王 超

(中煤西安設(shè)計(jì)工程有限責(zé)任公司，陜西 西安 710054)

牛家梁煤炭集運(yùn)有限責(zé)任公司隸屬于陜西榆林能源集團(tuán)煤炭運(yùn)銷公司，生產(chǎn)能力為3.0 Mt/a。牛家梁煤炭集運(yùn)站位于榆神礦區(qū)南部邊界，榆林市北約12 km的牛家梁鎮(zhèn)。該集運(yùn)站負(fù)責(zé)收集周邊煤礦原煤的外運(yùn)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(fā)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(fā)熱量的不黏煤及長(zhǎng)焰煤，是良好的動(dòng)力用煤及氣化、液化等化工工業(yè)原料用煤[1-2]。

牛家梁煤炭集運(yùn)站生產(chǎn)情況為：周邊煤礦來煤采用40 t自卸卡車進(jìn)行運(yùn)輸，自卸卡車駛?cè)雸?chǎng)地后，直接將煤卸載至火車卸煤臺(tái)露天堆放。原有火車卸煤臺(tái)長(zhǎng)860 m，寬55 m，周圍設(shè)防風(fēng)抑塵網(wǎng)。裝火車時(shí)，由裝載機(jī)直接將卸煤臺(tái)露天儲(chǔ)煤裝至火車上，進(jìn)行外運(yùn)。目前牛家梁煤炭集運(yùn)站的受煤、儲(chǔ)煤和裝車形式生產(chǎn)效率較低，安全隱患大，煤塵污染嚴(yán)重，既不滿足國家環(huán)保要求，也不利于企業(yè)的發(fā)展。

1 環(huán)保技術(shù)改造的必要性

1.1 現(xiàn)代煤炭物流發(fā)展的需要

發(fā)展現(xiàn)代煤炭物流，建立煤炭應(yīng)急儲(chǔ)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(jìn)煤炭物流規(guī)模化、集約化發(fā)展。目前，我國煤炭資源開發(fā)重點(diǎn)已向西部加速轉(zhuǎn)移，煤炭資源的分布和消費(fèi)情況必然使我國煤炭的調(diào)運(yùn)量增大，而傳統(tǒng)的煤炭運(yùn)輸機(jī)械化、自動(dòng)化程度低，煤炭運(yùn)營(yíng)成本較高，無形之中增加了煤炭銷售成本，影響了煤炭行業(yè)的整體效益。因此，建設(shè)大型現(xiàn)代化的煤炭集運(yùn)站，有利于推進(jìn)現(xiàn)代煤炭物流業(yè)發(fā)展，優(yōu)化煤炭產(chǎn)業(yè)布局，實(shí)現(xiàn)煤炭產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

1.2 穩(wěn)定煤質(zhì)和市場(chǎng)的需要

隨著煤炭市場(chǎng)的不斷變化，用戶的需求日益提高，部分礦井后期煤質(zhì)變差，沒有用戶，只有建設(shè)煤炭物流集運(yùn)站，將不同煤質(zhì)的原煤分開儲(chǔ)存，通過配煤來穩(wěn)定煤質(zhì)，站穩(wěn)產(chǎn)品市場(chǎng)。

1.3 減少運(yùn)輸成本，提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力

國家對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求越來越高，對(duì)公路運(yùn)輸嚴(yán)格限制超重、超載，公路運(yùn)輸成本不斷加大，運(yùn)輸成本已成為制約煤炭經(jīng)濟(jì)進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸。如不改善運(yùn)輸條件，減少短途損耗和降低運(yùn)輸成本，企業(yè)參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的能力必然降低。因此，能否減少產(chǎn)品的成本投入，提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，將決定煤炭企業(yè)的前途和命運(yùn)。

2 生產(chǎn)系統(tǒng)環(huán)保技術(shù)改造方案

集運(yùn)站的受煤、儲(chǔ)煤和裝車方式?jīng)Q定著生產(chǎn)系統(tǒng)的布置形式以及生產(chǎn)效率。因此在確定集運(yùn)站改造方案之前，必須對(duì)各種受煤、儲(chǔ)煤和裝車方式逐一比較，以確定最佳設(shè)計(jì)方案[3-4]。

2.1 受煤、儲(chǔ)煤系統(tǒng)

根據(jù)鐵路牽引質(zhì)量、集運(yùn)站設(shè)計(jì)規(guī)模，依據(jù)GB 50359—2016《煤炭洗選工程設(shè)計(jì)規(guī)范》[5]規(guī)定，牛家梁煤炭集運(yùn)站生產(chǎn)系統(tǒng)所設(shè)的煤炭緩沖存儲(chǔ)容量宜不小于4萬t。結(jié)合目前常用的受煤、存儲(chǔ)形式，可采用汽車受煤坑加圓筒倉、汽車儲(chǔ)煤封閉式儲(chǔ)煤場(chǎng)、汽車受煤坑加封閉式儲(chǔ)煤場(chǎng)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(yùn)至汽車受煤坑卸載后，由受煤坑下給煤機(jī)將煤轉(zhuǎn)載至帶式輸送機(jī)[7]上運(yùn)至圓筒倉上，再通過倉上帶式輸送機(jī)進(jìn)行配倉儲(chǔ)存。裝車時(shí)由倉下給煤機(jī)將煤給到裝車帶式輸送機(jī)上，運(yùn)至鐵路快速裝車站裝火車外運(yùn)。

2.1.2 汽車儲(chǔ)煤封閉式儲(chǔ)煤場(chǎng)

外來煤由自卸車直接運(yùn)至封閉式儲(chǔ)煤場(chǎng)內(nèi)進(jìn)行卸載，就地堆放儲(chǔ)存。裝火車時(shí)由推煤機(jī)將煤推入封閉式儲(chǔ)煤場(chǎng)內(nèi)回煤漏斗內(nèi)，通過回煤漏斗下設(shè)的給煤機(jī)將煤給到回煤帶式輸送機(jī)上，再運(yùn)至鐵路快速裝車站裝火車外運(yùn)。

2.1.3 汽車受煤坑加封閉式儲(chǔ)煤場(chǎng)

外來煤由自卸車運(yùn)至汽車受煤坑卸載后，由受煤坑下給煤機(jī)轉(zhuǎn)載至帶式輸送機(jī)上，再將煤運(yùn)至封閉式儲(chǔ)煤場(chǎng)，通過配煤帶式輸送機(jī)并結(jié)合犁式卸料器進(jìn)行配煤儲(chǔ)存。裝火車時(shí)由推煤機(jī)將煤推入封閉式儲(chǔ)煤場(chǎng)內(nèi)回煤漏斗內(nèi)，再通過回煤漏斗下設(shè)的給煤機(jī)將煤給到回煤帶式輸送機(jī)上，運(yùn)至鐵路快速裝車站裝火車外運(yùn)。

三種常用的受煤、儲(chǔ)煤方式對(duì)比見表1。

表1 三種常用的受煤、儲(chǔ)煤方式對(duì)比

由于集運(yùn)站環(huán)保技術(shù)改造生產(chǎn)系統(tǒng)西側(cè)緊臨包西鐵路，且距榆林市僅12 km，考慮整體規(guī)劃、環(huán)保和項(xiàng)目審批等因素認(rèn)為，汽車受煤坑加圓筒倉方案的受煤系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，汽車作業(yè)時(shí)間短、效率高，且儲(chǔ)煤、回煤無需輔助設(shè)備、儲(chǔ)煤對(duì)周圍無揚(yáng)塵、噪聲污染小，可靠性高，并且依據(jù)來煤種類的不同可進(jìn)行多品種儲(chǔ)煤，生產(chǎn)管理方便、靈活，確定為環(huán)保技術(shù)改造受煤、儲(chǔ)煤系統(tǒng)的最終方案[8-9]。

2.2 裝車系統(tǒng)

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

2.2.1 鐵路快速定量裝車系統(tǒng)

鐵路快速定量裝車系統(tǒng)是一種技術(shù)先進(jìn)且目前常用的鐵路列車裝載煤炭的裝車方式，它集機(jī)械、液壓、監(jiān)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(tǒng)具有以下特點(diǎn)：

(1) 裝車速度快。單節(jié)車皮裝車時(shí)間約40～60 s。

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

(3) 自動(dòng)化程度高?？蓪?shí)現(xiàn)自動(dòng)、半自動(dòng)和手動(dòng)裝車，具有能連續(xù)自動(dòng)給煤、自動(dòng)稱重裝車、自動(dòng)三級(jí)取樣、自動(dòng)故障檢測(cè)、裝車清單自動(dòng)打印和計(jì)算機(jī)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(tǒng)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(jī)的運(yùn)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(dòng)裝車模式。該裝車方式效率低、裝車規(guī)模小、裝車精度差，但卻具有投資低、塊煤裝車時(shí)不易“過粉碎”等特點(diǎn)。但是，針對(duì)該改造項(xiàng)目要求裝車時(shí)間短、裝車效率及精度要求高、裝車量大的特點(diǎn)，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(tǒng)

跨線筒倉配定量倉裝車系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)在于筒倉定量裝火車時(shí)對(duì)上筒倉的裝車帶式輸送機(jī)作業(yè)要求較低，可實(shí)現(xiàn)裝車和上煤分別作業(yè)。然而此種裝車方式無法實(shí)現(xiàn)多品種煤分別裝火車的要求，且造價(jià)高昂、輸送機(jī)爬高大、需要占用的場(chǎng)地面積也大，故該改造項(xiàng)目也不宜采用。

通過以上比較，鐵路快速定量裝車系統(tǒng)可作為環(huán)保技術(shù)改造裝車系統(tǒng)的最終方案。

3 工藝系統(tǒng)布置及優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1 受煤系統(tǒng)

根據(jù)集運(yùn)站設(shè)計(jì)規(guī)模及系統(tǒng)生產(chǎn)能力的計(jì)算，并考慮集裝站工作時(shí)間的靈活性，參考GB 50197—2015《煤炭工業(yè)露天礦設(shè)計(jì)規(guī)范》[10]規(guī)定，關(guān)于間斷或半連續(xù)開采工藝生產(chǎn)系統(tǒng)能力確定，受煤系統(tǒng)中卸車臺(tái)位數(shù)可按以下公式計(jì)算[11]：

鑒于汽車來煤的生產(chǎn)特點(diǎn)，卸煤、儲(chǔ)煤工作可按每天10 h工作制組織生產(chǎn)，自卸卡車卸車時(shí)間2 min，調(diào)車等待3 min，合計(jì)一次循環(huán)作業(yè)時(shí)間為5 min。

則所需的卸車臺(tái)數(shù)：

根據(jù)以上計(jì)算，并考慮集裝站工作時(shí)間的靈活性，設(shè)計(jì)卸車臺(tái)數(shù)為4臺(tái)，采用通過式卸車形式。

結(jié)合目前榆林地區(qū)汽車受煤的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)針對(duì)傳統(tǒng)的通過式汽車受煤坑進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)：

(1)布置汽車受煤坑場(chǎng)地時(shí)，應(yīng)增加兩側(cè)的回車區(qū)域，使汽車受煤坑兩側(cè)均可滿足自卸車或側(cè)卸車的調(diào)車要求。

(2)汽車受煤坑采用網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，卸煤場(chǎng)地中間不設(shè)土建結(jié)構(gòu)，可同時(shí)滿足自卸車和側(cè)卸車同時(shí)卸車的需求，增加了系統(tǒng)的靈活性。

3.2 儲(chǔ)煤系統(tǒng)

根據(jù)最終確定的儲(chǔ)煤方案，牛家梁煤炭集運(yùn)站儲(chǔ)煤系統(tǒng)采用4個(gè)φ22 m的圓筒倉，單個(gè)儲(chǔ)量1萬t，在便于分品種儲(chǔ)煤的同時(shí)也滿足了火車裝車的緩沖容量?？紤]到系統(tǒng)的靈活性，倉上采用2臺(tái)可逆移動(dòng)配倉帶式輸送機(jī)進(jìn)行配倉，可一用一備，也可同時(shí)工作[12]。

結(jié)合項(xiàng)目環(huán)保技術(shù)改造的要求，設(shè)計(jì)針對(duì)儲(chǔ)煤筒倉進(jìn)行了優(yōu)化：

(1)在2臺(tái)可逆移動(dòng)配倉帶式輸送機(jī)上增加帶蓋裝置。該裝置通過拉緊、導(dǎo)輥、膠帶等裝置，布置在配倉層可逆移動(dòng)配倉帶式輸送機(jī)導(dǎo)軌內(nèi)側(cè)，并覆蓋在筒倉的卸料孔上。當(dāng)可逆移動(dòng)配倉帶式輸送機(jī)移動(dòng)并卸料時(shí)，膠帶也隨之移動(dòng)，從而有效地抑制了配倉時(shí)產(chǎn)生的揚(yáng)塵。

(2)塊煤在筒倉儲(chǔ)煤過程中，產(chǎn)品煤易碎，無法滿足客戶需求，因此在塊煤倉內(nèi)設(shè)置了緩沖裝置來降低產(chǎn)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(duì)比見表2。鑒于牛家梁煤炭集運(yùn)站儲(chǔ)煤筒倉上無法預(yù)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(shè)計(jì)方案，但是倉壁大螺旋溜槽結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，處理能力大，且可預(yù)留后期擴(kuò)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(biāo)準(zhǔn)段。過渡段底板傾角為0～25°、外螺旋直徑為10 000 mm；標(biāo)準(zhǔn)段底板傾角為25°、外螺旋直徑為21 900 mm，過渡段和標(biāo)準(zhǔn)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(chǔ)煤筒倉側(cè)壁增加一部檢修電梯，以方便設(shè)備檢修與人員通行。

3.3 驅(qū)動(dòng)裝置

目前常用的軟啟動(dòng)裝置有：Y型電動(dòng)機(jī)+液力偶合器+減速器、CST可控驅(qū)動(dòng)裝置、液體黏性軟啟動(dòng)裝置、變頻軟啟動(dòng)裝置、永磁同步變頻電機(jī)等。針對(duì)集運(yùn)站的工作特性，設(shè)計(jì)在確定帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)方式時(shí)進(jìn)行了優(yōu)化和對(duì)比：

(1)汽車受煤坑至儲(chǔ)煤筒倉帶式輸送機(jī)、裝車帶式輸送機(jī)因其功率較大，且輸送機(jī)輸送量需根據(jù)系統(tǒng)的需求靈活進(jìn)行調(diào)整，所以宜采用“變頻軟啟動(dòng)”的驅(qū)動(dòng)方式。此驅(qū)動(dòng)方式性能優(yōu)良，啟動(dòng)、停車時(shí)速度曲線線性可控，電氣制動(dòng)性能好，可無極變速，可控性能優(yōu)良，可做閉環(huán)控制，可靠性高。

(2)其他功率(≤200 kW)的驅(qū)動(dòng)裝置可采用“Y型電動(dòng)機(jī)+液力偶合器+減速器”的形式。此驅(qū)動(dòng)方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠，無機(jī)械磨損，能在環(huán)境惡劣的條件下工作，無需特殊維護(hù)，使用壽命長(zhǎng)。

3.4 相關(guān)輔助設(shè)施

(1)牛家梁煤炭集運(yùn)站原生產(chǎn)系統(tǒng)卸煤、儲(chǔ)煤和裝車環(huán)節(jié)為露天設(shè)置，無需采暖，而辦公生活區(qū)供暖采用燃煤鍋爐。針對(duì)環(huán)保技術(shù)改造的要求以及國家環(huán)保政策，設(shè)計(jì)應(yīng)采用天然氣蒸汽鍋爐作為集運(yùn)站工業(yè)場(chǎng)地的供熱熱源。

(2)為了減少系統(tǒng)內(nèi)粉塵污染，設(shè)計(jì)應(yīng)在汽車受煤坑、轉(zhuǎn)載點(diǎn)、儲(chǔ)煤筒倉、火車快速裝車站相關(guān)落料點(diǎn)位置設(shè)置除塵系統(tǒng)，有效抑制生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的揚(yáng)塵。

(3)考慮到集運(yùn)站往來運(yùn)煤車輛頻繁，對(duì)周邊道路污染嚴(yán)重，應(yīng)在廠區(qū)車輛出口處設(shè)置洗車臺(tái)，對(duì)所有出場(chǎng)的運(yùn)煤汽車進(jìn)行清洗。

4 結(jié)語

針對(duì)牛家梁煤炭集運(yùn)站生產(chǎn)系統(tǒng)的現(xiàn)狀，于2020年設(shè)計(jì)新增了受煤系統(tǒng)、儲(chǔ)煤系統(tǒng)和裝車系統(tǒng)，同時(shí)對(duì)各系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了對(duì)比，并確定了最終的改造方案；同時(shí)還對(duì)受煤系統(tǒng)、儲(chǔ)煤系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)裝置以及輔助設(shè)施進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。力求采用合理的工藝布置、可靠的技術(shù)性能，在解決集運(yùn)站環(huán)保壓力的同時(shí)，為企業(yè)帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益。牛家梁煤炭集運(yùn)站的改造方案也為陜北、內(nèi)蒙等地區(qū)的煤炭集運(yùn)站環(huán)保改造工作提供了參考和借鑒。