浅谈牛家梁煤炭集运站环保技术改造方案

王 超

(中煤西安设计工程有限责任公司，陕西 西安 710054)

牛家梁煤炭集运有限责任公司隶属于陕西榆林能源集团煤炭运销公司，生产能力为3.0 Mt/a。牛家梁煤炭集运站位于榆神矿区南部边界，榆林市北约12 km的牛家梁镇。该集运站负责收集周边煤矿原煤的外运工作，原煤平均水分为13.16%～14.79%，平均灰分为7.83%～9.55%，平均全硫分在0.27%～0.97%之间，平均磷含量为0.009%～0.027%，平均干燥基低位发热量在26.28～29.59 MJ/kg之间，为中高水分、特低灰、特低-低硫、特低-低磷、中高-高发热量的不黏煤及长焰煤，是良好的动力用煤及气化、液化等化工工业原料用煤[1-2]。

牛家梁煤炭集运站生产情况为：周边煤矿来煤采用40 t自卸卡车进行运输，自卸卡车驶入场地后，直接将煤卸载至火车卸煤台露天堆放。原有火车卸煤台长860 m，宽55 m，周围设防风抑尘网。装火车时，由装载机直接将卸煤台露天储煤装至火车上，进行外运。目前牛家梁煤炭集运站的受煤、储煤和装车形式生产效率较低，安全隐患大，煤尘污染严重，既不满足国家环保要求，也不利于企业的发展。

1 环保技术改造的必要性

1.1 现代煤炭物流发展的需要

发展现代煤炭物流，建立煤炭应急储备体系，可提高煤炭物流效率，降低煤炭物流成本，整顿煤炭流通秩序，推进煤炭物流规模化、集约化发展。目前，我国煤炭资源开发重点已向西部加速转移，煤炭资源的分布和消费情况必然使我国煤炭的调运量增大，而传统的煤炭运输机械化、自动化程度低，煤炭运营成本较高，无形之中增加了煤炭销售成本，影响了煤炭行业的整体效益。因此，建设大型现代化的煤炭集运站，有利于推进现代煤炭物流业发展，优化煤炭产业布局，实现煤炭产业可持续发展。

1.2 稳定煤质和市场的需要

随着煤炭市场的不断变化，用户的需求日益提高，部分矿井后期煤质变差，没有用户，只有建设煤炭物流集运站，将不同煤质的原煤分开储存，通过配煤来稳定煤质，站稳产品市场。

1.3 减少运输成本，提高产品竞争力

国家对环境保护的要求越来越高，对公路运输严格限制超重、超载，公路运输成本不断加大，运输成本已成为制约煤炭经济进一步发展的瓶颈。如不改善运输条件，减少短途损耗和降低运输成本，企业参与市场竞争的能力必然降低。因此，能否减少产品的成本投入，提高产品竞争力，将决定煤炭企业的前途和命运。

2 生产系统环保技术改造方案

集运站的受煤、储煤和装车方式决定着生产系统的布置形式以及生产效率。因此在确定集运站改造方案之前，必须对各种受煤、储煤和装车方式逐一比较，以确定最佳设计方案[3-4]。

2.1 受煤、储煤系统

根据铁路牵引质量、集运站设计规模，依据GB 50359—2016《煤炭洗选工程设计规范》[5]规定，牛家梁煤炭集运站生产系统所设的煤炭缓冲存储容量宜不小于4万t。结合目前常用的受煤、存储形式，可采用汽车受煤坑加圆筒仓、汽车储煤封闭式储煤场、汽车受煤坑加封闭式储煤场三种方式[6]。

2.1.1 汽车受煤坑加圆筒仓

外来煤由自卸车运至汽车受煤坑卸载后，由受煤坑下给煤机将煤转载至带式输送机[7]上运至圆筒仓上，再通过仓上带式输送机进行配仓储存。装车时由仓下给煤机将煤给到装车带式输送机上，运至铁路快速装车站装火车外运。

2.1.2 汽车储煤封闭式储煤场

外来煤由自卸车直接运至封闭式储煤场内进行卸载，就地堆放储存。装火车时由推煤机将煤推入封闭式储煤场内回煤漏斗内，通过回煤漏斗下设的给煤机将煤给到回煤带式输送机上，再运至铁路快速装车站装火车外运。

2.1.3 汽车受煤坑加封闭式储煤场

外来煤由自卸车运至汽车受煤坑卸载后，由受煤坑下给煤机转载至带式输送机上，再将煤运至封闭式储煤场，通过配煤带式输送机并结合犁式卸料器进行配煤储存。装火车时由推煤机将煤推入封闭式储煤场内回煤漏斗内，再通过回煤漏斗下设的给煤机将煤给到回煤带式输送机上，运至铁路快速装车站装火车外运。

三种常用的受煤、储煤方式对比见表1。

表1 三种常用的受煤、储煤方式对比

由于集运站环保技术改造生产系统西侧紧临包西铁路，且距榆林市仅12 km，考虑整体规划、环保和项目审批等因素认为，汽车受煤坑加圆筒仓方案的受煤系统相对独立，汽车作业时间短、效率高，且储煤、回煤无需辅助设备、储煤对周围无扬尘、噪声污染小，可靠性高，并且依据来煤种类的不同可进行多品种储煤，生产管理方便、灵活，确定为环保技术改造受煤、储煤系统的最终方案[8-9]。

2.2 装车系统

目前常用的装车方式主要有：铁路快速定量装车系统、装车塔配装车簸箕装车、跨线筒仓配定量仓装车系统。

2.2.1 铁路快速定量装车系统

铁路快速定量装车系统是一种技术先进且目前常用的铁路列车装载煤炭的装车方式，它集机械、液压、监控控制于一体，可解决煤炭的快速高精度定量装车问题。快速定量装车系统具有以下特点：

(1) 装车速度快。单节车皮装车时间约40～60 s。

(2) 装车精度高。单节车皮装车精度约为1%，整列装车精度优于0.5%，杜绝了欠载和超载。

(3) 自动化程度高。可实现自动、半自动和手动装车，具有能连续自动给煤、自动称重装车、自动三级取样、自动故障检测、装车清单自动打印和计算机管理等功能。

2.2.2 装车塔配装车簸箕装车

装车塔配装车簸箕装车是一种传统的煤炭列车装载煤炭的装车方式，它通过控制装车带式输送机的运煤量，由配置装车簸箕的装车溜槽将煤炭装入列车，属于手动装车模式。该装车方式效率低、装车规模小、装车精度差，但却具有投资低、块煤装车时不易“过粉碎”等特点。但是，针对该改造项目要求装车时间短、装车效率及精度要求高、装车量大的特点，此种装车方式显然难以满足要求。

2.2.3 跨线筒仓配定量仓装车系统

跨线筒仓配定量仓装车系统的主要优点在于筒仓定量装火车时对上筒仓的装车带式输送机作业要求较低，可实现装车和上煤分别作业。然而此种装车方式无法实现多品种煤分别装火车的要求，且造价高昂、输送机爬高大、需要占用的场地面积也大，故该改造项目也不宜采用。

通过以上比较，铁路快速定量装车系统可作为环保技术改造装车系统的最终方案。

3 工艺系统布置及优化设计

3.1 受煤系统

根据集运站设计规模及系统生产能力的计算，并考虑集装站工作时间的灵活性，参考GB 50197—2015《煤炭工业露天矿设计规范》[10]规定，关于间断或半连续开采工艺生产系统能力确定，受煤系统中卸车台位数可按以下公式计算[11]：

鉴于汽车来煤的生产特点，卸煤、储煤工作可按每天10 h工作制组织生产，自卸卡车卸车时间2 min，调车等待3 min，合计一次循环作业时间为5 min。

则所需的卸车台数：

根据以上计算，并考虑集装站工作时间的灵活性，设计卸车台数为4台，采用通过式卸车形式。

结合目前榆林地区汽车受煤的特点，设计针对传统的通过式汽车受煤坑进行了优化设计：

(1)布置汽车受煤坑场地时，应增加两侧的回车区域，使汽车受煤坑两侧均可满足自卸车或侧卸车的调车要求。

(2)汽车受煤坑采用网壳结构设计，卸煤场地中间不设土建结构，可同时满足自卸车和侧卸车同时卸车的需求，增加了系统的灵活性。

3.2 储煤系统

根据最终确定的储煤方案，牛家梁煤炭集运站储煤系统采用4个φ22 m的圆筒仓，单个储量1万t，在便于分品种储煤的同时也满足了火车装车的缓冲容量。考虑到系统的灵活性，仓上采用2台可逆移动配仓带式输送机进行配仓，可一用一备，也可同时工作[12]。

结合项目环保技术改造的要求，设计针对储煤筒仓进行了优化：

(1)在2台可逆移动配仓带式输送机上增加带盖装置。该装置通过拉紧、导辊、胶带等装置，布置在配仓层可逆移动配仓带式输送机导轨内侧，并覆盖在筒仓的卸料孔上。当可逆移动配仓带式输送机移动并卸料时，胶带也随之移动，从而有效地抑制了配仓时产生的扬尘。

(2)块煤在筒仓储煤过程中，产品煤易碎，无法满足客户需求，因此在块煤仓内设置了缓冲装置来降低产品煤的限下率。

常见的筒仓缓冲装置有：仓壁小螺旋溜槽、仓壁大螺旋溜槽、伸缩溜槽[13-14]。三种筒仓缓冲装置对比见表2。鉴于牛家梁煤炭集运站储煤筒仓上无法预留角绞车布置空间，而仓壁小螺旋溜槽和大螺旋溜槽均可作为块煤仓的保块设计方案，但是仓壁大螺旋溜槽结构更加稳定，处理能力大，且可预留后期扩能的空间。因此最终确定仓壁大螺旋溜槽方案，其布置示意如图1所示。

图1 仓壁大螺旋溜槽布置示意图

螺旋溜槽分为过渡段和标准段。过渡段底板倾角为0～25°、外螺旋直径为10 000 mm；标准段底板倾角为25°、外螺旋直径为21 900 mm，过渡段和标准段的螺旋角均为35°[15]。螺旋溜槽本体均采用16 mm厚16Mn钢板制作，衬板采用14 mm厚钼镍合金。在储煤筒仓侧壁增加一部检修电梯，以方便设备检修与人员通行。

3.3 驱动装置

目前常用的软启动装置有：Y型电动机+液力偶合器+减速器、CST可控驱动装置、液体黏性软启动装置、变频软启动装置、永磁同步变频电机等。针对集运站的工作特性，设计在确定带式输送机驱动方式时进行了优化和对比：

(1)汽车受煤坑至储煤筒仓带式输送机、装车带式输送机因其功率较大，且输送机输送量需根据系统的需求灵活进行调整，所以宜采用“变频软启动”的驱动方式。此驱动方式性能优良，启动、停车时速度曲线线性可控，电气制动性能好，可无极变速，可控性能优良，可做闭环控制，可靠性高。

(2)其他功率(≤200 kW)的驱动装置可采用“Y型电动机+液力偶合器+减速器”的形式。此驱动方式结构简单、可靠，无机械磨损，能在环境恶劣的条件下工作，无需特殊维护，使用寿命长。

3.4 相关辅助设施

(1)牛家梁煤炭集运站原生产系统卸煤、储煤和装车环节为露天设置，无需采暖，而办公生活区供暖采用燃煤锅炉。针对环保技术改造的要求以及国家环保政策，设计应采用天然气蒸汽锅炉作为集运站工业场地的供热热源。

(2)为了减少系统内粉尘污染，设计应在汽车受煤坑、转载点、储煤筒仓、火车快速装车站相关落料点位置设置除尘系统，有效抑制生产过程中产生的扬尘。

(3)考虑到集运站往来运煤车辆频繁，对周边道路污染严重，应在厂区车辆出口处设置洗车台，对所有出场的运煤汽车进行清洗。

4 结语

针对牛家梁煤炭集运站生产系统的现状，于2020年设计新增了受煤系统、储煤系统和装车系统，同时对各系统的设计方案进行了对比，并确定了最终的改造方案；同时还对受煤系统、储煤系统、驱动装置以及辅助设施进行了优化设计。力求采用合理的工艺布置、可靠的技术性能，在解决集运站环保压力的同时，为企业带来良好的经济效益。牛家梁煤炭集运站的改造方案也为陕北、内蒙等地区的煤炭集运站环保改造工作提供了参考和借鉴。