余 嵐，楊慶峰，路興義，鄭 超，吳奮超

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

甜砂礦區(qū)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(xué)院，甘肅 慶陽745000；2.華能集團(tuán)核桃峪煤礦，甘肅 慶陽745000；3.甘肅靖遠(yuǎn)煤電股份有限公司，甘肅 白銀730913）

甜砂礦區(qū)是慶陽北部主要的煤炭富集區(qū)，是隴東國家能源化工基地的重要依托區(qū)域，本文分析了甜砂礦區(qū)煤炭開發(fā)利用存在缺水、交通不便、煤質(zhì)差等問題，論述了管道輸煤、水煤漿技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，提出了管道輸煤一體化綜合利用思路，即將甜砂礦區(qū)產(chǎn)出的原煤，通過管道輸送至劉川工業(yè)園區(qū)、白銀高新技術(shù)區(qū)，實現(xiàn)上下游一體化綜合轉(zhuǎn)化利用，論文進(jìn)一少分析了項目建設(shè)的優(yōu)勢和面臨的困難，得出可行性結(jié)論，論文思路新穎，項目經(jīng)濟(jì)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(qū)是指隴東地區(qū)甜水堡和砂井子礦區(qū)，隸屬于甘肅省慶陽市環(huán)縣甜水堡，是隴東國家能源化工基地的重要依托區(qū)域，區(qū)內(nèi)煤炭資源豐富，甜水堡和砂井子兩個煤炭礦區(qū)地質(zhì)資源量76.27億t（其中砂井子礦區(qū)57.38億t，甜水堡礦區(qū)19.39億t），目前在甜砂礦區(qū)規(guī)劃了6個礦井，規(guī)劃總產(chǎn)量1960萬t，其中砂井子礦區(qū)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(chǎn)量1690萬t；甜水堡1、2號礦井，總產(chǎn)量270萬t。

“…慶陽煤炭資源占甘肅省預(yù)測儲量度96%…”，“…隴東是未受破壞的整裝煤田，具備建設(shè)國家級大型煤炭基地億級噸礦區(qū)的條件，九大煤田已由地質(zhì)勘察轉(zhuǎn)入開發(fā)建設(shè)階段…”，這些消息曾經(jīng)使慶陽老區(qū)人民為之興奮，緊鑼密鼓地進(jìn)行隴東能源化工基地的論證、規(guī)劃、建設(shè)當(dāng)中。但是，2014年以來我國宏觀經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)入新常態(tài)，化解煤炭、鋼鐵過剩產(chǎn)能成為調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，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(huán)保法——史上最嚴(yán)厲的環(huán)保法。2015年5月國家能源局發(fā)布發(fā)《煤炭清潔高效利用行動計劃(2015-2020)》文件，對使煤炭生產(chǎn)、加工利用提出了更加嚴(yán)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(chǎn)基地必須面對的課題，煤炭清潔開發(fā)利用究竟走哪種路線，才能真正實現(xiàn)隴東煤炭資源優(yōu)勢向經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢的轉(zhuǎn)化，這些都需要要科學(xué)研判、認(rèn)真謀定。

1 甜砂礦區(qū)開發(fā)利用存在的問題

慶陽市內(nèi)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(jīng)濟(jì)增長極。但在資源開發(fā)利用上存在以下問題：（1）地處干旱地區(qū)，缺乏水資源；（2）基礎(chǔ)設(shè)施落后，工程建設(shè)條件差；（3）交通設(shè)施落后，公路運輸能力有限；（4）工業(yè)基礎(chǔ)落后，人才儲備不足。

甜砂煤炭礦區(qū)煤炭資源豐富，但其北部是神華寧煤煤炭生產(chǎn)基地，產(chǎn)量巨大，煤質(zhì)與本礦區(qū)相似，以低階長陷煤為主；南部有彬長礦區(qū)，煤炭品質(zhì)較本礦區(qū)優(yōu)質(zhì)，以弱粘煤、不粘煤為主，東部是陜北煤炭礦區(qū)。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(xiàn)實，僅靠汽車運輸，成本較高，產(chǎn)品明顯不具備市場競爭力。東部是山區(qū)，無法運輸，只在西部規(guī)劃了環(huán)縣—固原諸家灣鐵路為貨運線。環(huán)縣至褚家灣鐵路全長 122.9km，其中甘肅境內(nèi)82.6km，設(shè)計時速120km，以后既要運輸整個甜砂礦區(qū)的煤炭，鐵路運輸能力明顯一足。

甜砂礦區(qū)發(fā)展煤炭下游發(fā)電、化工等產(chǎn)業(yè)，又受制于水資源限制。目前慶陽市水務(wù)局向環(huán)縣砂井子

配置900萬方工業(yè)用水。僅中國大唐集團(tuán)目前規(guī)劃的4×100萬kw的電廠都不夠用，更難以供應(yīng)其它新型煤化工產(chǎn)業(yè)項目。

慶陽市資源勘查開發(fā)滯后、煤炭工業(yè)起步晚、工業(yè)基礎(chǔ)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(yán)峻局面，對慶陽產(chǎn)業(yè)規(guī)劃帶來了新的挑戰(zhàn)。最近幾年頻頻“爆表”的霧霾給我們警示：所賴以生存的環(huán)境容量已經(jīng)達(dá)到極限，煤炭轉(zhuǎn)化以控制煤炭利用造成的污染將成為創(chuàng)新發(fā)展的主要方向[1]。因此，甜砂礦區(qū)產(chǎn)業(yè)必須著眼于國家規(guī)劃，有效破解水資源困局，統(tǒng)籌考慮煤、電、化、冶、材綜合性利用產(chǎn)業(yè)鏈條，充分利用超臨界、超超臨界發(fā)電、煤炭多聯(lián)產(chǎn)、現(xiàn)代煤化工技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)[2]，創(chuàng)造煤炭資源開發(fā)和發(fā)展的有利條件，最終實現(xiàn)省內(nèi)各地域協(xié)同發(fā)展的良好態(tài)勢。

2 管道輸煤綜合利用路徑研究

2.1 管道輸煤技術(shù)

管道輸煤是以水為載體，將洗選過的原煤經(jīng)過破碎成細(xì)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(dá)終端后再經(jīng)脫水處理后進(jìn)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(tǒng)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(shè)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(xì)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(yīng)當(dāng)充分考慮下游產(chǎn)品利用方向，開采出的原煤煤質(zhì)、煤種特性，合理選擇制漿技術(shù)及工藝。同時在運輸過程中要嚴(yán)格控制，使水煤漿不發(fā)生沉淀和堵塞管道現(xiàn)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(wěn)定性的重要參數(shù)[3]，盡合理選擇和優(yōu)化。

管道輸煤一般都是遠(yuǎn)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(jìn)行泵站壓力計算，充分考慮管道直徑、韌性、強(qiáng)度、抗磨、抗腐蝕性等方面要求，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

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

2.2 水煤漿的利用方向

水煤漿是上世紀(jì)八十年代逐漸發(fā)展起來的一種高效率、流動性強(qiáng)、環(huán)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(yè)鍋爐、電站鍋爐、工業(yè)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(nèi)電站、鋼水廠、煉化等企業(yè)投入應(yīng)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(jīng)洗選掉，煤漿保證電站鍋爐連續(xù)、穩(wěn)定、均衡,簡化了電廠的輸煤、制粉系統(tǒng),降低能耗與成本。二是作為整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)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(shù)最先在山東魯南化肥廠得到應(yīng)用，以后在上海焦化廠、首鋼等單位得到應(yīng)用。但山東魯南化肥廠原德士古氣化水煤漿技術(shù)運行過程中發(fā)現(xiàn)水煤漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低，難以適應(yīng)神華集團(tuán)低變質(zhì)煤種，國家水煤漿工程技術(shù)研究中心進(jìn)行科研攻關(guān)，研發(fā)了分級研磨級配制漿工藝技術(shù)，將質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(shù)過一步突破[5]，研發(fā)了“多破少磨、分級研磨”、“強(qiáng)化超細(xì)磨，加強(qiáng)攪拌、剪切”和“多磨機(jī)并聯(lián)、優(yōu)化級配”等制漿工藝，創(chuàng)新了“生物質(zhì)煤漿制備工藝技術(shù)”、“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(shù);同時衍生了褐煤煤漿、環(huán)保型水煤漿、生物質(zhì)煤漿、低揮發(fā)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(yīng)用技術(shù)有了長足發(fā)展[6]。

2.3 輸煤管道技術(shù)

1881年，輸煤管道技術(shù)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(nèi)華達(dá)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(jī)容量178萬kw，解決了莫哈夫電廠燃料煤供應(yīng)

問題，成為煤漿管道運輸?shù)牡浞?。自上世紀(jì)90年代起，國內(nèi)已經(jīng)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(yè)化工集團(tuán)開工建設(shè)，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(chǎn)業(yè)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(dá)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(zhuǎn)給其他用用戶。剩余部分送往抵渭南市華縣工業(yè)園區(qū)和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)，供下游醋酸、醋酐、甲醇和化肥生產(chǎn)裝置。據(jù)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?qū)崿F(xiàn)下游電廠、化工廠、動力煤供應(yīng)，減少了下游項目的建設(shè)成本，效益顯著[7]。

表1 國內(nèi)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(qū)向白銀規(guī)劃一條煤炭輸送管道，將甜砂礦區(qū)開采出的原煤在制漿廠進(jìn)行洗精煤處理，轉(zhuǎn)化為水煤漿，輸送到劉川工業(yè)園區(qū)和白銀高新技術(shù)開發(fā)區(qū)，實現(xiàn)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(yè)園區(qū)。在園區(qū)場地內(nèi)進(jìn)行脫水廠脫水處理后，作為動力煤轉(zhuǎn)運給其他用戶，其原因如下：甜砂礦區(qū)煤炭的銷售外運主要為礦區(qū)西部。靖遠(yuǎn)煤電集團(tuán)公司、窯街煤電集團(tuán)公司長年以來一直保障著蘭州白銀及其周邊的煤炭供應(yīng)，現(xiàn)以上兩個礦區(qū)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(fā)電及化工用煤方向。將輸煤管接終端接入劉川工業(yè)園區(qū)和白銀高新技術(shù)開發(fā)區(qū)、依托園區(qū)規(guī)劃的煤電化總體規(guī)劃項目4×660mW自備電廠和化工產(chǎn)品聚氯乙烯、烯烴、丙烯晴等產(chǎn)品集中轉(zhuǎn)化利用。同時，依托工業(yè)集中區(qū)園區(qū)總體規(guī)劃實現(xiàn)煤電冶、煤建材等方向的綜合利用。白銀高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)地處蘭州、西寧、銀川三角區(qū)域的中心位置，距蘭州100km、白銀市18km、靖遠(yuǎn)縣城15km、平川區(qū)5km。周邊有靖遠(yuǎn)煤業(yè)集團(tuán)、靖遠(yuǎn)電廠、白銀公司、甘肅稀土集團(tuán)等大中型企業(yè)，工業(yè)基礎(chǔ)雄厚，產(chǎn)業(yè)、技術(shù)、人才優(yōu)勢明顯。劉川工業(yè)園區(qū)規(guī)劃面積50km2，地處靖遠(yuǎn)縣劉川鄉(xiāng)吳家川，距白銀市25km、蘭州市100km、靖遠(yuǎn)縣城15km，毗鄰中科院白銀高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)園，被列為蘭白都市經(jīng)濟(jì)圈重點功能區(qū)，已納入“蘭白一體化”區(qū)域經(jīng)濟(jì)建設(shè)規(guī)劃，園區(qū)內(nèi)交通便捷，水資源豐富，黃河流經(jīng)白銀市258km2，過境平均流量329億m3，取水許可量達(dá)12.25億m3。該園區(qū)規(guī)劃有自備電廠和精細(xì)化工、煤化工等項目，省去了環(huán)縣煤炭下游利用項目的建設(shè)成本。

4 沙礦區(qū)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(yōu)勢

1）實現(xiàn)白銀和慶陽兩市形成資源優(yōu)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(chǎn)業(yè)是煤炭產(chǎn)業(yè)延伸增值的主流方向，但這兩個產(chǎn)業(yè)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(yōu)勢。甜砂礦區(qū)最高海撥為2200m，煤炭消費市場在白銀劉川工業(yè)園、高新技術(shù)開發(fā)區(qū)，兩地距離300多km2，海撥高差最高達(dá)800m，可以充分利用海撥高差

產(chǎn)生的勢能實現(xiàn)管道輸煤，節(jié)省投資，效果好。

3）增強(qiáng)環(huán)縣煤炭礦區(qū)低品質(zhì)煤產(chǎn)品競爭優(yōu)勢。水煤漿是未來煤炭清潔利用的主要方式[8]。白銀工業(yè)園區(qū)的煤炭下游用戶所需產(chǎn)品主要是煤電和煤化工項目的用煤，甜砂煤炭礦區(qū)的煤質(zhì)符合要求。而管道輸煤首先要對原煤進(jìn)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(shè)備選型，實現(xiàn)直接給下游銷售市場供水煤漿產(chǎn)品，省去用戶二次制漿。

4）是投資主體一致。甜砂煤炭礦區(qū)業(yè)主已經(jīng)入駐，煤礦建設(shè)項目、管道輸煤建設(shè)項目、下游煤化工和煤電建設(shè)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(xiàn)引入有實力的企業(yè)共同建設(shè)運營。這將提高原料、渠道、市場的靖遠(yuǎn)煤業(yè)集團(tuán)信息溝通和協(xié)調(diào)能力，有利于項目從設(shè)計、論證、建設(shè)、投運的協(xié)調(diào)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(tuán)投資建設(shè)的神渭管道輸煤項目，已完成立項審批，項目預(yù)計2016年建成使用，為項目建設(shè)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(zhàn)略抗旱儲備，提高管路通過區(qū)域的抗災(zāi)能力。西海固和環(huán)縣都是干旱地區(qū)，這條管路的修建，可以在遇到極端惡劣的旱災(zāi)時，輸水救災(zāi)，緩解旱情。

7）技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢明顯。一是對地形適應(yīng)性強(qiáng)。按管線敷設(shè)技術(shù)要求：管道線路鋪設(shè)的最大坡度可達(dá)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(biāo)準(zhǔn)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(xù)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(shè)施少。耗鋼量比鐵路少40%左右，建設(shè)施工快。

8）環(huán)保優(yōu)勢明顯。煤炭采用鐵路和公路運輸時，會產(chǎn)生汽車尾氣及二次揚塵，產(chǎn)生的煤塵、二氧化硫、氮氧化物擴(kuò)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(huán)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(jīng)地區(qū)的地表植被、農(nóng)作物可正常生長，不會對地表環(huán)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(yīng)問題。管道輸煤要實現(xiàn)制漿和配漿，需水量大，據(jù)統(tǒng)計平均每天用水量達(dá)2萬方水。慶陽市是一個水資源極度貧乏的地區(qū)，水資源短缺是困擾全市經(jīng)濟(jì)發(fā)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(shè)蒲河小盤河水庫及供水工程、、巴家咀水庫新增調(diào)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(xié)調(diào)統(tǒng)一論證。

2）技術(shù)問題。管道輸煤在國際上有成功的先例，國內(nèi)已經(jīng)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(wěn)定運營的經(jīng)驗，需要進(jìn)一步觀測其運營情況。

5 結(jié)束語

甜砂礦區(qū)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(qū)的煤制成水煤漿，輸送到高新技術(shù)開發(fā)區(qū)、劉川工業(yè)園區(qū)，實現(xiàn)煤炭資料的分級、分質(zhì)、環(huán)保、清潔高效利用。運輸方式的是一種安全高效、潔凈環(huán)保、節(jié)能省地的運輸方式。利用方式可以實現(xiàn)甘肅東部、中部協(xié)同發(fā)展、上下游產(chǎn)品一體化綜合利用，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

水煤漿技術(shù)作為氣化原料和煤基清潔燃料，經(jīng)歷了30余年的研究和實踐，已進(jìn)入推廣階段。針對隴東甜砂煤區(qū)低階煙煤的特質(zhì)，生產(chǎn)高濃度水煤漿工藝，具有十分廣泛的應(yīng)用價值，值得進(jìn)一步探討。

[1]代生福，李永峰.我國經(jīng)濟(jì)新常態(tài)背景下的煤炭企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略[J].能源技術(shù)與管理，2015，40（6）：190-193.

[2]李璐.管道輸煤概況及其環(huán)境效益[J].工業(yè)技術(shù)，2013，（27）：145.

[3]魏亞玲，孟獻(xiàn)梁，陶二玉，趙中熙.低階煤水煤漿制備技術(shù)與工藝研究現(xiàn)狀及前景[J].潔凈煤技術(shù)，2014，20（6）：60-63.

[4]楊恩福.水煤漿的開發(fā)利用與運輸[J].科技傳播，2013，1（上）：168-169.

[5]賈傳凱，王燕芳，王秀月，詹隆.水煤漿技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展趨勢.煤炭加工與綜合利用[J].煤炭加工與綜合利用，2011（4）:55-57.

[6]高宇龍.中國水煤漿制備技術(shù)的發(fā)展[J].潔凈煤技術(shù)，2012，18（5）：56-59.

[7]韓兵.管道輸煤現(xiàn)狀及黑山煤礦管道輸煤可行性分析[J].煤炭經(jīng)濟(jì)研究，2014，30（7）：74-76.

[8]劉建林.我國煤炭運輸面臨革命管道輸煤時代即將來臨[N].中國青年，2003-07-03.

TD52

甘肅省慶陽市科技局項目（隴東煤田低階煤高效轉(zhuǎn)化技術(shù)路徑研究KZ2014-29）; 甘肅省高?？蒲许椖浚]東厚黃土層下深井開采熱害特性分析及研究2014B-092）。