甜砂矿区管道输煤一体化综合利用路径研究＊

余 岚，杨庆峰，路兴义，郑 超，吴奋超

（1.陇东学院，甘肃 庆阳745000；2.华能集团核桃峪煤矿，甘肃 庆阳745000；3.甘肃靖远煤电股份有限公司，甘肃 白银730913）

甜砂矿区管道输煤一体化综合利用路径研究＊

余 岚1，杨庆峰3，路兴义2，郑 超1，吴奋超1

（1.陇东学院，甘肃 庆阳745000；2.华能集团核桃峪煤矿，甘肃 庆阳745000；3.甘肃靖远煤电股份有限公司，甘肃 白银730913）

甜砂矿区是庆阳北部主要的煤炭富集区，是陇东国家能源化工基地的重要依托区域，本文分析了甜砂矿区煤炭开发利用存在缺水、交通不便、煤质差等问题，论述了管道输煤、水煤浆技术发展现状，提出了管道输煤一体化综合利用思路，即将甜砂矿区产出的原煤，通过管道输送至刘川工业园区、白银高新技术区，实现上下游一体化综合转化利用，论文进一少分析了项目建设的优势和面临的困难，得出可行性结论，论文思路新颖，项目经济可行，为项目实施提供了有益的探讨。

管道输煤；水煤浆；一体化；综合利用；清洁高效

甜砂矿区是指陇东地区甜水堡和砂井子矿区，隶属于甘肃省庆阳市环县甜水堡，是陇东国家能源化工基地的重要依托区域，区内煤炭资源丰富，甜水堡和砂井子两个煤炭矿区地质资源量76.27亿t（其中砂井子矿区57.38亿t，甜水堡矿区19.39亿t），目前在甜砂矿区规划了6个矿井，规划总产量1960万t，其中砂井子矿区四个矿井：刘园子煤矿、马福川煤矿、毛家川煤矿和西部的钱阳山煤矿，矿井年产量1690万t；甜水堡1、2号矿井，总产量270万t。

“…庆阳煤炭资源占甘肃省预测储量度96%…”，“…陇东是未受破坏的整装煤田，具备建设国家级大型煤炭基地亿级吨矿区的条件，九大煤田已由地质勘察转入开发建设阶段…”，这些消息曾经使庆阳老区人民为之兴奋，紧锣密鼓地进行陇东能源化工基地的论证、规划、建设当中。但是，2014年以来我国宏观经济发展进入新常态，化解煤炭、钢铁过剩产能成为调整产业结构的关键环节，庆阳市在建矿井都遭遇到前所未有的冲击。2015年1月，我国出台新的环保法——史上最严厉的环保法。2015年5月国家能源局发布发《煤炭清洁高效利用行动计划(2015-2020)》文件，对使煤炭生产、加工利用提出了更加严格的要求，改变煤炭消费方式及清洁利用成为我国煤炭生产基地必须面对的课题，煤炭清洁开发利用究竟走哪种路线，才能真正实现陇东煤炭资源优势向经济优势的转化，这些都需要要科学研判、认真谋定。

1 甜砂矿区开发利用存在的问题

庆阳市内煤炭、石油资源丰富，被确定为国家级能源化工基地，被甘肃省委、省政府定位为全省新的经济增长极。但在资源开发利用上存在以下问题：（1）地处干旱地区，缺乏水资源；（2）基础设施落后，工程建设条件差；（3）交通设施落后，公路运输能力有限；（4）工业基础落后，人才储备不足。

甜砂煤炭矿区煤炭资源丰富，但其北部是神华宁煤煤炭生产基地，产量巨大，煤质与本矿区相似，以低阶长陷煤为主；南部有彬长矿区，煤炭品质较本矿区优质，以弱粘煤、不粘煤为主，东部是陕北煤炭矿区。目前，在建的西银铁路为客运，所以煤炭向南北方向流通不现实，仅靠汽车运输，成本较高，产品明显不具备市场竞争力。东部是山区，无法运输，只在西部规划了环县—固原诸家湾铁路为货运线。环县至褚家湾铁路全长 122.9km，其中甘肃境内82.6km，设计时速120km，以后既要运输整个甜砂矿区的煤炭，铁路运输能力明显一足。

甜砂矿区发展煤炭下游发电、化工等产业，又受制于水资源限制。目前庆阳市水务局向环县砂井子

配置900万方工业用水。仅中国大唐集团目前规划的4×100万kw的电厂都不够用，更难以供应其它新型煤化工产业项目。

庆阳市资源勘查开发滞后、煤炭工业起步晚、工业基础薄弱，煤炭开采及利用人才储备不足，近几年又面临煤矿效益顿挫式下滑的严峻局面，对庆阳产业规划带来了新的挑战。最近几年频频“爆表”的雾霾给我们警示：所赖以生存的环境容量已经达到极限，煤炭转化以控制煤炭利用造成的污染将成为创新发展的主要方向[1]。因此，甜砂矿区产业必须着眼于国家规划，有效破解水资源困局，统筹考虑煤、电、化、冶、材综合性利用产业链条，充分利用超临界、超超临界发电、煤炭多联产、现代煤化工技术等先进技术[2]，创造煤炭资源开发和发展的有利条件，最终实现省内各地域协同发展的良好态势。

2 管道输煤综合利用路径研究

2.1 管道输煤技术

管道输煤是以水为载体，将洗选过的原煤经过破碎成细粒，与水混合形成一定浓度的水煤浆，通过自流或高压泵将水煤浆压入管道，煤浆到达终端后再经脱水处理后进行利用[2]。管道输煤的流程如图1所示：

图1 管道输煤流程图

管道输煤系统主要有三部分组成，超始站为制浆厂，中间站为管道与泵站，终端部为脱水装置，管路输煤过程中还要配套供电、供水、自动控制及通信设施。工程制浆厂的作用将煤磨制成粉煤与水混合制成水煤浆，是管道输煤的龙头。水煤浆有为高度煤浆、中度煤浆、超细超低灰煤浆、高中灰煤泥浆、超纯煤浆、原煤煤浆、脱硫型水煤浆等几种，选择时应当充分考虑下游产品利用方向，开采出的原煤煤质、煤种特性，合理选择制浆技术及工艺。同时在运输过程中要严格控制，使水煤浆不发生沉淀和堵塞管道现象，浆液尽可能均匀，所以煤浆浓度、煤粉粒度及是决定煤浆运输滑移效果和稳定性的重要参数[3]，尽合理选择和优化。

管道输煤一般都是远距离输送，必须充分利用起始点和终点的高差，合理布置管线和加压泵站，正确进行泵站压力计算，充分考虑管道直径、韧性、强度、抗磨、抗腐蚀性等方面要求，以保证系统的稳定性。

终端脱水是将煤浆运到终端后，根据用户需要或直接作为燃料或经二次研磨作为煤化工用煤，也可进行机械脱水，制成型煤再次进行运输和使用。

2.2 水煤浆的利用方向

水煤浆是上世纪八十年代逐渐发展起来的一种高效率、流动性强、环保性好的流体燃料，易于装卸，易于储存，能够像油一样直接雾化燃烧，其用途可归纳为以下几种：一是在锅炉燃烧：在工业锅炉、电站锅炉、工业窑炉中作为燃料使用，可以取代石油和固体煤炭。该方法在国内电站、钢水厂、炼化等企业投入应用，取得了一定的成功。水煤浆使用的是洗精煤，原煤中的矸石已经洗选掉，煤浆保证电站锅炉连续、稳定、均衡,简化了电厂的输煤、制粉系统,降低能耗与成本。二是作为整体煤气化联合循环气化工艺装置的理想燃料[4]。原德士古气化炉就是以水煤浆为气化装置的，该技术最先在山东鲁南化肥厂得到应用，以后在上海焦化厂、首钢等单位得到应用。但山东鲁南化肥厂原德士古气化水煤浆技术运行过程中发现水煤浆质量分数较低，难以适应神华集团低变质煤种，国家水煤浆工程技术研究中心进行科研攻关，研发了分级研磨级配制浆工艺技术，将质量分数高到65%，效益明显。

近些年，水煤浆制浆煤种、气化水煤浆、生物制浆技术过一步突破[5]，研发了“多破少磨、分级研磨”、“强化超细磨，加强搅拌、剪切”和“多磨机并联、优化级配”等制浆工艺，创新了“生物质煤浆制备工艺技术”、“利用低阶煤制备高浓度水煤浆的方法”、“多元料浆二次湿磨制浆工艺”等多项国家专利技术;同时衍生了褐煤煤浆、环保型水煤浆、生物质煤浆、低挥发分(石油焦)煤浆、气化用煤浆、多元气化料浆及速溶煤粉等，使水煤浆的制浆工艺与燃烧(气化)应用技术有了长足发展[6]。

2.3 输煤管道技术

1881年，输煤管道技术第一疹在实验室试验成功。1957年，美国建成第一条从俄亥俄州的乔治城选煤厂至克利夫兰电气照明公司东湖电厂的输煤管道。1970年美国建成了从亚利桑那州的黑迈沙煤矿至内华达州的莫哈夫电厂的输煤管道，该管道全长440km、运煤量500万t，主管道直径0.455m，年装机容量178万kw，解决了莫哈夫电厂燃料煤供应

问题，成为煤浆管道运输的典范。自上世纪90年代起，国内已经先后建成了7条浆体压力输送管道，在建1条煤浆管道项目——渭管道输煤项目，详见表1。该项目2011年由陕西煤业化工集团开工建设，管道由陕西榆林市神木红柳林煤矿起始，终点到陕西渭南市蒲城县煤化工产业园，计划年运煤量1000万t，管道全长727km，年用水量大约900万t，年工作时间达7920h，输送的是高浓度的水煤浆。终端水煤浆计划300万t作为作为化工用煤，送往部分送往蒲城煤制烯烃工厂，另有400百t煤炭脱水后作为动力煤转给其他用用户。剩余部分送往抵渭南市华县工业园区和高新技术产业开发区，供下游醋酸、醋酐、甲醇和化肥生产装置。据估算，吨煤运输成本为88元，折算后为0.12元/t.km2。该项目建成后能够实现下游电厂、化工厂、动力煤供应，减少了下游项目的建设成本，效益显著[7]。

表1 国内浆体输送管道

3 管道输煤一体化综合利用方向分析

本文提出管道输煤一体化综合利用思路，是从庆阳北部甜砂矿区向白银规划一条煤炭输送管道，将甜砂矿区开采出的原煤在制浆厂进行洗精煤处理，转化为水煤浆，输送到刘川工业园区和白银高新技术开发区，实现上游和下游一体化综合利用。

1）动力煤外销方向。将输浆管路终接接入刘川工业园区。在园区场地内进行脱水厂脱水处理后，作为动力煤转运给其他用户，其原因如下：甜砂矿区煤炭的销售外运主要为矿区西部。靖远煤电集团公司、窑街煤电集团公司长年以来一直保障着兰州白银及其周边的煤炭供应，现以上两个矿区均资源趋于枯竭，随着这条运煤管道的建成，将顺利接替留白出来的市场空间，因为运输距离短于新疆煤，宁夏煤，销售价格有保障。

2）发电及化工用煤方向。将输煤管接终端接入刘川工业园区和白银高新技术开发区、依托园区规划的煤电化总体规划项目4×660mW自备电厂和化工产品聚氯乙烯、烯烃、丙烯晴等产品集中转化利用。同时，依托工业集中区园区总体规划实现煤电冶、煤建材等方向的综合利用。白银高新技术产业开发区地处兰州、西宁、银川三角区域的中心位置，距兰州100km、白银市18km、靖远县城15km、平川区5km。周边有靖远煤业集团、靖远电厂、白银公司、甘肃稀土集团等大中型企业，工业基础雄厚，产业、技术、人才优势明显。刘川工业园区规划面积50km2，地处靖远县刘川乡吴家川，距白银市25km、兰州市100km、靖远县城15km，毗邻中科院白银高新技术产业园，被列为兰白都市经济圈重点功能区，已纳入“兰白一体化”区域经济建设规划，园区内交通便捷，水资源丰富，黄河流经白银市258km2，过境平均流量329亿m3，取水许可量达12.25亿m3。该园区规划有自备电厂和精细化工、煤化工等项目，省去了环县煤炭下游利用项目的建设成本。

4 沙矿区管道输煤一体化利用的特点

4.1 管道输煤一体化利用的优势

1）实现白银和庆阳两市形成资源优势互补。庆阳多煤少水，而白银恰好多水，存在潜在的巨量煤炭市场。煤化工、煤电产业是煤炭产业延伸增值的主流方向，但这两个产业必须依水而建，量水而行。

2）充分原煤和用户地理位置的天然高差优势。甜砂矿区最高海拨为2200m，煤炭消费市场在白银刘川工业园、高新技术开发区，两地距离300多km2，海拨高差最高达800m，可以充分利用海拨高差

产生的势能实现管道输煤，节省投资，效果好。

3）增强环县煤炭矿区低品质煤产品竞争优势。水煤浆是未来煤炭清洁利用的主要方式[8]。白银工业园区的煤炭下游用户所需产品主要是煤电和煤化工项目的用煤，甜砂煤炭矿区的煤质符合要求。而管道输煤首先要对原煤进行破碎、研磨制成水煤浆，煤的粒度要＜50mm，通过对首端制浆工艺设备选型，实现直接给下游销售市场供水煤浆产品，省去用户二次制浆。

4）是投资主体一致。甜砂煤炭矿区业主已经入驻，煤矿建设项目、管道输煤建设项目、下游煤化工和煤电建设项目的投资主体是一家单位，也可以通过相互参股方式实现引入有实力的企业共同建设运营。这将提高原料、渠道、市场的靖远煤业集团信息沟通和协调能力，有利于项目从设计、论证、建设、投运的协调一致，确保信息畅通。

5）是管道输煤有可借鉴项目。由陕煤化集团投资建设的神渭管道输煤项目，已完成立项审批，项目预计2016年建成使用，为项目建设提供了成功的、可借鉴的典范。

6）是管道的输水功能可以成为沿路的战略抗旱储备，提高管路通过区域的抗灾能力。西海固和环县都是干旱地区，这条管路的修建，可以在遇到极端恶劣的旱灾时，输水救灾，缓解旱情。

7）技术经济优势明显。一是对地形适应性强。按管线敷设技术要求：管道线路铺设的最大坡度可达16%,而铁路坡度最要坡度仅为3%,因而管道线路灵活性大。使用的土方工程量要少得多，二是占地少。我国铁路线路标准轨距为1.435m，占地面积1.67hm2/km2；而输煤管道除首端、终端、中间泵站外，其它管线均是埋于冻土层以下，施工时仅临时占用土地，施工后土地可继续耕种，土地资源的占用率很小。三是管道的建材用量少。管道输煤地面设施少。耗钢量比铁路少40%左右，建设施工快。

8）环保优势明显。煤炭采用铁路和公路运输时，会产生汽车尾气及二次扬尘，产生的煤尘、二氧化硫、氮氧化物扩散到大气中，造成大气污染；管道运输采用密闭输送，避免以上问题的，环保效益明显；水煤浆燃料是洗精煤，燃烧过程中释放的硫化物、氮氧化物明显低于固体煤。输煤管道正常运行的情况下，其所经地区的地表植被、农作物可正常生长，不会对地表环境和地下资源造成破坏。

4.2 管道输煤存在的问题

1）水资源供应问题。管道输煤要实现制浆和配浆，需水量大，据统计平均每天用水量达2万方水。庆阳市是一个水资源极度贫乏的地区，水资源短缺是困扰全市经济发展的最大瓶颈之一。庆阳市委、市政府从“十二五”开始，就谋划建设蒲河小盘河水库及供水工程、、巴家咀水库新增调蓄工程、马莲河水利枢纽工程等项目，但水资源能否为项目实施提供有效还需要上下游协调统一论证。

2）技术问题。管道输煤在国际上有成功的先例，国内已经先后建成了七条浆体压力输送管道，大部分为铁精矿输送，1条为黑山管道输煤，基本已建成，但没有长期稳定运营的经验，需要进一步观测其运营情况。

5 结束语

甜砂矿区管道输煤一体化综合利用路径是一种全新的思路，利用管道输煤将甜砂矿区的煤制成水煤浆，输送到高新技术开发区、刘川工业园区，实现煤炭资料的分级、分质、环保、清洁高效利用。运输方式的是一种安全高效、洁净环保、节能省地的运输方式。利用方式可以实现甘肃东部、中部协同发展、上下游产品一体化综合利用，经济效益显著。

水煤浆技术作为气化原料和煤基清洁燃料，经历了30余年的研究和实践，已进入推广阶段。针对陇东甜砂煤区低阶烟煤的特质，生产高浓度水煤浆工艺，具有十分广泛的应用价值，值得进一步探讨。

[1]代生福，李永峰.我国经济新常态背景下的煤炭企业发展战略[J].能源技术与管理，2015，40（6）：190-193.

[2]李璐.管道输煤概况及其环境效益[J].工业技术，2013，（27）：145.

[3]魏亚玲，孟献梁，陶二玉，赵中熙.低阶煤水煤浆制备技术与工艺研究现状及前景[J].洁净煤技术，2014，20（6）：60-63.

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[7]韩兵.管道输煤现状及黑山煤矿管道输煤可行性分析[J].煤炭经济研究，2014，30（7）：74-76.

[8]刘建林.我国煤炭运输面临革命管道输煤时代即将来临[N].中国青年，2003-07-03.

TD52

甘肃省庆阳市科技局项目（陇东煤田低阶煤高效转化技术路径研究KZ2014-29）; 甘肃省高校科研项目（陇东厚黄土层下深井开采热害特性分析及研究2014B-092）。