系統布置及優化設計

3.1 受煤系統

根據集運站設計規模及系統生產能力的計算，并考慮集裝站工作時間的靈活性，參考GB 50197—2015《煤炭工業露天礦設計規范》[10]規定，關于間斷或半連續開采工藝生產系統能力確定，受煤系統中卸車臺位數可按以下公式計算[11]：

鑒于汽車來煤的生產特點，卸煤、儲煤工作可按每天10 h工作制組織生產，自卸卡車卸車時間2 min，調車等待3 min，合計一次循環作業時間為5 min。

則所需的卸車臺數：

根據以上計算，并考慮集裝站工作時間的靈活性，設計卸車臺數為4臺，采用通過式卸車形式。

結合目前榆林地區汽車受煤的特點，設計針對傳統的通過式汽車受煤坑進行了優化設計：

(1)布置汽車受煤坑場地時，應增加兩側的回車區域，使汽車受煤坑兩側均可滿足自卸車或側卸車的調車要求。

(2)汽車受煤坑采用網殼結構設計，卸煤場地中間不設土建結構，可同時滿足自卸車和側卸車同時卸車的需求，增加了系統的靈活性。

3.2 儲煤系統

根據最終確定的儲煤方案，牛家梁煤炭集運站儲煤系統采用4個φ22 m的圓筒倉，單個儲量1萬t，在便于分品種儲煤的同時也滿足了火車裝車的緩沖容量。考慮到系統的靈活性，倉上采用2臺可逆移動配倉帶式輸送機進行配倉，可一用一備，也可同時工作[12]。

結合項目環保技術改造的要求，設計針對儲煤筒倉進行了優化：

(1)在2臺可逆移動配倉帶式輸送機上增加帶蓋裝置。該裝置通過拉緊、導輥、膠帶等裝置，布置在配倉層可逆移動配倉帶式輸送機導軌內側，并覆蓋在筒倉的卸料孔上。當可逆移動配倉帶式輸送機移動并卸料時，膠帶也隨之移動，從而有效地抑制了配倉時產生的揚塵。

(2)塊煤在筒倉儲煤過程中，產品煤易碎，無法滿足客戶需求，因此在塊煤倉內設置了緩沖裝置來降低產品煤的限下率。

常見的筒倉緩沖裝置有：倉壁小螺旋溜槽、倉壁大螺旋溜槽、伸縮溜槽[13-14]。三種筒倉緩沖裝置對比見表2。鑒于牛家梁煤炭集運站儲煤筒倉上無法預留角絞車布置空間，而倉壁小螺旋溜槽和大螺旋溜槽均可作為塊煤倉的保塊設計方案，但是倉壁大螺旋溜槽結構更加穩定，處理能力大，且可預留后期擴能的空間。因此最終確定倉壁大螺旋溜槽方案，其布置示意如圖1所示。

圖1 倉壁大螺旋溜槽布置示意圖

螺旋溜槽分為過渡段和標準段。過渡段底板傾角為0～25°、外螺旋直徑為10 000 mm；標準段底板傾角為25°、外螺旋直徑為21 900 mm，過渡段和標準段的螺旋角均為35°[15]。螺旋溜槽本體均采用16 mm厚16Mn鋼板制作，襯板采用14 mm厚鉬鎳合金。在儲煤筒倉側壁增加一部檢修電梯，以方便設備檢修與人員通行。

3.3 驅動裝置

目前常用的軟啟動裝置有：Y型電動機+液力偶合器+減速器、CST可控驅動裝置、液體黏性軟啟動裝置、變頻軟啟動裝置、永磁同步變頻電機等。針對集運站的工作特性，設計在確定帶式輸送機驅動方式時進行了優化和對比：

(1)汽車受煤坑至儲煤筒倉帶式輸送機、裝車帶式輸送機因其功率較大，且輸送機輸送量需根據系統的需求靈活進行調整，所以宜采用“變頻軟啟動”的驅動方式。此驅動方式性能優良，啟動、停車時速度曲線線性可控，電氣制動性能好，可無極變速，可控性能優良，可做閉環控制，可靠性高。

(2)其他功率(≤200 kW)的驅動裝置可采用“Y型電動機+液力偶合器+減速器”的形式。此驅動方式結構簡單、可靠，無機械磨損，能在環境惡劣的條件下工作，無需特殊維護，使用壽命長。

3.4 相關輔助設施

(1)牛家梁煤炭集運站原生產系統卸煤、儲煤和裝車環節為露天設置，無需采暖，而辦公生活區供暖采用燃煤鍋爐。針對環保技術改造的要求以及國家環保政策，設計應采用天然氣蒸汽鍋爐作為集運站工業場地的供熱熱源。

(2)為了減少系統內粉塵污染，設計應在汽車受煤坑、轉載點、儲煤筒倉、火車快速裝車站相關落料點位置設置除塵系統，有效抑制生產過程中產生的揚塵。

(3)考慮到集運站往來運煤車輛頻繁，對周邊道路污染嚴重，應在廠區車輛出口處設置洗車臺，對所有出場的運煤汽車進行清洗。

4 結語

針對牛家梁煤炭集運站生產系統的現狀，于2020年設計新增了受煤系統、儲煤系統和裝車系統，同時對各系統的設計方案進行了對比，并確定了最終的改造方案；同時還對受煤系統、儲煤系統、驅動裝置以及輔助設施進行了優化設計。力求采用合理的工藝布置、可靠的技術性能，在解決集運站環保壓力的同時，為企業帶來良好的經濟效益。牛家梁煤炭集運站的改造方案也為陜北、內蒙等地區的煤炭集運站環保改造工作提供了參考和借鑒。