运河选煤厂节能减排运用浅析

2011-12-20钱洲李艳春

城市建设理论研究 2011年23期

钱洲李艳春

摘要：加大煤炭清洁利用技术研究开发力度，大力发展煤炭洗选、型煤、动力配煤、水煤浆、煤炭气化和液化，逐步提高煤炭洁净利用水平和利用效率。做好煤矿节能减排工作，抓好劣质煤和煤矸石的综合利用，开发利用煤层气资源，逐步限制直接使用原煤，发展配煤产业。加强矿区环境综合整治，以土地复垦为重点，建立各种类型的矿区生态建设示范基地，逐步形成与生产同步的生态恢复建设机制。2005年，大中型煤矿矿井水利用率达到60%。

关键词：清洁；节能减排；综合治理；利用率

1概述

节能减排作为经济发展过程中不可回避的问题，正在逐渐成为中央政府和社会各界普遍关注的焦点问题。

煤炭行业是我国重点工业污染控制行业之一，煤炭开采最大的问题一是浪费严重, 二是环境成本大。据载, 国有煤矿每采出1 t煤平均要动用2.5 t的煤炭储量, 损耗2.48 t的水资源。如果再加上煤炭燃烧过程中对环境的污染, 煤炭利用成本更高。这样的状况, 本身对中国的经济持续健康发展就造成了很大的破坏。环境也是希缺资源, 在一定意义上讲也具有不可逆性, 破坏之后很难恢复。

我国正处于经济高速发展的工业化阶段，一方面能源资源相对不足，另一方面能耗高、浪费大、效率低下。我国要在21世纪中叶达到中等发达国家的水平，必须一靠开发，二靠节约。

我国是一个以煤炭为主要能源的国家，每年数万名煤矿工人宝贵的生命、数亿t烟尘、煤渣和各类有害气体的排放，支撑着我们国家85％的能源需求，节约能源，在这里不但是为了节约开支，还体现着保护环境和对生命的关爱。节能有助于解决现实污染问题，还能缓解经济发展对能源需求的增长给环境带来的潜在的巨大压力。

设计认真贯彻落实国家节能方针，通过合理采用既节约能源又有经济效益的新技术、新工艺、新产品和新经验，达到以最小的能源消耗取得最大的经济效益之目的。

运河煤矿于1999年5月1日实现投产。2003年11月通过了环保工程专项验收。验收检测结果表明，矿井外排废水及锅炉废气各项监测指标均符合排放标准规定的限值和任城区政府下达的有关总量指标要求。

根据已审批的《唐口矿井环境影响评价报告书》中对该区域所进行的现状调查资料表明，区域内环境空气质量基本符合《环境空气质量标准》中的二级标准值，除TSP超标外，SO2和NOx基本不超标。

运河煤矿以建设资源节约型、环境友好型矿井为目标，围绕矿井提升、排水、通风、运输、采掘、供电、供热等关键环节，深入开展科技攻关和新技术、新设备推广应用，节能减排工作取得了明显成效。一是建立和完善节能减排管理机制，形成了矿、管理部门、基层各区队和车间三级节能减排管理网络和节能减排指标考核体系，将节能目标层层分解落实，逐级考核，实行能耗定额管理制度，有效调动了各方面的工作积极性。二是积极推进节能科技创新。近年来，为突破煤炭企业发展面临的资源、安全、环境等瓶颈问题，提高资源利用效率，不断加大节能技改投入，在革新生产工艺、提高生产系统设备自动化程度下功夫。三是推广应用系统优化改造、变频调速、智能控制、无功功率补偿、绿色照明等节能技术提高了设备效率，大幅度节约了电能。

运河煤矿现已建成3000m3矿井处理站一座，1500m3生活水处理站一座，每天处理矿井水700—800m3，一部分处理水回复到井下循环利用，一部分作为选煤厂生产用水，实现了零排放，年节约水资源费400万元以上。

2009年又对矿井电控系统进行了部分改造，将井下中央泵房、2.5m绞车、主井等电控系统改造成变频调速，每年可节省电费300万元以上。

2运河选煤厂节能减排措施

2.1工艺节能

（1）为了拉长企业产品链条，提高企业效益，运河煤矿建成了60万吨的选煤厂一座，该选煤厂符合国家积极发展煤炭洗选、促进煤炭工业节约、清洁、安全和可持续发展的方针政策。

（2）根据运河煤矿原煤的煤质特点，确定采用先进高效的重介分选工艺。重介分选工艺分选精度高、对煤质变化适应性强，可提高精煤回收率，具有生产低灰精煤等优势。

（3）根据运河煤矿的煤质及今后市场的用户要求，工艺的调节作用大，能均衡地在最小误差范围内达到煤炭质量和数量的调整要求，满足用户。

（4）原煤50～25、25～13mm粒级灰分远高于设计用50~0mm原煤灰分，说明>13mm原煤中矸石含量高，煤质差，设计采用13mm分级入选工艺，可在相同设计规模的前提下，多排矸石，更有效、全面地改善了煤质，减少了矸石无效运输。

（5）根据原煤及浮煤工业分析，原煤全硫为0.61％，浮煤全硫为0.51％，经过洗选可有效降低产品硫含量，减少二氧化硫排放量，降低环境污染。

（6）<13mm末煤不入选，在同样入选量的情况下，进入选煤厂的煤泥量由全入选时的22%左右降为10%左右，减少了选煤厂进入煤泥水系统的煤泥量，减轻了煤泥水系统负荷，减少了煤泥回收设备台数，降低了选煤厂投资，降低生产管理难度，极大提高煤矿的综合经济效益。

（7）<13mm末煤不入选，只分选50～13mm粒级煤，介质消耗由全入选的1.5kg/t,降低到块煤入选的0.7 kg/t,降低了介质消耗，降低了生产成本。

（8）选煤厂布置在运河煤矿工广内，产品储存在原有的煤仓内，便于产品的销售，水源、电源、热源、生活辅助设施依托运河煤矿，降低了选煤厂投资。

（9）选煤厂地面工艺简单，布置紧凑，物料转载环节少、运输距离短。煤泥卸载点位于工广北侧，有利于煤泥从东侧货运门外运；矸石仓位于煤仓西侧，便于矸石通过运河煤矿西门外运，有效缩短了运输距离。

（10）根据运河煤矿煤仓设备布置、使用情况，设计对仓顶室进行改造、加固，将13mm分级筛布置在仓顶室内。原煤分级后，<13mm末煤直接进仓储存销售，不再进入主厂房。与在主厂房分级方案比较，尽管仓顶室增加了改造費用，但同时也减小了主厂房体积，<13mm末煤不再反复运输，降低了原煤的运输能耗。

（11）厂内煤流及煤泥水尽量选择合适角度、坡度，使其自流，降低能耗。浓缩机入料煤泥水应尽可能采用自流方式，车间内的事故放水，跑、冒滴、漏水应自流至集中水池。选煤厂实现洗水一级闭路循环，节约水资源。选煤厂吨煤耗清水0.1m3，满足《煤炭工业节能减排工作意见》中洗选原煤清水耗控制在0.15m3以内的要求。

2.2机械设备节能

（1）无压三产品旋流器自身无动力消耗，节省大量动力消耗。

（2）各种水泵选型做到与工艺数据匹配，达到最低能耗下的工况指标。

（3）磁选机选用国内组装磁选机，6磁极超强磁场，磁场分布均匀，适应于煤泥含量高的工作环境，该设备煤浆通过量大，磁选效率高，磁选精煤回收率可达99.8%以上。

（4）煤泥浓缩机选用了周边传动高效型，处理能力较大，电耗较小。

（5）煤泥压滤机选用快开式隔膜压滤机，处理能力大，煤泥水分低，且设备能耗比较小。

（6）对于浓缩机需要的絮凝剂加药，设置自动加药系统，将药剂用量控制在最佳范围。

（7）路管选用无缝钢管，流速在经济流速2m/s左右；减小管路阻力损失，提高系统效率，减小能耗。管路的敷设在条件具备的场合均采用焊接。

2.3 供电节能

各变电所或组合变电站靠近负荷中心，提高了电压质量，减少了电缆数量和线路损失，节省投资，电能损耗少。

在各变电所或组合变电站设电容器补偿装置，提高功率因数，减少线路损耗、变压器铜损等，从而减少了电能损耗。

旋流器入料泵采用变频器调速，保证入料压力的基本恒定的同时，减少了电机的输出功率，使电能损耗最小。

选煤厂单机设备采用660V供电，选煤厂吨煤电耗6.192kWh/t，满足《煤炭工业节能减排工作意见》中要求的洗选原煤单位能耗不高于8kW的要求。

全厂实现集中控制及单机自动化。

2.4主要污染源及污染物排放状况

运河矿井选煤厂采用动筛排矸无压三产品重介分选工艺，生产过程中产生的主要污染物有动筛煤泥水、重介煤泥水、动筛车间内跳汰机及主厂房内脱介筛等机械设备噪声、原煤输送转载产生的煤粉尘、洗煤的副产品动筛矸石和重介矸石。由于动筛车间已经建成，其煤泥水处理、噪声防治、粉尘治理均已经在矿井设计中考虑，本次设计中针对不同的污染物特性分别采取有效的处理和利用措施。

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2.5各污染源的治理措施与治理效果

（1）煤尘防治

在原煤仓下给料点、主厂房内落煤点等产尘点分别设置喷雾洒水喷头和自动喷雾控制器，根据煤尘大小调整喷雾洒水装置洒水量，控制作业场所粉尘浓度达到国家卫生标准的要求。

（2）为避免初期堆放矸石产生扬尘对地面的影响，煤泥卸载点、矸石周转场周围按照有关要求建设挡渣围墙，四周布设喷雾洒水装置降低扬尘产生。

采取以上措施后，估算选煤厂工业场地界外颗粒物浓度小于1mg/Nm3，符合《煤炭工业污染物排放标准》（GB20246-2006）对无组织排放颗粒物限值的规定。

（3）生活污水处理

选煤厂生活污水排水量约6m3/d，排入工业场地排水管网，进入矿井生活污水处理站统一处理。矿井建设有处理规模为1500m3/d的生活污水处理站，采用BAF二级生化处理工艺。设计进水水质为：CODCr：170mg/L， SS：100mg/L；出水水质为：CODC≤20mg/L, SS≤10mg/L。符合《山东省南水北调沿线水污染物排放标准》（山东省地方标准DB37/599-2006）中重点保护区标准。

（4）煤泥水处理

选煤厂排放的废水包括两部分：一是洗煤生产废水包括重介系统煤泥水、地板冲洗水和洗煤溢流水，二是主厂房和办公楼内排放的部分生活污水。选煤厂中各生产环节的冲洗水和重介系统煤泥水回收粗精煤泥后进入煤泥浓缩机浓缩，底流经过压滤机压滤，煤泥作为低热值燃料使用，滤液进入循环水池。选煤厂煤泥水实现一级闭路循环，不外排。当生产出现事故，洗水不能闭路循环时，全厂的事故煤泥水由一台事故浓缩机处理，其底流打入压滤机，滤液流入循环水池。

选煤厂输送机走廊冲洗水经过排水管网收集后先进入煤泥水沉淀池沉淀处理，上清液采用潜污泵提升进入矿井水处理站处理。

（5）噪声污染控制

选煤厂机械设备运转噪声是选煤厂的主要污染源之一。其中主厂房内的机械设备比较集中，噪声源强高，对场区及厂界环境影响较大。设计依据《工业企业噪声控制设计规范》（GBJ87－85）、《工业企业厂界环境噪声排放标准》（GB12348－2008）的要求采取以下的综合治理措施：

（6）隔声措施

在主厂房内设置隔声集中控制室，控制室内采取墙面吸声门窗隔声措施，隔声量为25~30dB(A)，控制室室内噪声级低于70 dB(A)。主厂房脱介筛层强噪声源的值班点设置隔声值班间，值班室内噪声级低于75 dB(A)，保护操作人员的身体健康。

（7）主厂房噪声控制

主厂房内主要噪声设备有脱介筛、各种离心机、各种溜槽、带式输送机等，噪声设备较多，布置分散，噪声控制从主要噪声源入手，首先考虑对各种振动弧形筛和直线振动筛采用减振基础和减振弹簧支座，其次采取隔声和吸声措施。在噪声比较严重的脱介筛层，根据设备布置情况在不影响设备检修的前提下，利用组装隔声板将脱介筛分别隔成相对独立的隔声间，隔声板内表面采用穿孔吸声结构，脱介筛层墙壁敷设吸声结构，减少噪声混响。在离心脱水机周围设置移动式隔声屏障；各种皮带输送机的落料口和驱动电机端采用局部敞开式隔声罩降噪；对各种溜槽噪声处理采用阻尼隔振降噪措施，在溜槽的外壁面上利用高强度粘结剂粘贴复合阻尼材料，其平均隔声量在15 dB(A)左右。主厂房朝向场界侧的门窗采用双层玻璃隔声窗和钢制复合隔声门，以降低主厂房内设备运转噪声对厂界的影响。

经过采取以上综合治理措施后，预计各作业场所将达到《工业企业噪声控制设计规范》(GBJ87-85)中的有关要求，厂界噪声将达到《工业企业厂界环境噪声排放标准》(GB12348-2008)中的2类区标准值要求。

2.6固体废物的综合利用与处理措施

运河矿井选煤厂排出的固体廢物主要是重介洗选矸石和煤泥，主厂房重介矸石由胶带输送机运往矸石仓储存，再通过汽车运往矸石周转场存放，由汽车运往矿井开采形成的塌陷区内充填复垦，多余部分运往建材厂用于生产矸石砖。煤泥水系统压滤机排出的煤泥落地晾干外销。

煤矸石的利用包括直接利用和综合利用，直接利用主要是作为路基和塌陷区的充填材料；综合利用主要是用于生产各种建筑材料。选煤厂排矸成分主要为砂岩和泥岩，质软具有较好的可塑性，易于加工粉碎，可以用于生产建材。从国内的矸石利用状况来看，矸石生产建材已有比较成熟的应用经验，因此选煤厂投产后可以根据市场发展情况建设矸石建材生产线，利用国家有关废物资源化方面的优惠政策，生产免烧矸石砖或煤矸石轻骨料水泥砌块，既可以消耗掉一部分矸石又可以提高矿井的经济效益，是综合利用煤矸石资源发展循环经济实现煤炭生产可持续发展的重要途径。

按照《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准》（GB18599-2001）中的相关规定，运河选煤厂的矸石属于第Ⅰ类一般工业固体废物。矿井主要开采3煤层，含硫量为0.6%，属于低硫份煤，根据济宁矿区生产实际情况，矸石临时堆积不会产生自燃。为了防止矸石临时堆存产生风蚀扬尘影响周围环境，矿井设计时已考虑在矸石周转场设置高压喷雾降尘设施，定时对矸石堆喷雾洒水防止产生扬尘，矸石堆场按照《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准》（GB18599-2001）的规定采取防渗措施和淋溶水收集设施。另外根据运河煤矿和济宁矿业集团科美新型建材有限公司签订的矸石利用协议，科美新型建材有限公司已于2004年1月正式投产，年生产50000万标块煤矸石空心砖，主要用于消耗济宁矿业集团周围几个煤矿的煤矸石，每年可消耗煤矸石约1.50Mt，年消耗运河矿井选煤厂0.24Mt煤矸石用于制作矸石砖，可将选煤厂矸石全部消耗掉。

2.7地面建筑节能

选煤厂的工业建筑，在满足工艺要求的前提下，尽量争取布置为良好朝向，尽量缩小其外墙面积与所包围建筑体积的比值，建筑材料优先选用阻燃性能好的轻质材料，建筑物屋面均采取适当的保温措施，既要达一定的保温隔热效果，又要避免过于保守造成浪费，除工艺有特殊要求之外，设计均采用自然采光、自然通风方式，在这一前提下，外墙开窗面积控制在合理的范围内，适当控制窗墙面积比。门窗选型方面也应注意选用气密性保温性能好的产品。以达到节约能源的目的。

2.8综合利用

运河选煤厂洗选加工的副产品为煤泥和矸石。

煤泥年产量为0.02Mt/a，灰分37.58％；矸石年产量为0.24Mt/a，灰分84.97％。

（1）煤泥的综合利用

煤泥主要供山东济宁运河电厂。该电厂隶属于济宁矿业集团有限公司。

该电厂建在运河煤矿工业场地附近，是一座煤矸石综合利用热电厂，以运河煤矿、霄云煤矿等生产的洗混煤、煤泥、洗矸、脏杂煤等低热值燃料做为电厂燃料。其中运河选煤厂每年生产煤泥全部供该低热值燃料电厂作为燃料。

（2）矸石的综合利用

矸石主要作为新型建材厂原料和充填矿井塌陷区。

选煤厂年产生洗选矸石量为0.24Mt/a，通过矸石上仓输送机进入重介矸石仓内储存，除用于充填塌陷区用于土地复垦，其余部分全部用于矿业集团科美建材厂生产矸石砖综合利用。

生产用水由完善的选煤工艺保证洗水闭路循环不外排。

运河选煤厂排出的固体废物主要是重介矸石和煤泥。

选煤厂排出的矸石由胶带输送机运往矸石仓储存，再通过矿车运往矸石周转场存放，由矿井统一处理。