甜砂礦區管道輸煤一體化綜合利用路徑研究＊

余 嵐，楊慶峰，路興義，鄭 超，吳奮超

（1.隴東學院，甘肅 慶陽745000；2.華能集團核桃峪煤礦，甘肅 慶陽745000；3.甘肅靖遠煤電股份有限公司，甘肅 白銀730913）

甜砂礦區管道輸煤一體化綜合利用路徑研究＊

余 嵐1，楊慶峰3，路興義2，鄭 超1，吳奮超1

（1.隴東學院，甘肅 慶陽745000；2.華能集團核桃峪煤礦，甘肅 慶陽745000；3.甘肅靖遠煤電股份有限公司，甘肅 白銀730913）

甜砂礦區是慶陽北部主要的煤炭富集區，是隴東國家能源化工基地的重要依托區域，本文分析了甜砂礦區煤炭開發利用存在缺水、交通不便、煤質差等問題，論述了管道輸煤、水煤漿技術發展現狀，提出了管道輸煤一體化綜合利用思路，即將甜砂礦區產出的原煤，通過管道輸送至劉川工業園區、白銀高新技術區，實現上下游一體化綜合轉化利用，論文進一少分析了項目建設的優勢和面臨的困難，得出可行性結論，論文思路新穎，項目經濟可行，為項目實施提供了有益的探討。

管道輸煤；水煤漿；一體化；綜合利用；清潔高效

甜砂礦區是指隴東地區甜水堡和砂井子礦區，隸屬于甘肅省慶陽市環縣甜水堡，是隴東國家能源化工基地的重要依托區域，區內煤炭資源豐富，甜水堡和砂井子兩個煤炭礦區地質資源量76.27億t（其中砂井子礦區57.38億t，甜水堡礦區19.39億t），目前在甜砂礦區規劃了6個礦井，規劃總產量1960萬t，其中砂井子礦區四個礦井：劉園子煤礦、馬福川煤礦、毛家川煤礦和西部的錢陽山煤礦，礦井年產量1690萬t；甜水堡1、2號礦井，總產量270萬t。

“…慶陽煤炭資源占甘肅省預測儲量度96%…”，“…隴東是未受破壞的整裝煤田，具備建設國家級大型煤炭基地億級噸礦區的條件，九大煤田已由地質勘察轉入開發建設階段…”，這些消息曾經使慶陽老區人民為之興奮，緊鑼密鼓地進行隴東能源化工基地的論證、規劃、建設當中。但是，2014年以來我國宏觀經濟發展進入新常態，化解煤炭、鋼鐵過剩產能成為調整產業結構的關鍵環節，慶陽市在建礦井都遭遇到前所未有的沖擊。2015年1月，我國出臺新的環保法——史上最嚴厲的環保法。2015年5月國家能源局發布發《煤炭清潔高效利用行動計劃(2015-2020)》文件，對使煤炭生產、加工利用提出了更加嚴格的要求，改變煤炭消費方式及清潔利用成為我國煤炭生產基地必須面對的課題，煤炭清潔開發利用究竟走哪種路線，才能真正實現隴東煤炭資源優勢向經濟優勢的轉化，這些都需要要科學研判、認真謀定。

1 甜砂礦區開發利用存在的問題

慶陽市內煤炭、石油資源豐富，被確定為國家級能源化工基地，被甘肅省委、省政府定位為全省新的經濟增長極。但在資源開發利用上存在以下問題：（1）地處干旱地區，缺乏水資源；（2）基礎設施落后，工程建設條件差；（3）交通設施落后，公路運輸能力有限；（4）工業基礎落后，人才儲備不足。

甜砂煤炭礦區煤炭資源豐富，但其北部是神華寧煤煤炭生產基地，產量巨大，煤質與本礦區相似，以低階長陷煤為主；南部有彬長礦區，煤炭品質較本礦區優質，以弱粘煤、不粘煤為主，東部是陜北煤炭礦區。目前，在建的西銀鐵路為客運，所以煤炭向南北方向流通不現實，僅靠汽車運輸，成本較高，產品明顯不具備市場競爭力。東部是山區，無法運輸，只在西部規劃了環縣—固原諸家灣鐵路為貨運線。環縣至褚家灣鐵路全長 122.9km，其中甘肅境內82.6km，設計時速120km，以后既要運輸整個甜砂礦區的煤炭，鐵路運輸能力明顯一足。

甜砂礦區發展煤炭下游發電、化工等產業，又受制于水資源限制。目前慶陽市水務局向環縣砂井子

配置900萬方工業用水。僅中國大唐集團目前規劃的4×100萬kw的電廠都不夠用，更難以供應其它新型煤化工產業項目。

慶陽市資源勘查開發滯后、煤炭工業起步晚、工業基礎薄弱，煤炭開采及利用人才儲備不足，近幾年又面臨煤礦效益頓挫式下滑的嚴峻局面，對慶陽產業規劃帶來了新的挑戰。最近幾年頻頻“爆表”的霧霾給我們警示：所賴以生存的環境容量已經達到極限，煤炭轉化以控制煤炭利用造成的污染將成為創新發展的主要方向[1]。因此，甜砂礦區產業必須著眼于國家規劃，有效破解水資源困局，統籌考慮煤、電、化、冶、材綜合性利用產業鏈條，充分利用超臨界、超超臨界發電、煤炭多聯產、現代煤化工技術等先進技術[2]，創造煤炭資源開發和發展的有利條件，最終實現省內各地域協同發展的良好態勢。

2 管道輸煤綜合利用路徑研究

2.1 管道輸煤技術

管道輸煤是以水為載體，將洗選過的原煤經過破碎成細粒，與水混合形成一定濃度的水煤漿，通過自流或高壓泵將水煤漿壓入管道，煤漿到達終端后再經脫水處理后進行利用[2]。管道輸煤的流程如圖1所示：

圖1 管道輸煤流程圖

管道輸煤系統主要有三部分組成，超始站為制漿廠，中間站為管道與泵站，終端部為脫水裝置，管路輸煤過程中還要配套供電、供水、自動控制及通信設施。工程制漿廠的作用將煤磨制成粉煤與水混合制成水煤漿，是管道輸煤的龍頭。水煤漿有為高度煤漿、中度煤漿、超細超低灰煤漿、高中灰煤泥漿、超純煤漿、原煤煤漿、脫硫型水煤漿等幾種，選擇時應當充分考慮下游產品利用方向，開采出的原煤煤質、煤種特性，合理選擇制漿技術及工藝。同時在運輸過程中要嚴格控制，使水煤漿不發生沉淀和堵塞管道現象，漿液盡可能均勻，所以煤漿濃度、煤粉粒度及是決定煤漿運輸滑移效果和穩定性的重要參數[3]，盡合理選擇和優化。

管道輸煤一般都是遠距離輸送，必須充分利用起始點和終點的高差，合理布置管線和加壓泵站，正確進行泵站壓力計算，充分考慮管道直徑、韌性、強度、抗磨、抗腐蝕性等方面要求，以保證系統的穩定性。

終端脫水是將煤漿運到終端后，根據用戶需要或直接作為燃料或經二次研磨作為煤化工用煤，也可進行機械脫水，制成型煤再次進行運輸和使用。

2.2 水煤漿的利用方向

水煤漿是上世紀八十年代逐漸發展起來的一種高效率、流動性強、環保性好的流體燃料，易于裝卸，易于儲存，能夠像油一樣直接霧化燃燒，其用途可歸納為以下幾種：一是在鍋爐燃燒：在工業鍋爐、電站鍋爐、工業窯爐中作為燃料使用，可以取代石油和固體煤炭。該方法在國內電站、鋼水廠、煉化等企業投入應用，取得了一定的成功。水煤漿使用的是洗精煤，原煤中的矸石已經洗選掉，煤漿保證電站鍋爐連續、穩定、均衡,簡化了電廠的輸煤、制粉系統,降低能耗與成本。二是作為整體煤氣化聯合循環氣化工藝裝置的理想燃料[4]。原德士古氣化爐就是以水煤漿為氣化裝置的，該技術最先在山東魯南化肥廠得到應用，以后在上海焦化廠、首鋼等單位得到應用。但山東魯南化肥廠原德士古氣化水煤漿技術運行過程中發現水煤漿質量分數較低，難以適應神華集團低變質煤種，國家水煤漿工程技術研究中心進行科研攻關，研發了分級研磨級配制漿工藝技術，將質量分數高到65%，效益明顯。

近些年，水煤漿制漿煤種、氣化水煤漿、生物制漿技術過一步突破[5]，研發了“多破少磨、分級研磨”、“強化超細磨，加強攪拌、剪切”和“多磨機并聯、優化級配”等制漿工藝，創新了“生物質煤漿制備工藝技術”、“利用低階煤制備高濃度水煤漿的方法”、“多元料漿二次濕磨制漿工藝”等多項國家專利技術;同時衍生了褐煤煤漿、環保型水煤漿、生物質煤漿、低揮發分(石油焦)煤漿、氣化用煤漿、多元氣化料漿及速溶煤粉等，使水煤漿的制漿工藝與燃燒(氣化)應用技術有了長足發展[6]。

2.3 輸煤管道技術

1881年，輸煤管道技術第一疹在實驗室試驗成功。1957年，美國建成第一條從俄亥俄州的喬治城選煤廠至克利夫蘭電氣照明公司東湖電廠的輸煤管道。1970年美國建成了從亞利桑那州的黑邁沙煤礦至內華達州的莫哈夫電廠的輸煤管道，該管道全長440km、運煤量500萬t，主管道直徑0.455m，年裝機容量178萬kw，解決了莫哈夫電廠燃料煤供應

問題，成為煤漿管道運輸的典范。自上世紀90年代起，國內已經先后建成了7條漿體壓力輸送管道，在建1條煤漿管道項目——渭管道輸煤項目，詳見表1。該項目2011年由陜西煤業化工集團開工建設，管道由陜西榆林市神木紅柳林煤礦起始，終點到陜西渭南市蒲城縣煤化工產業園，計劃年運煤量1000萬t，管道全長727km，年用水量大約900萬t，年工作時間達7920h，輸送的是高濃度的水煤漿。終端水煤漿計劃300萬t作為作為化工用煤，送往部分送往蒲城煤制烯烴工廠，另有400百t煤炭脫水后作為動力煤轉給其他用用戶。剩余部分送往抵渭南市華縣工業園區和高新技術產業開發區，供下游醋酸、醋酐、甲醇和化肥生產裝置。據估算，噸煤運輸成本為88元，折算后為0.12元/t.km2。該項目建成后能夠實現下游電廠、化工廠、動力煤供應，減少了下游項目的建設成本，效益顯著[7]。

表1 國內漿體輸送管道

3 管道輸煤一體化綜合利用方向分析

本文提出管道輸煤一體化綜合利用思路，是從慶陽北部甜砂礦區向白銀規劃一條煤炭輸送管道，將甜砂礦區開采出的原煤在制漿廠進行洗精煤處理，轉化為水煤漿，輸送到劉川工業園區和白銀高新技術開發區，實現上游和下游一體化綜合利用。

1）動力煤外銷方向。將輸漿管路終接接入劉川工業園區。在園區場地內進行脫水廠脫水處理后，作為動力煤轉運給其他用戶，其原因如下：甜砂礦區煤炭的銷售外運主要為礦區西部。靖遠煤電集團公司、窯街煤電集團公司長年以來一直保障著蘭州白銀及其周邊的煤炭供應，現以上兩個礦區均資源趨于枯竭，隨著這條運煤管道的建成，將順利接替留白出來的市場空間，因為運輸距離短于新疆煤，寧夏煤，銷售價格有保障。

2）發電及化工用煤方向。將輸煤管接終端接入劉川工業園區和白銀高新技術開發區、依托園區規劃的煤電化總體規劃項目4×660mW自備電廠和化工產品聚氯乙烯、烯烴、丙烯晴等產品集中轉化利用。同時，依托工業集中區園區總體規劃實現煤電冶、煤建材等方向的綜合利用。白銀高新技術產業開發區地處蘭州、西寧、銀川三角區域的中心位置，距蘭州100km、白銀市18km、靖遠縣城15km、平川區5km。周邊有靖遠煤業集團、靖遠電廠、白銀公司、甘肅稀土集團等大中型企業，工業基礎雄厚，產業、技術、人才優勢明顯。劉川工業園區規劃面積50km2，地處靖遠縣劉川鄉吳家川，距白銀市25km、蘭州市100km、靖遠縣城15km，毗鄰中科院白銀高新技術產業園，被列為蘭白都市經濟圈重點功能區，已納入“蘭白一體化”區域經濟建設規劃，園區內交通便捷，水資源豐富，黃河流經白銀市258km2，過境平均流量329億m3，取水許可量達12.25億m3。該園區規劃有自備電廠和精細化工、煤化工等項目，省去了環縣煤炭下游利用項目的建設成本。

4 沙礦區管道輸煤一體化利用的特點

4.1 管道輸煤一體化利用的優勢

1）實現白銀和慶陽兩市形成資源優勢互補。慶陽多煤少水，而白銀恰好多水，存在潛在的巨量煤炭市場。煤化工、煤電產業是煤炭產業延伸增值的主流方向，但這兩個產業必須依水而建，量水而行。

2）充分原煤和用戶地理位置的天然高差優勢。甜砂礦區最高海撥為2200m，煤炭消費市場在白銀劉川工業園、高新技術開發區，兩地距離300多km2，海撥高差最高達800m，可以充分利用海撥高差

產生的勢能實現管道輸煤，節省投資，效果好。

3）增強環縣煤炭礦區低品質煤產品競爭優勢。水煤漿是未來煤炭清潔利用的主要方式[8]。白銀工業園區的煤炭下游用戶所需產品主要是煤電和煤化工項目的用煤，甜砂煤炭礦區的煤質符合要求。而管道輸煤首先要對原煤進行破碎、研磨制成水煤漿，煤的粒度要＜50mm，通過對首端制漿工藝設備選型，實現直接給下游銷售市場供水煤漿產品，省去用戶二次制漿。

4）是投資主體一致。甜砂煤炭礦區業主已經入駐，煤礦建設項目、管道輸煤建設項目、下游煤化工和煤電建設項目的投資主體是一家單位，也可以通過相互參股方式實現引入有實力的企業共同建設運營。這將提高原料、渠道、市場的靖遠煤業集團信息溝通和協調能力，有利于項目從設計、論證、建設、投運的協調一致，確保信息暢通。

5）是管道輸煤有可借鑒項目。由陜煤化集團投資建設的神渭管道輸煤項目，已完成立項審批，項目預計2016年建成使用，為項目建設提供了成功的、可借鑒的典范。

6）是管道的輸水功能可以成為沿路的戰略抗旱儲備，提高管路通過區域的抗災能力。西海固和環縣都是干旱地區，這條管路的修建，可以在遇到極端惡劣的旱災時，輸水救災，緩解旱情。

7）技術經濟優勢明顯。一是對地形適應性強。按管線敷設技術要求：管道線路鋪設的最大坡度可達16%,而鐵路坡度最要坡度僅為3%,因而管道線路靈活性大。使用的土方工程量要少得多，二是占地少。我國鐵路線路標準軌距為1.435m，占地面積1.67hm2/km2；而輸煤管道除首端、終端、中間泵站外，其它管線均是埋于凍土層以下，施工時僅臨時占用土地，施工后土地可繼續耕種，土地資源的占用率很小。三是管道的建材用量少。管道輸煤地面設施少。耗鋼量比鐵路少40%左右，建設施工快。

8）環保優勢明顯。煤炭采用鐵路和公路運輸時，會產生汽車尾氣及二次揚塵，產生的煤塵、二氧化硫、氮氧化物擴散到大氣中，造成大氣污染；管道運輸采用密閉輸送，避免以上問題的，環保效益明顯；水煤漿燃料是洗精煤，燃燒過程中釋放的硫化物、氮氧化物明顯低于固體煤。輸煤管道正常運行的情況下，其所經地區的地表植被、農作物可正常生長，不會對地表環境和地下資源造成破壞。

4.2 管道輸煤存在的問題

1）水資源供應問題。管道輸煤要實現制漿和配漿，需水量大，據統計平均每天用水量達2萬方水。慶陽市是一個水資源極度貧乏的地區，水資源短缺是困擾全市經濟發展的最大瓶頸之一。慶陽市委、市政府從“十二五”開始，就謀劃建設蒲河小盤河水庫及供水工程、、巴家咀水庫新增調蓄工程、馬蓮河水利樞紐工程等項目，但水資源能否為項目實施提供有效還需要上下游協調統一論證。

2）技術問題。管道輸煤在國際上有成功的先例，國內已經先后建成了七條漿體壓力輸送管道，大部分為鐵精礦輸送，1條為黑山管道輸煤，基本已建成，但沒有長期穩定運營的經驗，需要進一步觀測其運營情況。

5 結束語

甜砂礦區管道輸煤一體化綜合利用路徑是一種全新的思路，利用管道輸煤將甜砂礦區的煤制成水煤漿，輸送到高新技術開發區、劉川工業園區，實現煤炭資料的分級、分質、環保、清潔高效利用。運輸方式的是一種安全高效、潔凈環保、節能省地的運輸方式。利用方式可以實現甘肅東部、中部協同發展、上下游產品一體化綜合利用，經濟效益顯著。

水煤漿技術作為氣化原料和煤基清潔燃料，經歷了30余年的研究和實踐，已進入推廣階段。針對隴東甜砂煤區低階煙煤的特質，生產高濃度水煤漿工藝，具有十分廣泛的應用價值，值得進一步探討。

[1]代生福，李永峰.我國經濟新常態背景下的煤炭企業發展戰略[J].能源技術與管理，2015，40（6）：190-193.

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TD52

甘肅省慶陽市科技局項目（隴東煤田低階煤高效轉化技術路徑研究KZ2014-29）; 甘肅省高校科研項目（隴東厚黃土層下深井開采熱害特性分析及研究2014B-092）。