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关键词:运输能力;规划;投资
1 铁路现状
锦州是环渤海地区的重要城市,是沈山线、锦承线、魏塔线、南票线、高天线的交汇点,在建锦赤铁路的终点站,共有车站13个,分别为沈山线的塔山、高桥镇、女儿河、桃园、锦州、双羊店站,秦沈客运专线锦州南站,锦承线的薛家站,南票线上的金厂堡、何三家、邰集屯站,高天线的天桥站,在建锦赤铁路的东青堡、西港口,其中锦州站为区段站,高桥镇站与高天线为交接站,天桥站为港前编组站,其它均为中间站。
1.1 沈山线
沈山线是东北地区重要的铁路交通运输大通道,是东北地区向关内客货运输的干线和脊梁,也是铁道部全国铁路网中“八横八纵”路网规划的重要组成部分。
1.2 高天线
高天线是单线铁路,全长12.1km,是锦州港重要的进出港铁路通道,随着锦州港铁路运量的增加,高天线区间通过能力十分紧张。
1.3 在建锦赤线
在建锦赤线起自锦州西港口站,经葫芦岛市、朝阳市至赤峰市赤大白铁路大木头沟站止,正线全长287km,主要承担蒙东地区煤田至辽西地区及锦州港下煤炭的运输任务。
1.4 锦承线
锦承线锦州至义县段,锦州至薛家段为双线,其余区间为单线,为东北与关内有联系的重要通道,运输以煤炭、粮食为主。
2 锦州港
锦州港是辽宁省西部、内蒙古东部、黑龙江和吉林两省西部广大区域的便捷出海口,是辽西地区唯一的一类对外开放口岸,已与日本、韩国、俄罗斯、荷兰等20多个国家和地区的港口通航。锦州港将发展成为立足辽西,面向东北、,服务华北,拓展外蒙古国家,以煤炭、石油、粮食、集装箱为主,散杂兼顾,内贸、外贸并重的区域性多功能现代化港口。2015年港口吞吐量将超过1亿吨,其中以蒙东地区下水煤炭为主。锦州港将建成为专业化煤码头。
在既有锦州港北侧龙栖湾南岸的规划了1个以散杂、油气化工、通用货、集装箱运输为主的外贸型综合港口,作为蒙东煤炭下海的储备港口。
3 存在的问题
3.1 沈山线锦州至高桥镇间能力紧张,不能满足蒙东地区煤炭下海对地区铁路的需求
2011年锦州至高桥镇的上行货流密度分别是8083(煤炭3716)、3947(煤炭1494)万吨,能力利用率达到100%。随着巴新线建成通车,蒙东煤炭经新义线、锦承线、沈山线(锦州至高桥镇段)及高天线进入锦州港下水,而沈山线锦州至高桥镇段,现有能力已饱和,已无力承担经由巴新线下水蒙东煤炭的通过运量。
3.2 锦承线薛家站至锦州站之间线路标准低,行车速度低,严重影响线路通过能力,且由于位于市区,改造困难。
4 方案研究
本次建设方案研究是根据锦州港、龙栖湾港口的相对位置及功能定位,及既有铁路现况,考虑到锦州港以蒙东煤炭运输为主,龙栖湾定义为综合性港口,提出“一站带两港”,研究自锦承线薛家站引出分别连接锦州港、龙栖湾港,一线是自薛家引出,引入港口,满足锦州港的需要;另一线是自薛家引入龙栖湾港,再将龙栖湾与双羊店相连。远期扩建薛家站为编组场,担当锦州港、龙栖湾港直通、区段车流的解编作业,最终形成两港一个出口。
本次建设方案共研究三个方案:东直通线引入龙栖湾、港口方案;北绕行线引入龙栖湾、港口方案;北绕行线利用锦赤线方案。详见锦州地区铁路方案示意图。
北绕行线利用锦赤线方案,充分锦赤线东青堡至西港口段线路,减少了投资,节约了土地资源,能够满足锦州港的建设及蒙东地区煤炭南运下海的需要,并且分流原锦承线经沈山线进入港口的货流,虽然运输组织方式要根据建设方与锦赤铁路公司协商确定,但其投资优势明显,功能满足需要,故本方案最合理。
5 结束语
由于龙栖湾港口正在规划中,因此建议铁路建设分两步进行,近期修建薛家站至锦州港线路,满足锦州港发展需要;远期随着龙栖湾港口建设,适时修建薛家站至龙栖湾港口线路。随着锦州港的建设及蒙东地区煤炭南运下海,以及辽宁沿海经济带“五点一线”战略的进一步深入,铁路建设必然成为制约锦州市经济、社会发展的难点,应尽早规划、实施,尽早发挥作用。
参考文献
第一章集运系统构成
一、通道运量总水平及构成
蒙西至华中铁路煤运通道煤炭运量分别为9500万吨、12600万吨。煤炭主要来源于蒙西及陕西,少量来源于宁东及晋中南地区,其中蒙西4200万吨、5500万吨;陕西4200万吨、5800万吨;宁东500万吨、500万吨;晋中南400万吨、500万吨。
二、鄂尔多斯地区集运系统构成
(一)通道吸引矿区
鄂尔多斯市现有矿区13个,其中8个已获国家发改委批复(即万利矿区、准格尔东部矿区、神东矿区、高头窑矿区、塔然高勒矿区、新街矿区、呼吉尔特矿区、上海庙矿区);3个待国家发改委批复(即纳林希里矿区、纳林河矿区、准格尔中部矿区);1个矿区勘探程度低不具备规划条件(即乌兰格尔矿区);1个矿区资源接近枯竭,国家发改委同意不作规划(即桌子山矿区)。13个矿区已规划总面积19463平方公里,总储量2785亿吨,规划总产能约7.6亿吨。
本通道直接吸引矿区主要有呼吉尔特矿区、纳林河矿区,通过相关线路可吸引上海庙矿区、塔然高勒矿区和纳林希里矿区。
(二)集运运量的分配
1.呼吉尔特矿区
(1)矿区建设规模
国家发改委2008年以发改能源[2008]504号文批复了鄂尔多斯呼吉尔特矿区总体规划,将矿区划分为7个井田、2个勘查区和1个远景区,建设总规模为6000万吨/年。2009年由于部分井田资源总量的增加,鄂尔多斯市对呼吉尔特矿区总体规划进行了修编,建议中煤集团为矿区主体开发单位,确定呼吉尔特矿区建设总规模为8900万吨/年。其中:
葫芦素矿井1300万吨/年
门克庆矿井1200万吨/年
梅林庙矿井1000万吨/年
石拉乌素井田1000万吨/年
母杜柴登矿井600万吨/年
尔林滩井田500万吨/年
沙拉吉达矿井500万吨/年
巴彦高勒矿井400万吨/年
巴彦淖矿井800万吨/年
达海庙矿井400万吨/年
图克矿井600万吨/年
呼吉尔特矿区总体规划修编已上报国家发改委,尚未批复。目前,巴彦高勒矿井获国家发改委批复,已开工建设。梅林庙、门克庆、母杜柴登和葫芦素四个井田获国家发改委前期函,正在开展工作。
呼吉尔特矿区西部有大面积普查区,煤炭资源丰富。近期、远期普查区较规划增加1500万吨、3000万吨。研究年度近、远期呼吉尔特矿区煤炭产量分别为10400万吨、11900万吨。
(2)矿区煤炭外运量
呼吉尔特矿区研究年度近、远期煤炭产量分别为10400万吨、11900万吨,内部消耗煤炭分别为5400万吨、5900万吨,外运量分别为5000万吨、6000万吨,其中铁路外运量近、远期分别为4800万吨和5800万吨。
(3)外运通道分配
鄂尔多斯呼吉尔特矿区共有3条外运通道。
新恩陶铁路:承担呼吉尔特南部井田(图克以南矿井)的东向运输,是新包神铁路的主要集运线路。
蒙西至华中铁路通道:主要承担西部勘查区的煤炭外运任务。
东乌铁路:主要承担北部井田(巴彦淖、达海庙)井田的煤炭东运。
通过运量分配,本通道近、远期分别承担外运800万吨、1000万吨,其余煤炭由东乌线、新陶线承担。
鄂尔多斯呼吉尔特矿区铁路外运通道见下图1-1。
图1-1 呼吉尔特矿区铁路外运通道示意图
2.纳林河矿区
(1)矿区建设规模
鄂尔多斯纳林河矿区总体规划,将矿区划分为7个井田、5个后备井田和1个勘查区,建设总规模为5800万吨/年。其中:
纳林河一号矿井400万吨/年
纳林河二号矿井800万吨/年
无定河矿井800万吨/年
陶忽图矿井800万吨/年
白家海子矿井1500万吨/年
营盘豪矿井1000万吨/年
嘎鲁图矿井500万吨/年
5个后备井田总规模5600万吨/年。该规划已上报国家发改委,尚未批复。
(2)矿区煤炭外运量
纳林河矿区研究年度近、远期煤炭产量分别为7900万吨、9600万吨,内部消耗煤炭分别为3300万吨、4300万吨,外运量分别为4600万吨、5300万吨,其中铁路外运量近、远期分别为3900万吨和4500万吨。
(3)外运通道分配
鄂尔多斯纳林河矿区共有2条外运通道。
新恩陶铁路:承担纳林河矿区北部后备井田和南部开采井田中嘎鲁图、营盘壕和白家海子三个井田的东运。
蒙西至华中铁路通道:主要承担南部开采井田中嘎鲁图、营盘壕和白家海子三个井田的南运及陶忽图、无定河和纳林河一、二号矿井的南运。
通过运量分配,本通道承担外运1600万吨、2100万吨,其余煤炭由新恩陶线承担。
鄂尔多斯纳林河矿区铁路外运通道见下图1-2。
图1-2 纳林河矿区铁路外运通道示意图
3.其它相关矿区
(1)上海庙矿区
上海庙矿区近远期煤炭产量为5000万吨、7600万吨,煤炭外运量为3880万吨、5550万吨,其中本通道承担1300万吨,1800万吨。
(2)纳林希里矿区
纳林西里矿区分奎腾沟、苏布尔嘎、壕赖苏、纳林希里四个矿井,矿区近远期煤炭产量为2300万吨、3000万吨,煤炭外运量为2000万吨、2600万吨,其中本通道承担400万吨、400万吨。
(3)塔然高勒矿区
塔然高勒矿区近远期煤炭产量为2800万吨、3300万吨,煤炭外运量为2440万吨、2940万吨,其中本通道承担100万吨,200万吨。
(三)相关线路货流密度
与本通道相关的主要线路包括东乌线、新恩陶线、陶鄂上线。
东乌线:承担卓子山、塔然高勒、纳林西里等矿区及沿线地方煤炭外运任务,与呼准鄂铁路衔接共同组成张唐铁路的主要集运系统,近期货流密度为5345万吨,其中煤炭4130万吨,远期货流密度为7445万吨,其中煤炭5800万吨;
陶鄂上线:承担上海庙矿区煤炭及相关园区化工品外运,近期货流密度为2635万吨,其中煤炭2590万吨,远期货流密度为3310万吨,其中煤炭3260万吨;
新恩陶线:承担纳林河、呼吉尔特、上海庙煤炭东运为主,近期货流密度为4850万吨,其中煤炭4700万吨,远期货流密度为5260万吨,其中煤炭5000万吨。
三、陕西区域集运系统构成
(一)通道吸引矿区
陕西省共划分为神东、陕北和黄陇三个国家大型煤炭基地,规划神府、榆横、榆神、府谷、吴堡、子长、黄陵、旬耀、彬长、铜川、蒲白、澄合和韩城等13个矿区。
本通道直接吸引矿区主要为榆横矿区、纳林河矿区,通过相关线路可吸引榆神矿区和黄韩侯铁路沿线的黄陵、韩城矿区。
(二)集运运量的分配
1.榆横矿区
(1)榆横矿区建设规模
榆横矿区定位为煤化工用煤、电煤和商品煤矿区,矿区以无定河为界,分为北区和南区。榆横矿区北区总体规划2007年由国家发改革以发改能源[2007]411号文批复,规划11个井田,建设规模暂定3300万吨/年。榆横矿区南区总体规划2006年由国家发改委以发改能源[2006]1364号文批复,规划7个井田和1个预留区,建设规模暂定930万吨/年。榆横矿区总规模为4230万吨/年。目前,红石峡(300万吨规模)矿井已投入生产,波罗井田(1000万吨规模)在建。
2010年陕西省发改委完成《陕北大型煤炭示范基地开发方案》,对榆横矿区南区进行修编,规划10个井田、3个合作区、1 个小煤矿残采区和1个勘查区,建设规模暂定为4320万吨/年。榆横矿区北区建设规模调整为10600万吨/年,榆横矿区整体建设规模为14920万吨/年。目前,榆横矿区南区总体规划修编尚未批复,矿井尚未进行开发主体的划分。
陕北榆横矿区各矿井建设规模见下表1-1。
表1-1 榆横矿区各矿井建设规模表 单位:万吨
(2)矿区煤炭外运量
榆横矿区研究年度近、远期煤炭产量分别为14920万吨、16920万吨,内部消耗煤炭分别为11000万吨、12100万吨,外运量分别为3920万吨、4820万吨,其中铁路外运量近、远期分别为3800万吨和4700万吨。
(3)外运通道分配
陕西榆横矿区共有2条外运通道。
包西铁路:承担榆横矿区北区东部矿井的煤炭运输;
蒙西至华中铁路通道:承担榆横矿区剩余井田的煤炭运输。
通过外运通道分配,本通道承担煤炭外运量近、远期分别为3000万吨、3500万吨,其余煤炭由包西线承担。
图1-3 榆横矿区铁路外运通道示意图
2.榆神矿区
榆神矿区位于本通道东部,近、远期煤炭产量分别为14240万吨、17140万吨,内部消耗煤炭8300吨、9700万吨,外运量为5940万吨、7440万吨。研究年度榆神矿区集运至本通道运量分别为700万吨、1400万吨,该运量主要通过矿区专用线及包西铁路集运至本通道。其中包西铁路(包西沿线)集运400万吨、900万吨;矿区专用线(榆神矿区中北部)集运300万吨、500万吨。
3.黄陵地区
黄陵地区作为我国重要的煤炭基地之一,近、远期煤炭产量达到8000万吨、9500万吨。煤炭除本省消费外,主要经黄韩侯铁路、包西铁路和本通道外运,外运量为5800万吨、7800万吨,其中本线承担500万吨、900万吨。
(三)相关线路货流密度
与本通道相关的主要线路包括包西线、黄韩侯线。
包西线以承担陕北地区、黄陵地区、陇东地区煤炭外运为主,近、远期货流密度达到8846万吨、11702万吨,其中煤炭运量达到6800万吨、9100万吨;
黄韩侯线以承担黄陵地区、陇东地区及沿线煤炭及地方企业产品外运为主,近远期货流密度达到6550万吨、8660万吨,其中煤炭运量达到5800万吨、7800万吨。
四、宁东、晋中南集运系统构成
研究年度宁东地区和晋中南地区经本线煤炭外运量较少,宁东地区煤炭近远期产量可达10000万吨、13000万吨,基本上在宁夏自治区内消费,仅本通道承担500万吨、500万吨煤炭外运,本通道承担晋中南地区煤炭以乡宁矿区、王家岭煤矿煤炭外运为主,乡宁矿区近远期煤炭产量为4000万吨、5000万吨,其中煤炭外运量为2880万吨、3710万吨,其中本通道承担400万吨、500万吨,王家岭煤矿煤炭产量为500万吨、800万吨,全部外运,其中本通道承担200万吨、300万吨。
宁东地区煤炭外运以太中线为主,太中线主要承担宁东地区外运煤炭及化工品,近期货流密度为5420万吨,其中煤炭600万吨,远期货流密度为6490万吨,其中煤炭650万吨。
乡宁矿区煤炭以南同蒲线集运为主,该线承担晋中南地区往西、往南的煤炭运量。预测近期货流密度为2480万吨,其中煤炭715万吨,远期货流密度为3215万吨,其中煤炭845万吨。
王家岭煤矿的煤炭在河津直接上本线。
五、集运系统运量汇总
综合上述分析,蒙西至华中铁路煤运通道浩勒报吉~靖边段集运系统构成见下表3-4。
表3-4 集运系统运量汇总表单位:万吨
鄂尔多斯地区、陕北地区集运站及专用线运量构成见表3-5、3-6。
表3-5 鄂尔多斯地区集运站及专用线运量构成表 单位:万吨
备注:因未来专用线建设存在很大的不确定性,建议每个车站再预留1个集运站接轨条件。
第二章集疏运规划方案
一、呼吉尔特矿区集运系统规划方案
(一)方案构思
呼吉尔特矿区可分为北部井田(巴彦淖、达海庙和图克)、南部井田(其他已划分矿井)和西部勘察区。矿区专用线布局考虑三个方案:全联通方案、半联通方案和支线方案。
1.全联通方案
考虑各矿井流向的不同,为满足矿区投资主体对外运通道选择的灵活性,各矿井对所连接的铁路和接轨站有向多通道、多接轨站发展的趋势,规划在呼吉尔特矿区形成接轨多点化、外运多通道化的格局。
该方案考虑将蒙西至华中煤运通道、东乌铁路、新恩陶铁路联通,然后根据各个矿区情况再从主干线上接支线。该方案由11条专用线组成,专用线布局总规模约275km。
2.半联通方案
考虑将呼吉尔特西部勘察区和北部井田实现连通,形成两个区域向南、向东实现连通的运输格局。
按照井田的合理分工,新恩陶铁路承担南部井田及北部图克、达海庙井田的煤炭外运,东乌铁路承担巴彦淖井田的煤炭外运,蒙西至华中煤运通道承担西部勘察区井田的煤炭运输。该方案由12条专用线组成,专用线布局总规模约272km。
3.支线方案
根据各矿井煤炭的合理流量和流向,考虑矿区外运通道的功能定位及车站运量吸引的合理范围,采用就近接轨原则,各矿井采用矿井专用线与矿区外运通道相连接,各专用线没有实现连通。
按照井田的合理分工,新恩陶铁路承担南部井田及北部图克、达海庙井田的煤炭外运,蒙西至华中煤运通道不仅承担西部勘察区井田的煤炭运输,同时承担北部井田(巴彦淖、达海庙)的煤炭外运。该方案由11条专用线组成,专用线布局总规模约232km。
(三)规划方案比较
呼吉尔特矿区集运系统三个方案比较见下表2-1。
表2-1 呼吉尔特矿区集运系统规划方案表单位:km
二、乌审旗至靖边段集运系统规划方案
(一)集运系统规划方案
按照推荐方案和横山方案两大方案进行集运系统的规划工作。
1.纳林河矿区
纳林河矿区呈现南北带状分布特征,可分为北部后备井田和南部开采井田两大部分。北部后备井田为新恩陶铁路的合理运输范围,南部开采井田中嘎鲁图、营盘壕和白家海子三个井田东运由新恩陶铁路承担,南运由本通道承担;陶忽图、无定河和纳林河一、二号矿井南运由本通道承担。纳林河矿区的专用线布局主要根据各矿井的合理流向范围来选择接轨车站和接轨方向。
2. 陕北榆横、榆神矿区
专用线布局考虑形成连接榆神、榆横两大矿区的南北向骨架线和利用既有的榆横煤化工专用线(一期)向西延伸形成东西向通道。以此作为骨干网络,继续向外延伸支线,覆盖整个榆神、榆横矿区。
推荐方案考虑从靖边东到包西线的神木西站修建主干线,线路从靖边东北咽喉引出,跨太中银铁路,沿芦河西侧前行,经横山县,跨无定河向东北行进,与包西铁路的神木西站接轨,线路全长约198km。横山方案中横山至靖边东段改为通道正线方案,从横山至神木西段修建主干线线路全长约149km。
(二)规划方案比较
关键词:投资控制筒仓优化设计
中图分类号:S611文献标识码: A
前言:我国煤炭资源主要分布在北方和中西部地区,而煤炭的消费却集中在东南沿海经济发达地区,煤炭运输形成了“西煤东运”、“北煤南运”、“铁海联运”的格局。随着东南地区经济的迅猛发展,煤炭资源需求量也急剧增长,能源需求的不断增长,促进了环渤海北方煤码头的快速发展。为扩大北方煤炭运输通道出海口的装船能力,适应煤炭运输要求,使黄骅港与后方铁路运输能力相配套,完善区域港口布局,经国家发展和改革委员会批复建设黄骅港三期工程。
1.三期工程概况
工程建设规模:根据神华集团煤炭生产量对港口的需求,本工程设计年吞吐量为5000万吨,新建2条卸车线;新建煤炭筒仓24个,总容量72万吨;新建4座5万吨级的专业化煤炭装船泊位,码头主体结构按停靠10万吨级散货船设计,水工建筑物结构总长1200m。
2. 总平面布置设计方案比选
在项目作出投资决策后,其关键就在于设计。据研究分析,设计费一般只相当于建设工程全寿命费用的1%以下,但正是这少于1%的费用对投资的影响却高达75%以上,单项工程设计中,其建筑和结构方案的选择及建筑材料的选用对投资又有较大影响。
黄骅港三期工程根据水域、陆域的不同布置提出了3个总平面布置方案,分别对应于3个工艺方案,主要区别是陆上工艺系统布置方案不同。工艺布置方案按卸车系统、堆存系统和装船系统的不同组合分为3个方案:
方案一:工程拟在二期码头北侧新建4座5万吨级的专业化煤炭装船泊位,码头主体结构按停靠10万吨级散货船设计,与二期码头共用港池。堆存系统采用储煤筒仓工艺,筒仓区横向布置,同作业线筒仓中心距46m,相邻作业线筒仓间距51m。筒仓采用全地上式,筒仓高度43m。
方案二:堆存系统采用普通堆场方案,堆场的工艺布置与二期扩容工程堆场统筹考虑。共设置4条堆场,堆场总宽度为272m,其前方横皮带机中心线与东护岸的距离为241m。为满足环保要求,在堆场周围设置防风网。
方案三:堆存系统采用内直径40m、高度43m、24座单仓容量为3万吨的筒仓方案,翻车机卸车系统布置在港区西北侧,采用4线4翻布置型式,由卸车系统卸下的煤炭通过皮带机系统输送至储煤筒仓储存。
综上所述,总平面布置方案三有占地面积小、自动化程度高、对环境污染小等诸多优点,实现了投资、占用海域资源、生产人员配备、设备数量等多方面的节省,且有利于后续工程的建设,因此,采用总平面布置方案三。
采用内直径40m、高度43m、单仓容量为3万吨的筒仓方案,筒仓由基础、筒壁、仓底、仓底支承结构、仓壁、仓顶及仓顶廊道组成。共计24座筒仓,采用独立布置,每座筒仓间距6.0m。
3.方案优化对投资影响
港口作为铁海联运的枢纽,它所体现的功能和价值在于如何安全地、高效率地将多品种的煤炭快速转运出去,同时还要具备配煤等物流功能,物料大进大出,随机因素多,系统相对复杂。在黄骅港三期工程中采用筒仓方案具备优势:
3.1减少筒仓数量,降低工程投资
黄骅港三期工程设计年吞吐量5000万吨,如果按一般港口的堆场堆存量进行推算,则堆场容量约为360万吨,按每个筒仓储煤量3万吨计,需建筒仓120个,仅筒仓土建工程投资就达到41.21亿元(3434万元/个);若按目前黄骅港堆存情况推算,堆场容量约需140万吨,至少约需要50个筒仓,形成一个大的筒仓群,土建投资也达到了17.17亿元。因此,如何合理确定黄骅港三期工程筒仓的规模,是方案是否可行的关键所在,是一个重要的研究课题。
因黄骅港是矿、路、港一体化的运输出海口,可有效地缩短煤炭在港口的堆存期,明显减低了煤炭在港口堆场的储存性质,从而提升了煤炭在港口堆场中的中转性质。通过对黄骅港2004~2009年的堆场有关资料进行统计,发现煤炭在港六年平均堆存期只有3天,大大低于一般港口平均堆存期,规划设计煤炭在港平均堆存期考虑一定安全余量,取4天,从而有效地减少了筒仓数量(本工程只建24座筒仓),降低了工程投资,使得采用筒仓方案也能使港口取得良好的经济效益。
3.2神华集团实行科学化的管理,可调配煤种,保证煤炭储存安全
黄骅港一期、二期工程的煤堆场对三期筒仓来说形成了巨大的缓冲能力,由于神华集团是集矿、路、港、航、电一体化的企业,从产到销完全自主调节,利用先进的管理技术充分发挥可协调的优势,保证煤炭运输各环节的顺畅、高效。同时港务公司又有一套从实践中总结出来的先进科学管理模式,完全有能力将堆存期相对较短的煤种调配到筒仓中储存,将堆存期相对较长的煤种调配到现有一、二期工程普通露天堆场储存,从而有效地解决了因煤炭在筒仓中储存时间过长而发生自燃的问题。这就是黄骅一无二的优势所在。
3.3筒仓与普通露天堆场相连接,保证煤炭储存安全
虽然黄骅港从开港到现在是一步一步发展起来的,但每一期工程都不是独立的,黄骅港所有实施的工程都有机地融合到了一起,使黄骅港设备配置更科学合理,资源利用最充分,从而取得效益的最大化。本次设计,一方面在紧急情况下,可将筒仓中温度超限的煤炭迅速卸至二期堆场,待煤炭冷却后再通过二期工程装船系统装船外运;另一方面也可将筒仓中剩余的小批量煤炭倒至二期堆场,从而提高了筒仓的利用率。可以说二期工程的存在是三期工程实施筒仓方案的有利依托。
综上所述,黄骅港三期工程实施筒仓方案具有其它港口无法比拟的优势,不但在生产管理方面符合筒仓系统的作业特点,保证了筒仓方案的经济效益和安全生产,而且黄骅港的基础设施也对筒仓系统起到了缓冲和保护作用,从而具备了实施筒仓方案的基本条件。
4.结构设计优化对使用功能的影响
4.1仓下结构方案的选择
如何选择适当的仓底型式,是筒仓设计的重要环节之一。根据煤炭系统多年来建成筒仓的统计,圆形筒仓仓底结构的钢材消耗约占整个筒仓钢材消耗的17%~35%,而且在直径、储量相同条件下由于仓底结构选型的差异,材料消耗指标变化的幅度很大。仓底结构的合理布置与否,仓底与仓壁的不同连接方式对于保证滑模施工的连续性有直接的影响。
常用的仓底形式有:钢筋混凝土漏斗仓底、平板加填料仓底、折板式仓底、通道式仓底等。
仓底是否合理,对卸料的畅通与否,影响很大。常用的锥型漏斗卸料不畅通,出现卸料堵塞,单靠机械促流设备并不能完全解决问题,还必须对锥型漏斗结构形式进行改进,综合解决卸料不畅、储料堵塞的问题。
通过对多方案计算比较,仓底推荐采用锥壳平板组合仓底结构。这种仓底结构形式受力明确,具有填料少,结构用料省,施工也比较简便等优点。
4.2仓底支承结构
根据结构平面布置和荷载作用情况,仓底周边平底部分做成梁板结构,仓底周边沿仓壁内侧设置的边环梁支承在筒壁的壁柱上,通过梁板结构将板上的荷载尽量多地传给筒壁,充分发挥筒壁的承载能力。
仓底中间平板用钢筋混凝土墙支承,与传统的廊道式仓底做法类似,并在适当部位开洞,形成通道。
锥壳是很好的空间承重结构,充分考虑了满足工艺漏斗的使用要求,每个锥壳下部设置4个柱,用来支承漏斗传来的巨大竖向荷载。
综上所述,设计采用锥壳平板组合仓底与仓底墙、柱组成的仓下支承结构。
4.3仓底结构优缺点分析
结构合理性:利用漏斗设计成锥壳结构形成了很好的空间结构形式,其使用功能要求和结构受力要求完美结合为一体。锥壳和平板组合成仓底结构,结构形式相对简单,受力明确,施工简便。这种做法与普通平底方案相比,可节省填料,筒仓自重将减少,大大减少传给仓底支承结构和基础的荷载,从而减少其相应造价。另外,由于仓底板顶标高提高了约3.4m,也就使筒壁加高而仓壁降低了相同高度,设计中仓壁比筒壁配筋要大的多,仓壁减矮就意味着少用钢筋,其经济效益也会体现在仓壁设计中。
工程量比较:通过普通平板仓底和锥壳平板组合仓底对比,填料减少,另外还取消了仓底钢漏斗,从工程量比较可见方案具有明显的优越性。
耐磨衬板的选择:通过仓顶皮带机给筒仓装料和卸料时,仓底经常受到贮料的冲击和磨损,需采取防护措施。设计在锥斗、仓底斜面处和仓壁设置衬板,以减缓仓底的磨损程度,延长使用寿命。
根据筒仓内衬使用的情况调查,由于耗磨大、易腐蚀,选用压延微晶板材是成功的。经调查,以此作内衬的部分使用效果极好,一般情况下其各项性能均优于其他类似材料。
4.4仓壁结构部分的方案选择
大直径筒仓结构中,由于贮料荷载的影响较大,其仓壁主要受环向拉力。尤其是在贮料水平压力作用下,仓壁受到很大的环向拉力。采用普通钢筋混凝土结构,往往需要通过增加普通环向受拉钢筋的截面面积来控制裂缝,但仓壁的裂缝开展却是难以控制在合理的范围内。施加预加压力对控制裂缝来说是一种有效的方法。因而引用无粘结预应力技术,在筒仓贮料范围的仓壁上沿环向施加预应力。
(1)筒仓直径大,环向拉力也大,采用普通钢筋混凝土结构不经济,采用预应力混凝土结构可提高结构刚度和抗裂性能,且经济。
(2)高强预应力钢筋的使用,可减少总的用钢量。
(3)在大容量、大直径混凝土圆形筒仓的设计与施工中,要减小仓壁的厚度,提高仓壁的抗裂性能,对仓壁施加预应力具有良好的实际效果。在其工程设计中,应重点控制其有效预应力计算,尤其是对圆形仓壁形成大包角曲线预应力筋张拉的预应力损失计算,同时要注意设计相应的构造措施。
(4)部分预应力仓壁结构、全预应力仓壁结构和有效预应力仓壁结构的比选
全预应力、有效预应力结构较部分预应力的预应力钢筋多,同时筒仓空载时使仓壁混凝土承受较大压力,从而使筒仓的延性较差,降低了筒仓的抗震性能。因此推荐仓壁采用部分预应力结构。
4.5仓顶结构
(1)仓顶结构选择
筒仓仓顶结构的选型主要考虑技术先进、经济合理、施工简便、安全适用及结构的防腐等因素。仓顶结构可采用现浇钢筋混凝土结构、钢梁现浇钢筋混凝土板的组合结构、钢结构。
现浇钢筋混凝土结构梁断面过大,施工须架设满堂支架,且施工要求筒体不宜过高,筒仓直径不宜过大,不适宜本工程。另外,钢筋混凝土仓顶结构有施工速度慢,模板用量大,自重大不利于筒仓泄爆的缺点。
钢梁现浇钢筋混凝土板的组合结构仍然存在模板用量和自重较大,不利于筒仓泄爆的缺点。
钢结构仓顶可采用主次梁结构形式或钢桁架结构形式。仓顶结构钢桁架结构形式。经计算比较,轧制型钢由于翼缘和腹板较厚,钢材用量大,所以钢桁架及仓顶钢梁等主要钢构件采用焊接H型钢。
5.施工依托资源条件
黄骅港经过多年的连续建设,已形成了较好的施工依托条件。施工期间所需的供水、供电等可从港内既有设施接引。目前港区道路畅通,施工所需材料可直接运至现场。
另外,在黄骅港还驻有施工技术力量强,海上施工经验丰富的施工队伍,并且施工设施齐备,施工企业对该区域的地质水文情况及施工环境比较熟悉,积累了大量的工程施工经验,这些优越的外部条件为本工程的组织实施奠定了良好的基础。
6.经济效益分析
计算分析表明,本项目在财务上具有较强的盈利能力和清偿能力及抗风险能力。本项目的实施,大幅度提高了黄骅港煤炭装船能力,将有效地解决神华集团煤炭运输需求迅速增长与港口能力不足的矛盾,也将使黄骅港基础设施资源和朔黄铁路的能力得到更为充分的利用,为集团集团节约了可观的运输费用。同时,本项目的建设将进一步带动黄骅港周边地区的经济发展。
通过优化设计来控制投资是一个综合性问题,不能片面强调节约投资,要正确处理技术与经济的对立统一是控制投资的关键环节。设计中既要反对片面强调节约,忽视技术上的合理要求,使项目达不到功能的倾向,又要反对重视技术,轻经济、设计保守浪费的现象。设计人员要用价值工程的原理来进行设计方案分析,要以提高价值为目标,以功能分析为核心,以系统观念为指针,以总体效益为出发点,从而真正达到优化设计效果。
于洋:工程师。 从事港口工程建设规划工作。工作单位全称:神华黄骅港务有限责任公司
参考文献:
[1](JTS110-4-2008)《港口工程初步设计文件编制规定》
[2](JTS 257-2008)《水运工程质量检验标准》,中国交通运输部
[3](JTJ211-99)《海港总平面设计规范》及其修订
关键词:港口;铁路;接轨方案
Abstract: The scheme on integration; analysis of the first regional standards line, choose connected line, then analysis of convergence line all possible connection points, it can implement several strong, then were compared in detail, finally determine the connecting scheme.
Key words: port; railway line scheme;
中图分类号:U652.7 文献标识码:A 文章编号:
一、项目概况
(一)概况
潮州港位于广东省东南部沿海,是华南地区天然深水良港之一;随着开发建设,将成为闽、粤、赣、台经济重心辐射交汇点。潮州港对外开放水域115平方公里,海岸线长136公里。可利用建码头、泊位的岸线39公里。潮州港具有区位佳、腹地广、水域深三大优势,是建设深水、大等级码头泊位和能源重化工业的首选黄金海港。潮州港陆路交通便捷、四通八达,G324和进港大道及汕汾高速等交通网络配套完善,广梅汕铁路和在建厦深铁路穿越潮州境内,为潮州港铁路的修建提供了良好的外部路网和接轨条件。
(二)区域路网
1.既有概况
粤东潮揭汕地区铁路现状均不发达,目前仅有广梅汕铁路;广梅汕铁路东连珠三角,北通京九线江西段,向西经梅坎线进入福建。广梅汕铁路畲江至汕头段的尽头端经过潮揭汕地区。
区域路网的铁路主要技术标准如下:
(1)广梅汕线:国铁Ⅱ级,单线,内燃,限坡6‰(龙川至梅州)、6/12.5‰(畲江至汕头),最小曲线半径400m,牵引质量3000t,到发线有效长650m,半自动闭塞。
(2)梅坎线(梅州至琥市):国铁Ⅱ级,单线,内燃,限坡12.5‰,最小曲线半径400m,牵引质量2000t,到发线有效长650m,半自动闭塞。
总体可见,本区域路网密度较低,线路标准低,列车时速低,区间平图能力较小,输送能力虽有一定富裕,但随着区域内经济发展,特别是沿海港口货运量的快速增长,既有线通过能力将难以满足快速增长的客货运输需求。
2.区域路网规划
粤东地区路网处于粤闽赣三省交汇处,是联系广东与闽东南沿海地区以及江西等内陆地区的重要区域。根据中长期铁路网规划,粤东地区在建及规划的主要项目如下:
新建快速及普通铁路:沿海铁路、鹰梅、浦梅、龙川至汕尾、广州至汕尾等。
既有铁路改造:广梅汕、梅坎等既有线路扩能改造。
通过规划实施上述项目,研究年度粤东地区路网结构和质量极大改善,复线率提高,并全部实现电气化牵引。路网机动灵活,运输能力、运输质量能够适应区域国民经济和社会快速发展的需要。
(三)经济运量
1.港区概况
潮州港2011年全港吞吐量为937万吨。
潮州港规划形成四个港区,包括三百门港区、西澳港区、金狮湾港区和韩江港区,近、远期吞吐量预测分别为3545万吨、6900万吨。重点港区为金狮湾港区,主要货物品种为煤炭及石油化工品。煤炭主要往梅州市的大埔电厂、荷树园电厂、塔牌水泥厂等地疏运。
2.铁路运量预测
潮州港铁路货运量主要包括二个部分:一是沿海的金狮湾港区的集疏运量,二是铁路沿线饶平县少量的货运量。经预测,全线的货运量近期发到运量为1070万吨,其中发送1020万吨,到达50万吨;远期发到运量为1403万吨,其中发送1287万吨,到达116万吨;主要为煤炭及石油化工,流向主要为粤东地区梅州市及以远。其中沿海的金狮湾港区的集疏运量,近期发到运量为1005万吨,其中发送985万吨,到达20万吨;远期发到运量为1325万吨,其中发送1245万吨,到达80万吨。
二、接轨方案研究
(一)接轨线路方案
本线可以从在建的厦深铁路、既有广梅汕铁路和漳龙铁路上接轨:
1.本线自在建的厦深铁路接轨:
(1)在建的厦深铁路为国铁Ⅰ级双线电气化铁路,以客运为主,兼顾货运,设计行车速度达200km/h,近期客车每天开行60对,货运每年600万吨,远期客车每天开行80对,而货运能力将逐渐压缩。如本线在厦深铁路接轨,近、远期均超过了厦深铁路的货运能力,对厦深铁路的影响大。
(2)本项目疏运货物的流向最主要的是梅州市。货物从港口到梅州市,如走厦深铁路接轨的路径,则先从港口到厦深铁路的饶平站,再经厦深铁路到汕头,在汕头转广梅汕铁路后经汕头、潮州、揭阳至梅州,运输路径迂回折角,后期运输费用和能源消耗相应较大。
(3)根据铁道部发展的思路:运输实行客货运分流,严格控制货运专用线在客运线或200公里以上高速铁路上接轨。根据国内目前其他客货共线速度达200km/h的快速铁路货运的运行情况,货物列车基本还没有开行。
2.本线在广梅汕铁路接轨:
本线在广梅汕铁路的接轨有潮州市和揭阳市可选,分析如下:
(1)本线在广梅汕铁路潮州市境内的潮州站接轨,线路长约73km,需跨越韩江,穿越潮州城区,拆迁和实施难度都很大,同时与潮州市的城市规划不符。
本线在广梅汕铁路潮州市境内的潮安站接轨,线路长约70km,接轨站处于潮安县城,拆迁和实施难度都很大;同时本方案需经过汕头市澄海区,协调难度和实施难度均很大。
(2)本线在广梅汕铁路揭阳市境内的玉窖接轨。玉窖站位于揭阳市与潮州市交接处,玉窖站是广梅汕铁路初期开站,后来关闭。本项目疏运货物的流向是粤东地区及中西部内陆地区,其中最主要的是梅州市。货物从港口到梅州市,如走在广梅汕铁路接轨的路径,则先从港口到揭阳市的玉窖站,再经广梅汕铁路和漳龙铁路到梅州市;运输路径顺直。
因此,本线如在广梅汕铁路接轨最合适的接轨站为玉窖站。
3.本线在漳龙铁路接轨
本线在漳龙铁路上接轨可以选择的接轨点有大埔和松口
(1)由于本线运输的煤炭主要运输到梅州的大埔电厂、梅州丙村荷树园电厂,以及塔牌水泥厂、兴宁华润热电厂等,这些主要供煤点基本都在漳龙铁路附近,以最短的线路接入漳龙铁路是今后减少运输费用的前提。
(2)漳龙铁路大埔站是距离潮州港区最近的站,松口站则距离港口较远,同时该大埔站还是本线主要供煤点大埔电厂的接轨点。
因此,本线如在漳龙铁路接轨最合适的接轨站为大埔站。
综上,重点研究的两个接轨点为广梅汕铁路玉窖站和漳龙铁路大埔站。
(二)线路方案研究
根据对接轨点方案的分析,本线的接轨点可选广梅汕铁路的玉窖和漳龙铁路大埔二个点,因此研究起点确定。通过前面对港区经济运量分析,需通过铁路运输的港区主要为潮州港的金狮湾港区,因此研究终点确定。研究主要分为两大系列方案研究:接广梅汕铁路方案和接漳龙铁路方案。
1.广梅汕铁路玉窖接轨方案
(1)方案走向说明
线路自广梅汕铁路玉窖站汕头端引出,折向东北进入潮州市境内;线路沿山边从潮州西北面绕过潮州城区进入古巷镇,往东跨越韩江进入意溪镇;穿山后与沈海高速并行下穿在建的厦深铁路桥,经钱东镇上跨沈海高速至其南侧,再跨黄冈河在饶平县城北面设黄冈站及货场;出站后折向南跨越G324和疏港公路,最后并行疏港公路向南进入金狮湾港区设港湾站和装卸场。
(2)方案主要工程量
本方案线路全长为82km。线路途经揭阳市和潮州市范围,其中在揭阳境内约2.3km。该方案基本以避绕城区为主,尽量减少拆迁。
2.漳龙铁路大埔站接轨方案
(1)方案走向说明
线路自漳龙铁路大埔站漳平端引出,至在建的粤电大埔电厂对岸处折向东南跨越汀江,沿梅潭河南行,从大埔县城西侧经过,折向南穿山经光德镇后进入潮州市饶平境内;经新丰、三饶后折东从汤溪水库东面通过,继续向东南前行经浮山、新圩、联饶后下穿在建的厦深铁路桥,至饶平县城以北设黄冈站及货场;出站后折向南跨越G324和疏港公路,最后并行疏港公路向南进入金狮湾港区设港湾站和装卸场。
(2)方案主要工程量
本方案线路全长为124km。线路途经潮州市和梅州市范围。该方案基本以经过大埔山区和饶平县为主,尽量减少拆迁。全线桥隧比较玉窖接轨方案大。
3.方案比较分析
线路接大埔站和接玉窖站两个方案各有利弊:项目总投资玉窖接轨方案较节省;本项目的主要功能是煤炭运输,煤炭的需求的电厂和水泥厂都在梅州,从运输成本方面,煤炭从港口运输到梅州的需求地,大埔接轨方案可以直接上漳龙铁路而到达目的地,而玉窖接轨方案需通过广梅汕铁路再上漳龙铁路到达目的地,运输成本玉窖方案要高,通过计算:接大埔方案的运输成本平均为36元/吨,接玉窖方案的运输成本平均为40元/吨;但从工程投资和今后运营成本综合比较来看,玉窖接轨方案成本要比接大埔方案的低。比较如下表:
(注:静态投资指标玉窖方案按4000万/公里,大埔方案考虑到桥隧比高、按4300万/公里;本线运营成本主要考虑维修费,每年按24万/公里。)
由上表可见,虽然大埔接轨方案运输距离短、运费较低;但初期土建投资成本过高,导致总的费用仍然较高,前期投资压力大、项目效益太低。因此,最终推荐广梅汕铁路玉窖站方案。
三、结束语
潮州港铁路接轨方案的研究是间接接终点相邻线路和直接接终点所在线路的比选;本次通过对间接的玉窖接轨方案和直接的大埔接轨方案的土建投资、运费及运营成本进行综合比较,最终得出间接的玉窖接轨方案为更优的方案。
(一)化石能源储量及开采情况
化石能源(石油、天然气和煤炭)是经济社会发展和提高人民生活水平的物质基础。世界化石能源的剩余探明可采储量为9000亿吨油当量(toe)。其中,石油和天然气均为1600亿toe左右;煤炭储量最为丰富,为6000多亿toe。
石油资源分布极不均衡。中东、俄罗斯和非洲的石油探明可采储量占世界总量的77%,是世界商品石油的主要来源。亚太地区的石油探明可采储量和消费量分别占世界总量的3.3%和30%。中国相应的份额分别为1.3%和9.3%,是石油资源相对短缺的国家。
石油是重要的化石能源资源,在全世界一次能源消费结构中,石油所占的份额中约为40%左右,是形成现代工业和促进经济增长的动力。
煤炭是古老的燃料,从19世纪60年代开始大规模开采、使用。至今,在中国、美国等一些国家中,煤炭仍用作主要的发电燃料。中国是煤炭资源丰富的国家,煤炭仍然是主力一次能源,份额保持在70%左右。
为提高使用效率、减少排碳和对环境的污染,煤炭应用的创新方向是发展洁净的煤炭技术和煤炭液化、转化技术,生产运输用液体燃料和化工产品。
(二)石油消费情况
世界石油年消费总量近40亿吨,工业化国家(经合组织和俄罗斯)的消费量占62%;占人口大多数的非工业化国家(新兴市场经济体),石油消费量仅为38%。
美国是石油消费量最多的国家,年消费量为9.4亿吨,相当于其他5个消费大国(中国、日本、德国、俄罗斯和印度)消费量的总和;人均石油消费量3吨多。中国的石油消费量为3.6亿吨,人均消费量较低,仅为0.28吨左右。
不同国家的民用、商业和工业的能源消费量和消费品种均各不相同。交通运输部门的能源消费以石油产品为主,石油总消费量中约有70%用作运输燃料油,此份额的多少各国均不同。在氢燃料和燃料电池汽车大规模进入市场之前,这种消费形势将不会有太大的变化。
中国是经济快速增长、尤其是以制造业为主的发展中国家,为了给生产厂增加原材料和能源供应,运输服务功能就需要加强。人均收入提高之后就会促进道路和航空运输服务的发展。近年来,中国运输、邮电和仓储的石油消费量约占石油总消费量的25%左右;中国仍然是人均燃料油消费量较低的国家。随着汽车数量的增长,运输部门的燃料消费量就会相应上升。
美国的年人均运输燃料油消费量2.3吨。欧盟各国平均1.0吨,中国仅为0.08吨。
(三)能源的转型
在人类发展历史中,在能源使用上已经历了好几次能源转型。从使用木材、薪炭为燃料到19世纪中叶大量使用煤炭,20世纪30年代开始向使用石油过渡,目前正在向以天然气为主的方向转变。随着石油资源的逐渐减少,未来三四十年后产量即将达到峰值,此后进入“后石油时代”。在石油资源将逐步被替代的前夕,科学技术界提出了林林总总的替代方案和工艺路线,替代能源课题涵盖了众多的科学领域、技术专业和产业行业。替代能源项目的实施会受到资源、技术、经济和实施条件等因素的约束,需要根据一定的时空条件做出技术经济评估,规划出发展路线。
氢燃料时代:构建以氢燃料为基础的能源系统是一项需要较长时间才能完成的系统工程,包括许多工程技术课题的研发,如原料开发、制氢方法、氢气储存运输技术、氢能燃料电池系统和车辆、氢能安全和氢能系统设施等技术。
发展氢燃料的三大课题是:开发高功率、长寿命、廉价的燃料电池;实现高能量密度的车载与地面氢燃料储存设施;使用可再生能源的廉价制氢工艺技术有待突破。
从使用化石能源为主的时代过渡到氢燃料时代也许需要几十年甚至一个世纪。
对于发展氢燃料仍存在着不同观点。
支持者认为应该接受氢能,因为没有其他有竞争力的运输燃料替代方案。电力、生物质和化石基的合成油替代方案都不可行。
由于燃料电池汽车简化了汽车的机械、液压转动系统和生产工艺;汽车制造商就会接受燃料电池汽车技术。汽车主了解燃料电池汽车具有加速快、行车安静、维修量小等特点之后也会接受这种新型汽车。
反对氢燃料人士认为“氢能是黑色的”,因为它目前主要来自煤炭等能源。发展氢能不能迅速解决能源、温室气体问题。发展汽车用燃料电池和氢气的系统设施还面临许多技术、经济的障碍。
总之,氢燃料作为替代石油产品在节约燃料、减少温室气体排放和改善汽车性能等方面均有优点。尽管对发展氢燃料仍有争议、又难确定推广日程,及早做出发展规划和经济论证是有意义的。
(四)石油替代
世界石油资源量终将逐渐减少以致最终枯竭,石油资源匮乏是人们关注的热点问题。对于石油产量到达峰值时间,不同学者提出了各种不同论点。一些学者曾预测世界常规原油生产的峰值将在2010年到达,有的则认为常规石油产量可持续增长20--30年或更长时间。按照目前石油年产量和年增长速率预测,当石油年产量达到峰值(60亿吨)后,产量就将逐步下降。
总体形势是:(1)勘探、钻采技术进步可将更多的石油资源开发成为探明可采储量;(2)非常规石油(包括油砂沥青、特重原油和油页岩等)储量丰富,开采、炼制技术不断进步,将补充常规石油的不足;(3)替代燃料生产技术(包括风能、太阳能、生物质能等可再生能源及核能的推广应用)、非常规石油资源开采及其加工技术、天然气制油(GTL)技术、煤炼油技术(cTL)、生物质制油技术(BTL)等的发展和应用将可逐步替代部分石油资源;(4)燃料使用技术和节能技术的进步将减缓石油消费的增长。
从目前石油生产形势看,约有63个产油国的产量处在峰值后期,35个国家尚未达到峰值。世界石油产量达到峰值的时间取决于石油消费的年均增长率和科学技术的进步等条件。较高的石油资源基数会推迟峰值产量到来的时间。近几十年来,石油资源基数不断攀升,已从上世纪40年代的820亿吨,升至2000年美国地质勘探局(USGS)估算的最高值5310亿吨。
尽管石油产量的峰值有可能于本世纪中期出现(可能会推迟),但如不未雨绸缪,届时必定会m现全球性的能源危机。人们应该认识到:至本世纪中期(2050年),尽管石油资源将逐渐减少,如果及时、积极地采取应对措施,在石油产量达到峰值之前解决石油替代问题,那么石油资源匮乏问题将得到一定程度的化解。
中国油、气资源相对短缺,发展替代能源尤其具有重要意义,也是解决能源问题的根本途径。除了具体项目的实施需经反复地技术经济论证之外,具体发展方针、工艺路线更需要高层决策者根据国家资源条件、技术发展状况,高屋建瓴地从国家的长远规划角度和可持续发展理念出发,预测到替代能源方案三五十年的发展前景,进行统筹安排、制定替代能源发展
战略和路线,实现能源转型。
本文试图以我国资源、技术条件为基础,就发展运输燃料的宏观经济评估问题做一探讨。根据国内石油用途及使用情况,论述内容以运输燃料的替代为重点。结合我国的国情和资源状况,着重介绍煤基和生物质基的替代燃料生产技术和交通运输工具及其节能问题。抛砖引玉,供有关领导和决策者参考,其中涉及到的具体技术课题,请参阅笔者编著、即将由中国石化出版社出版的《石油替代综论》一书。
二、宏观评估的基准
(一)原料资源及其可得性
生产替代燃料的原料种类繁多,性质各异、可得性也不同。必须衡量资源量及可供应量等做出评估。
煤炭资源:中国是煤炭资源较为丰富的国家,国土资源部公布的煤炭探明可采储量为2040亿吨。全国煤炭预测资源量约为4.55万亿吨。但我国又是人均煤炭拥有量偏低的国家(中国和美国的人均煤炭拥有量分别为160吨/人和800吨/人)。
中国的煤炭消费以发电、供热(占50%)和工业用煤(包括炼焦、建材等占40%)为主;民用、农业、商业和交通运输用煤占10%。
国民经济高速发展,使煤炭消费量迅速增长,煤炭年产量已增至26亿吨。
发展煤制油(CTL)产业,需耗用大量的优质煤炭原料(每生产1吨运输燃料油,约需耗煤4吨),应根据发电、工业和服务业发展的用煤量来综合规划替代燃料生产的煤炭可供应量。
天然气资源:是生产替代燃料、氢燃料的重要原料,我国的天然气资源相对较少。
生物质资源:包括谷物和油料植物、木质纤维素秸秆和能源作物。数据显示:中国乃至亚洲均为可再生能源(包括生物质、太阳能、风能、地热和水力)短缺地区,人均拥有量仅为100公斤(世界人均值为300公斤)。中国农业、林业生物质废料资源不足、也未建成生物能源产业。有合适水资源的荒漠地区可发展生物质能源的种植。
生产燃料乙醇和生物柴油的玉米和植物油均为农作物,不仅占用良好耕地、光合效率也低。我国的人均粮食、油料占有率均较低(人均粮食占有率仅0.38吨/人・年),所以玉米生产乙醇和食用植物油生产生物柴油均不应是替代燃料发展方向。
中国农作物秸杆资源量约为6亿吨。扣除饲料、还田用肥料等,可供作能源资源量约折合标准煤1.7亿吨,林业废料约折合标准煤3.7亿吨。
甜高粱制乙醇是开发中的技术。茎杆中的糖分可发酵生产乙醇,榨汁后的纤维素和半纤维素也可用作生产乙醇原料。
生产薯类作物地区可以发展薯类制乙醇技术,用木薯制乙醇每亩地可产乙醇0.2吨。除了薯类的前期预处理过程与玉米原料不同外,其他工序均相近。薯类发酵的残渣营养价值较低,通常用作沼气或肥料。加工薯类淀粉的水耗量较大,污水处理难度较大。
(二)能耗与能效率
替代石油生产过程的能耗是重要的经济指标。
煤直接液化为高压高温操作、生产流程长。水电等公用工程和氢耗量均较高,生产过程综合能效率为50%左右,即使用2吨一次能源(煤)最终转化为1吨油品。
煤间接液化采用一次通过式合成流程、与联合循环发电技术相结合的联产流程是生产运输燃料油的优化路线。联产合成油的IGCC电站系统可以提高能效率(达到52%--55%,常规合成仅为42%左右),并可降低建设投资和生产费用。
目前玉米生产燃料乙醇的能效率已达1.34。每生产1公斤高热值的燃料乙醇需消费化石能源0.34公斤(包括玉米耕种、玉米收获、乙醇生产和燃料乙醇分配)。
生物柴油的能效率为1.313。即每生产1公斤能量的生物柴油需消费化石能源0.313公斤。
所以严格说,目前的生物燃料并非完全的“绿色燃料”。
(三)环境影响与温室气体(GHG)排放
用碳基化石能源生产替代燃料造成的温室气体排放量超过原油炼制过程。以煤炭生产合成油为例,煤炭中约70%含碳在合成过程转化为CO2排入大气中,造成温室气体效应。即使采取CO2回收或填埋技术后,也仍有约10%含碳未能回收而排入大气中。
在CTL生产流程中应考虑CO2回收、利用,以解决温室气体排放问题。CTL生产过程中增加碳回收将导致过程的能效率降低2%--3%,生产成本约增长25%。建设投资也将相应增加。
以CITL为例:每吨合成油的碳排放量2--2.4吨(联产电力的合成油厂,碳排放量约相当于进料含碳量的72%--77%。CO2回收系统的碳扑集量约相当于原料煤含碳量的70%)。
替代燃料生产过程还可能造成大气污染物的排放,对局部的环境和居民健康构成危害。例如:硫氧化合物(SOX)扩散范围可达几百公里。形成“酸雨”危害土壤和农作物生产。澳大利亚曾计划发展大型油页岩工业项目,由于未能解决二恶英毒害防治问题而被迫搁置、停建。
(四)建设投资
煤炭直接液化或间接液化工厂的单位油品(吨/年)的建设投资约1.2万元,炼油能力为500---1000万吨/年的燃料型炼油厂,单位生产能力(吨/年)的建设投资约在1500--2000元。据此估算,与投资有关的折旧费、维修费用和保险费等项均相应增大,煤制油项目的固定成本约为炼油项目的6倍。
煤直接液化过程包括高苛刻度的加氢过程和大量的固体物料破碎、研磨过程;水电等公用工程能耗为20公斤/吨产品,使生产成本增高。
宏观而言,CTL项目应包括相应的采煤、铁路运输、供电及供水等公用工程设施,综合投资费用就更高了。
(五)生产成本与价格
替代燃料的生产成本与原料价格、公用工程消耗量和建设投资密切相关。由于CTL是投资密集的工业,不仅固定成本会相应增加,税率和资金回报率也应相应增加,才能促进资金积累和鼓励投资信心。考虑这些因素,CTL的投资利润率应不低于12%。
上述增加成本因素必然导致替代燃料价格上升,对石油燃料的竞争力降低。
(六)占用土地
多数生物质能源是靠光合作用、摄取太阳能获得的。发展生物质原料生产需占用大量耕地或开垦荒漠土地。就土地的“能量收获密度”而言,不同产品差别很大。粮食生产乙醇的转化效率低:单位耕地面积的乙醇产量差别很大:甜高粱:4.0;甘蔗;3.1;玉米:1.3吨/公顷。
每生产1吨生物柴油占用耕地面积(公顷):大豆:2.7;菜籽油:1.0;蓖麻油:0.84;棕榈油:0.2。
黄连木每亩地可产生物柴油60公斤(产1吨油需占地17亩),麻风树果可产生物柴油180公斤(产1吨油需占地5.6亩)。
微藻生物柴油每公顷可达到40--60吨产量,不需占用耕地,可利用荒漠土地,但对日照强度和二氧化
碳供应有特定要求。
(七)水资源
替代燃料生产过程需耗用一定量的水资源。直接液化CDTL的耗水指标为7--8吨/吨生成油;间接液化CITL的耗水量指标为8--10吨/吨生成油。若包括原料煤的水洗,则总耗水量可达10--12吨/吨生成油。水资源也是发展CTL工业的制约因素。中国北方是水资源短缺地区。
微藻生产生物柴油,在微藻培育过程需要补充水,可使用盐碱水或海水等非饮用水源,取决于藻类的品种。在荒漠地区发展微藻生物柴油尤其需要考虑水源问题。
三、石油替代方案
运输车辆的能耗与客货运输量、车辆的效率、使用燃料种类有关、提高运输车辆的效率对于节约燃料、减少温室气体排放均具有重要意义。
替代燃料的发展路线应与汽车发动机和汽车发展趋势相适应。从使用内燃机汽车、推广混合动力汽车(HEV)到未来的燃料电池汽车是必然的发展趋势。这一发展时程要经历较长时间和逐渐的过渡。因此,不同时期需要有不同的替代燃料发展路线。最先是解决汽、柴油和航空燃料的替代;然后是为推广插电式混合动力汽车(PHEV)或电动汽车提供电力;最终则是为燃料电池汽车提供氢燃料。
改进、提高运输车辆效率的节能效应是显著的。例如:常规内燃机汽车通过改进发动机系统、传动系统、机泵负荷、驱动系统和减低车身重量等就可提高汽车的行车效率。汽车内燃机的均匀充气压燃技术可大大节约油耗。推广HEV汽车和发展燃料电池汽车的节油效应更为显著。1公斤氢燃料就约相当于8升汽油。
按照油箱到车轮(TTW)表示的运输过程能量效率计算:常规火花塞式的汽油内燃机汽车的TTW效率为16.7%;混合动力汽油内燃机汽车为20.7%;可使燃料经济性提高24%。未来的氢气燃料电池汽车可按40%计算;燃料经济性约可提高150%。
生产替代燃料的原料包括煤炭、天然气、生物质、太阳能、风能、核能等。不同发展时期的使用的替代燃料有:液体替代燃料(替代汽油和替代柴油,燃料乙醇、生物柴油等),然后是电力,最终是使用氢燃料。
以下按不同的原料(煤炭、天然气和生物质等)生产各类替代燃料工艺方案的宏观经济性论述如下:
(一)煤炭
在内燃机汽车时代,用煤制油技术生产液体替代燃料的两种工艺均有在进行产业化示范的项目。国内具备了煤制油技术的工程设计和建设能力
在油价较高、煤炭价格相对较低的条件下,在煤资源丰富地区适合建设煤制油工厂。
煤制油是投资密集的产业,还需要配套建设相应规模的煤矿、交通运输和公用工程系统设施。全系统的综合投资可能高于深海天然石油、非常规石油的开发,做好CTL建设项目的综合宏观技术经济论证是必要的。
煤制油过程造成了温室气体排放效应,需要采用CO2回收和埋存技术以减少排碳。建设减排设施将降低过程的能效率,还将导致每吨油品增加上千元的减排费用。
1、煤直接液化(CDTL)技术
国内建设的CDTL项目,在工艺流程、工艺设备和控制技术等方面均有改进和创新;已进展到大型工业示范阶段。
CDTL为高压加氢技术,工艺特点是使用高压、高温工艺设备,操作条件苛刻;耗用大量氢气。汽油质量好、柴油十六烷值低,需经过调合才能出厂
2、煤间接液化(CITL)技术
国内正积极推动CITL技术的产业化,已建设了3个示范厂。
主要优点:生产洁净的成品油、柴油质量好;生产费用低于CDTL,适合于在生产过程中回收C2。
主要缺点:工流程较长;能效率较低(常规流程42%,联产电力较高、约50%--55%),石脑油不适合制造汽油,而适合用作裂解(生产乙烯)的原料。
由整体燃气化联合循环(IGCC)发电与合成工艺组成的油一电联产系统可扩大生产规模、提高系统能效率(55%),相应降低建设投资。
发展合成油工厂的几个技术问题:
①由大型煤气化炉、先进合成技术和IGCC发电系统组成的联合工厂在工程建设和生产运行上均缺乏经验。
②联合工厂耗水量大,(用水指标约为8--12吨/吨合成油),污水处理和对地下水源污染问题也值得关注。
③煤矿规模应与合成油工厂配套,生产规模为年产合成油300万吨合成油厂,年耗煤量为1500---1600万吨(包括发电和燃料用),需要配置大型煤矿基地。国家应根据资源条件配合电厂扩建考虑建设油电联产企业。
④温室气体排放问题:每吨合成油的碳排放量2--2.4。
3、煤电为电动车提供能源需要采用洁净的煤燃烧技术提高发电的效率。IGCC煤发电技术的能效率达40%。建设投资较高(约8000元/kW)
4、煤制氢:在氢燃料推广初期将以煤制氢为主要方式。采用先进技术的大型煤制氢工厂,氢燃料成本就可降到燃料电池汽车可接受的水平
(二)天然气
近年来我国天然气资源量有了较快增长。但是,目前国产天然气量和进口液化天然气数量仍不能满足城市民用燃料和调峰发电的需要。考虑到资源可得性和原料价格等因素,应慎重评估建设天然气制油(GTL)项目的技术经济可行性。
(三)生物质
在内燃机汽车时代,生物质替代燃料的主要发展路线为燃料乙醇、生物柴油、微藻柴油和生物质制油等项。
1、燃料乙醇
(1)纤维素生物质生产燃料乙醇。纤维素(如秸秆)制燃料乙醇技术:用农业秸秆或能源作物生产燃料乙醇可望于5--10年内实现工业化。纤维素制乙醇的技术课题是提高纤维素水解效率、降低纤维素酶的成本、开发木糖发酵用的微生物菌种和优化生产过程,如果这些关键技术能在今后10年内取得突破性进展,2020年将有可能达到替代率达到20%的水平。开发中的技术包括:
①开发水解用的纤维素酶:纤维素酶是由具有不同功能多种酶的重组体。美国研发目标是降低酶的生产成本(把酶的有效成本从170美元/吨乙醇降低lO倍,达到17美元/吨乙醇)、提高酶的比活性。近期把纤维素酶的比活性提高3倍(相对于Trichodermareesei系统),最终目标是把酶的‘比活性’即生成效率提高10倍,我国也应制定相应的目标。
②糖类发酵用的微生物:为了实现秸秆生产乙醇技术的工业化,需采用DNA重组技术开发出一种新的微生物重组体,以便可以同时将葡萄糖、木糖和阿拉伯糖发酵为乙醇。研究发现:植入几种DNA基因体的发酵单胞菌可以同时进行葡萄糖、木糖和阿拉伯糖的发酵。已经开发出了具有乙醇产率高、可在低PH值条件下发酵、副产物产率低的菌种;适合于工业生产使用。
③联合流程:为了将纤维素生物质完全转化为乙醇需要采用联合发酵流程。使用可以同时将葡萄糖、
木糖和阿拉伯糖发酵为乙醇的微生物,在生产上可降低耗电量;减少冷却水用量;将发酵罐生产能力从2.5克/升小时提高至5克/升小时,从而可以大大降低发酵罐的容量,降低建设投资。
(2)粮食生产乙醇不是发展方向,这是因为:粮食作物的光合作用的效率低;粮食生产乙醇的转化效率低:单位耕地面积的乙醇产量(吨/公顷):甜高粱为4.0;甘蔗为3.1;玉米为1.3;中国的可耕地面积少,人均粮食水平偏低(仅约为0.38吨/人・年)。
(3)其他原料:非粮乙醇生产技术研发现状。甜高粱:具有不占用耕地和光合效率高、抗旱、耐涝耐盐碱等特性。每亩地可收获鲜茎杆4--5吨。茎杆的榨汁作为发酵制乙醇的原料。目前,茎秆的储存、防止霉化变质和木质纤维素利用等技术问题尚未解决。薯类:在盛产薯类地区可适当发展燃料乙醇的生产。
2、生物柴油
2006年世界生物柴油总产量约为750万吨,相当于680万吨(油当量)。
生物柴油的原料种类繁多。除了食用植物油外、发展木本油料作物、回收餐饮废油等非食用油资源是发展生物柴油的方向。 发展生物柴油工业,需要为副产甘油开发新的用途。生产环氧氯丙烷、1,3-丙二醇可供选择。
植物油经过加氢处理生产绿色柴油是第二代生物柴油工艺。产品具有高十六烷值(80)、超低硫含量和不含芳烃等特点。国外已建成了工业生产装置。此类装置适合于建在炼油厂内部以充分利用已有的供氢和水电供应设施。
10万吨/年生物柴油工厂的建设投资约3亿元左右,折合单位能力的建设投资指标为3000元/吨/年。
以大豆油为原料生产生物柴油工厂的生产成本与植物油原料价格密切相关。大豆价格为3000元/吨和4000元/吨时,生物柴油生产成本分别约为4700元/吨柴油当量和5100元/吨柴油当量。
3、微藻柴油
美国等国家已经对微藻生产生物柴油课题进行了近30年的开发研究,经过实验室和户外研究,已经在优选藻类品种、光合作用机理、培育方法和条件、培育水池构造等方面取得成果。一些公司正在积极从事“露天微藻培育水池”和“微藻光生物反应器”的开发,推动微藻柴油的工业化生产。
微藻生产生物柴油的工业化取决于地区拥有的资源条件、微藻生产技术和工艺设备的开况。
资源条件主要包括:气候和日照条件、C2和营养物的来源;微藻柴油工厂应靠近炼油厂、发电站、油田天然气田以便就近取得CO2;可用的水源,微藻培育过程需要补充水,可使用盐碱水或海水,取决于藻类的品种。
微藻培育:培育微藻设施已经研制了光生物反应器和露天培育水池两种方案。在建设投资和运行上各有优缺点,均处于研究、开发阶段。尚未进入工业示范阶段。
微藻生产技术包括微藻收获、生物质干燥、提取生物油等过程,均为开发中的技术。
微藻柴油的主要优点是单位土地面积产率比用植物油生产柴油高出几十倍,且不占用耕地。但在土地上布置大面积的开放式培养池或密闭式光生物反应器,需要巨额投资。
4、生物质制油(BTL)
国外已开发成功了木质纤维素两段气化生产合成气技术,并已建成了合成气生产运输燃料的示范装置。
生物质制油包括生物质气化和合成2个工序,系统热效率较高(50%--55%)。但生物质原料的集运困难,考虑适宜的原料收集半径,BTL生产规模以年产生物油≤10万吨为宜。BTL单位投资约为1.5--1.8万元/吨/年,高于CTL。
5、生物质发电厂
规模为25--50MWe热效率(28%),远低于大型IGCC燃煤电厂。建设投资也高于后者。
生物质发电改为煤一生物质混烧具有减少排碳效应,是更适宜的组合。
四、对比方案
石油替代的宏观规划存在诸多的不确定因素,除了应反复论证、及时修订外,尤其需要根据资源、工艺路线和目的产品等条件做出不同方案的横向比较,才能得出较为切合实际的发展方针、路线。
许多一次能源(如煤、天然气、生物质和微生物)都能通过CTL、GTL、BTL和AGL(微藻制油)等技术路线转化为烃燃料,但它们同时也可是发电(CTE、GTE、BTE)的原料。从而可组成不同的横向对比方案。例如:既可引出诸如煤发电一生物质制油与煤制油一生物质发电的两组宏观对比方案。又可引出(用太阳能的)微藻制油一煤发电与煤制油一太阳能发电两组宏观对比方案。另外,电力汽车的能耗低于内燃机汽车,于是,从原料煤开始,可以有煤制油、煤发电两组对比方案,从中可以看出发展电动汽车对社会和消费者的节约效应。实例说明如下:
(一)煤或生物质交叉生产电力或运输燃料
设定煤制油―生物质发电和生物质制油―煤发电两组方案。煤制油和生物质制油规模均为年产运输燃料油100万吨;或是用煤、生物质为发电燃料,进行两组方案的对比。原料年消耗量分别为:煤炭330万吨,生物质原料600万吨。综合比较主要结果如下:
能效率:BTL的能效率(48%)略高于CTL(42%)。生物质发电能效率(28%)低于IGCC燃煤发电(40%):
建设投资:BTL规模较小,单位建设投资比CTL高(约20%)。原料煤量同等的CTL31)--投资(140亿元)高于煤IGCC发电厂投资(110亿元);
生产规模:生物质大规模集中运输困难,BTL只能到年产10万t级规模,生物质发电厂规模在25--50MWe之内;
环境效应:CTL的温室气体排放率为石油炼厂的1.8倍,煤―生物质联合制油(CBTL)的GHG排放率仅相当于原油炼制过程的20%,故环境效益好于CTL;
生物质发电改为煤―生物质混烧也是合理的组合。
(二)电动汽车和汽油汽车的能效率对比
实质上是CTL-煤发电的能效率对比。
HEV汽车可将回收的动力转化为电力再利用,插电式混合动力汽车(PHEV)可直接用电力替代汽油。若常规内燃机汽车每百公里耗油量按7.2升计、电动汽车耗电量按18kWh计,则相应的油-电当量为:2.5kWh电力可替代1升汽油。
若汽油和电力均为来自煤炭,上述事例既说明先进交通运输工具的节能意义,又表明不同煤炭利用路线的经济性。说明如下:
暂按4.0kWh电力替代1升汽油计算,即5.4MWh电力(即1kW装机容量)相当于1吨汽油。可以就CTL和煤发电两条工艺路线,从原料消耗和能效率、投资和社会效益等方面对比,生产同等数量燃料的效果作出如下比较:
煤耗和能效率:CTL生产1吨燃料需耗用标准煤3.5吨,综合能效率为45%;IGCC煤发电生产5,4MWh电力耗用标准煤1.8吨,能效率为40%;生产等量运输
燃料的耗煤比率为制油:发电=1:0.51。 建设投资:CTL工艺,1吨生产能力的建设投资约为1.4万元;1KW发电能力的IGCC电厂建设投资约为0.8万元;燃煤电厂投资大大低于CTL技术。
消费者收益:驾驶PHEV汽车按每年节约汽油0.5万元、支付电费0.24万元,净节约燃料费0.26万元;购车差价按2万元计算。则增加购车费的静态回收期达8年。为推动“以电代油”,国家应实施购买PHEV汽车的优惠政策。
环境效应:PHEV汽车可实现零碳排放。GHG效应优于汽油车。
(三)2种原料―2种产品交叉方案
太阳能是地球一次能源的唯一来源,可采用塔式集热技术发电、也可为微藻生物柴油的生产提供光合作用的光源。煤炭可用作CTL技术生产燃料油的原料、也可用作IGCC技术的发电燃料。这就可组成煤制油―太阳能发电(方案甲)和微藻柴油―煤发电(方案乙)两组对比方案。
以年产替代燃料100万吨为基准,CTL制油和发电用煤量相等。设定太阳能集热发电规模与煤发电相等。进行此两组方案的技术经济比较。主要结果如下:
a)相同煤加工量的煤制油投资(140亿元)高于IGCC煤发电(110亿元)。
b)煤制油能量转化效率(45%)高于IGCC煤发电(40%);但如上所述,电代油具有节能效应。
c)太阳能塔式集热发电按峰值计算达70GWP,折合年均20GW,投资高(280亿元)(应还有降低空间);微藻柴油尚未建成工业装置(全部按高效的光生物反应器估算投资约为300亿元)。两者的投资均为数量级估算,投资额接近。
d)同等规模的微藻柴油工厂建设投资大大高于CTL。
e)微藻柴油―煤发电组合方案有利于电厂烟气的C02利用。
f)太阳能集热发电、微藻柴油均需占用大量土地。适合于建在光照条件好、地势平坦的荒漠(微藻需有水源)地区。
g)根据数据粗略估算;方案甲的经济性好于方案乙。
五、小结
1、煤制油技术基本成熟,是正在进行产业化示范的技术。煤制油的发展规模受到煤炭的可供应量(煤炭是发电和工业的重要燃料;我国煤矿产能已位居世界第一)和石油价格趋势等因素的约束,只能适度发展。在地区规划的基础上宜通过论证及早确定全国发展规模,不宜各行其是。预期中远期的石油替代规模约可相当于“一个大庆”。
2、油砂沥青和特重质原油约占世界原油资源总量的一半,油页岩也是重要的非常规石油资源。预计今后20--30年期间,非常规石油生产将有较大的发展以补充常规石油的短缺。预测表明:2030年非常规原油的产量将可增长至占世界石油总产量的10%左右。我国拥有油页岩炼油工业基础,发展油页岩工业需要改进加工、炼制技术,提高生产规模,解决环保技术问题。
3、生物质制油发展规模受资源可得性、资源综合利用等因素的约束。发展生物质能源作物的种植、充分利用生物质废料(秸秆、林业废料、生物垃圾),在发电、制油和其他用途优化利用、综合平衡的基础上,可考虑用3亿吨原料生产替代燃料0.5亿吨(石油当量)作为中远期的发展目标。
【关键词】煤矿运输 强力皮带 优化设计
一、强力皮带分析
(一)强力皮带运输机优势
煤矿井下条件艰苦,因此煤矿运输煤炭时一般运用的是带式运输机,带式运输机不仅有运量大、运送距离长、可以连续工作等优点,还可以减少人力的使用及保障运输的安全。随着我国煤矿自动化水平的提高,煤矿对运输设备的要求也越来越高,因此需要更为安全高效的强力皮带运输机。强力皮带运输机不仅有着传统普通皮带运输机的优点,还可以在更大的范围内适应煤炭运输的要求,运输量更大速度更快。
(二)强力皮带安装及操作要求
强力皮带运输机在使用上便利而且在安装上对材料和安装技术要求也很高,很多煤矿需要用强力皮带运输机运煤炭,但是缺乏相应的技术人员对运输机进行规范安装及操作指导,导致强力皮带运输机在使用上不能达到应有的效果。操作中许多不规范行为使强力皮带运输机在使用时威胁工作人员的身体健康,因此对强力皮带运输机进行优化设计,使安装使用更为便利。
(三)减少企业成本保证利益
一部强力皮带运输机的工作效率能和两部普通带式运输机相媲美,因此使用强力皮带运输机既减少企业对设备投资的成本,又减少对看护机器和维护的费用,大大降低了企业生产成本,同时提高了工作效率。
二、优化强力皮带运输机的安装方案
(一)注意安装规范和参数
在进行安装强力皮带运输机时应该按照说明规范安装,根据参数选择强力皮带最为合适的安装地点。首先应明确强力皮带运输机安装地点的角度不能大于35°。还要注意皮带的最大运输能力为400吨每小时,使用时不能超过这个参数,否则会导致运输机故障。注意配件选择:防逆止装置,应选择结构紧凑、安装方便、使用低转速的逆止装置。
(二)使用中注意事项
1.强力皮带使用时,要保证电压稳定,才能使皮带机启动和运输过程平稳。2.为防止运输过程中原煤的滚落和抛撒,上皮带设置了封闭的防护设施,在每隔十米还应该有一个趺旱淖爸茫防止在运输过程中原煤的上下跳动,也有效地防止杂物或者大煤块进入到皮带内部,损坏皮带的运输,甚至造成机尾拉翻和断带的重大事故。3.煤炭产量不确定,皮带机的实际运输量就不能确定,因此要根据实际情况对皮带机进行合理的调整,把煤流对运输机的影响降到最低。4.注意不能在短时间内多次启动强力皮带,启动设备之前运输带上不能有煤块。5.注意检查设备有没有出现漏油情况,定时补充油量。6.任何部件发生损坏都应及时停止操作,进行更换设备零件。
(三)对煤炭的要求
原煤粒度大小也影响着运输的稳定性,较大的原煤在运输时不稳定会自动向前滚动,在运输煤量较少时更为明显,严重时也会造成很大的事故。针对这种情况,可通过开采时在转载机机尾加装锤式破碎机将煤块粉碎,或者保证运输时的煤量一直处在较大的水平来解决,但最有效办法是块煤和散煤分别运输,较大的煤块统一运输,这样能保证煤块的粒度以及原煤的水分的相应要求,在运输中的原煤水分不能超过10%。
(四)运输中皮带的磨损
运输中对皮带的磨损情况十分严重,因此皮带磨损时应及时进行修复,对已经磨损的胶条进行冷粘的处理,及时进行修补以保证运输中皮带运输更加安全。
三、应用强力皮带产生的效益
(一)运输更深层次的煤炭变得更加便利
我国大多数煤炭的埋藏较深,在运输和开采上难度很大,对强力皮带机进行优化,就可以使更多的地方运用到强力皮带运输机,地下深层的煤也可以挖掘并通过强力皮带运输出来,大大增加了我国的煤储量。深层煤炭比表层煤炭的质量好更能满足人们的各种需求,煤炭与人们的生活息息相关,保证煤炭的储量和运输的便利磁能使人们的生活更有保障,使企业成本降低利益增加。
(二)减少成本,利益获取最大化
对于企业来说获得利益最有效的方法就是降低成本,强力皮带运输机可以省去企业运用大量接卸设备的麻烦,企业只需要运用少量的强力皮带就能代替多台普通皮带,这样就节省了大部分的时间和金钱对这些设备进行护理和看护,这样节省下来的钱就可以接着投入到生产中,可以使企业自身的竞争力提高。
关键词:煤尘、除尘器、喷淋降尘
一、概述
选煤厂原煤车间储装运系统在煤尘治理方面,还存在一定的差距,从现场煤尘产尘点的防范,到各煤炭品种运输、落地、装车、储存过程中的降尘工作,还有待完善。大量煤尘飞扬,一方面带来环境方面的危害;另一方面,造成了煤炭资源的流失。如何做好除尘、降尘工作,是选煤厂储运车间抓好减排降耗的关键,同时也是提高煤炭资源利用率、增收创效的有效途径。
二、改造前的状况
在现场煤尘治理方面,主要存在以下几方面问题:
1、煤尘治理设施不够完善,现场一些岗点仍存在可视扬尘,但却无相关除尘设施。
2、原煤、末煤、块煤等煤种,尤其是块煤,在煤场长期存放,或者在煤仓内存放时间过长,水分过低,在运输、落地、装车、储存过程中,易产生大量煤尘。
为了降低煤尘污染,确保职工身体健康;同时,也为了有效回收煤尘,提高煤炭资源利用率,积极开展无尘化车间创建工作已刻不容缓。
三、技术改造方案
(一)块煤落地、回煤装车系统无尘化改造方案
块煤系统是储运系统无尘化改造的重点,包括给煤机喷雾降尘改造、转载点封闭降尘改造、除尘用水循环复用工艺改造、堆取料机用水工艺改造。
1、232―234、236给煤机喷雾降尘方案
(1)水源:给煤机喷雾水源取自消防水。
(2)安装方式:在给煤机前端安装横向喷水管,如图1所示:
(3)工作原理
喷雾降尘装置由集控室控制,一旦开启给煤机,即集控员开启喷雾,确保给料过程无煤尘。
2、转载点封闭方案
(1)封闭方式
在块煤给煤C下料口位置,安装该封闭装置,实现降尘。封闭方式如图3所示:
(2)降尘方式
在密封装置前、后,各安一道喷雾装置,由集控室控制开、停,实现转载点降尘。如图3所示。
(3)工作原理
①煤流在各转载点,因高度落差,产生煤尘,因此,将下料口封闭,防止煤尘外溢。
②在密封装置前、后再安装喷雾降尘装置,从而实现降尘。
②可采用一体式设计,根据皮带机型号,成套加工,下端用螺丝与机架连接。前端用挡煤帘子、两侧用挡煤皮子封闭。
通过以上一系列改造,原煤车间在减排工作上有了实质性的进展,但是,在今后的工作中,如何做好煤尘、煤泥水的回收利用,仍是一个重要内容,还需不断完善各类降尘、除尘、煤泥水回收工艺、设施,确保经济效益最大化。
作者简介:
米殿辉(1979.01),男,本科学历,工程师,毕业于中国矿业大学矿物加工专业现为兖州煤业股份有限公司鲍店煤矿选煤中心原煤车间技术员,工程师。
[关键词]煤炭 绿色物流 供应链管理
煤炭物流是由煤炭的供应物流、生产物流、销售物流、回收物流、废弃物物流构成的物流系统,存在于煤炭产品的开发准备、生产过程和销售活动的全过程之中。目前对我国大多数煤炭企业而言,高污染、低效率的传统物流运营方式仍是煤炭物流的主流。
首先,煤炭物流的非绿色因素体现在两个方面,一是回采利用率较低。目前煤炭物流过程中的回收利用率平均仅为30%,共生伴生矿体利用率只有20%左右,生产过程中有大量废旧物资没有得到有效回收与再利用,资源浪费现象普遍存在。二是在生产、运输、使用过程中产生的污染物,如煤矸石、矿井水、粉煤灰、有害气体等,没有得到科学处理,对环境造成了严重污染与危害。其次,当前大多数煤炭企业采取的是自营物流,而非更加高效、专业、低成本的第三方物流。对于自营物流而言,要充分发挥优势就必须建立庞大的物流网络,但很多煤炭生产企业并不具备这一实力。因此,专业化的第三方物流今后的发展空间较大。再次,当前煤炭物流企业的服务功能较为狭窄,仅限于仓储、运输、货运等低层次物流作业层面,缺少增值性较高的现代物流服务。且煤炭市场由于经营机构和中介结构过多,煤炭价格层层加码,使得交易成本较高,煤炭质量也良莠不齐,对煤炭物流发展也产生了影响。
今后绿色物流及供应链管理将成为煤炭物流发展的主流方向。
绿色物流是指在物流过程中抑制物流对环境造成危害的同时,实现对物流环境的净化,使物流资源得到最充分利用。煤炭物流的特殊性,对环保提出了更高的要求。煤炭物流运输车辆排量高、能耗大,是环境保护和节能减排的重点对象。煤炭企业应积极尝试环保车辆的使用,促进行业节能减排。煤炭企业还要关注最新环保技术的发展,积极尝试各项环保措施的应用,对粉煤灰、有害气体等,进行科学处理,使对环境的污染与危害减到最小。此外,要关注和研究多式联运的发展,在条件允许的前提下,规划海、铁、水、公综合运输方案,尽量采取运输成本和污染成本更低的水路、铁路运输方式,实现绿色运输模式。
传统的物流活动往往表现在仓储、运输或者包装等一些单独的环节上,企业物流往往非常关注这些单一环节的管理水平和管理效率的提高,然而随着供应链和第三方物流的兴起,这种竞争不再停留在单一的环节,而是把整个物流过程或者供应链过程的管理效率和管理水平的提高,作为竞争的主要焦点。供应链是围绕核心企业,通过对信息流,物流,资金流的控制,从采购原材料开始,制成中间产品以及最终产品,最后由销售网络把产品送到消费者手中的将供应商,制造商,分销商,零售商,直到最终用户连成一个整体的功能网链结构。供应链物流是以物流活动为核心,协调供应领域的生产和进货计划、销售领域的客户服务和订品的转移与运输。随着市场竞争日趋激烈和企业供应链一体化管理需求日益增强,煤炭物流企业要加快向供应链延伸服务,在传统物流的基础上,引入高科技手段,即运用计算机进行信息联网,并对物流信息进行科学管理,从而使物流速度加快,准确度提高,库存减少,成本降低,以此延伸和放大传统物流的功能。通过多渠道提供增值服务,逐步深入客户企业的内部运作,进一步整合上下游资源,推进整个流程的系统再造,为客户构建更加高效、便捷的物流体系,缩短运作时间、降低物流成本,提升煤炭物流企业在供应链中的价值。
煤炭产品的生产和销售,同时也是大量笨重物品的转移与运输。包括矿井之下的运输与地面矿区运输的衔接;国铁运输与公路运输、海运的协调联运;地面煤场的仓储、装卸、倒运;港口下水煤炭的集港、装船等等。煤炭企业的物流信息系统必须适应这种复杂多变的物流运输体系,在现代物流管理的系统论、信息论和控制论的基础上,采用规范、灵活的系统设计方案,有效的把商流、物流和信息流集合为一体,将煤炭运输、仓储、装卸、加工、整理、配送和信息等方面有机结合,形成完整的供应链,为用户提供多功能一体化的综合。煤炭物流管理还应充分依赖信息系统工具,如BarCode(条形码)、GIS(地理信息系统)、GPS(全球卫星定位系统)、EDI(电子数据交换)、ITS(智能交通系统),建立包括煤炭物流企业专用的仓储管理系统、运输信息系统、订单管理系统、成本结算系统等的综合物流信息系统。煤炭物流的第三方物流公司可以跨越部门的信息界限,实现各个部门的数据和信息的互联互通,同时实现与上下游合作伙伴之间的信息整合,真正实现企业内部和外部的整体协同作业,以使系统能够在尽可能低的总成本条件下,提供有竞争优势的客户服务。
关键词:提质;降硫;分装分运
1 矿井煤炭煤质情况
绿水洞煤矿开采水平目前主要集中在+350m水平,根据矿井精查地质报告及已经开拓区域,结合钻孔取样化验分析结果,对各采区的煤质情况有了大致的掌握。+350m水平东翼:312采区石2-1钻孔煤样灰分17.63%,硫分3.65%,ck6钻孔煤样灰分42.57%,硫分3.32%,ck7钻孔煤样灰分24.98%,硫分5.54%;315采区ck34钻孔煤样灰分15.32%,硫分4.53%;313采区ck13钻孔煤样灰分30.9%,硫分5.6%;311采区ck41钻孔煤样灰分25.9%,硫分3.5%;+350m水平西翼:325采区3-2钻孔煤样灰分19.68%,硫分5.29%,4-7钻孔煤样灰分24.34%,硫分4.81%。
煤中硫分,按其存在的形态分为有机硫和无机硫两种。有的煤中还有少量的单质硫。煤中各种形态的硫的总和称为煤的全硫(St)。以上所测硫分指标均为全硫含量。受化验设备限制,未对全硫中有机硫和无机硫所占比例进行全部检测。通过洗选降低煤中的灰分,除去的是煤中的无机硫,有机硫靠洗选是除不去的。
2 夹矸分布情况
(1)3113工作面分岔矸走向长度影响风巷220m(回采里程K340m~560m)夹矸最厚2.4m,机巷192m(回采里程K234m~426m),夹矸最厚2.1m,均属煤层分岔。
(2)3132工作面分岔矸走向长度影响风巷17m(回采里程K755m~772m)夹矸最厚0.8m,机巷18m(回采里程K710m~738m),夹矸最厚0.9m,均属煤层分岔。
(3)3251南工作面分岔矸走向长度影响风巷39m(回采里程K276m~315m)夹矸最厚1.3m、风巷212m(回采里程K445m~657m)夹矸最厚0.6m、机巷508m(回采里程K299m~807m),夹矸最厚2.5m,均属煤层分岔。
(4)3235工作面分岔矸走向长度影响风巷50m(回采里程K692m~742m)夹矸最厚0.55m,机巷68m(回采里程K707m~775m)夹矸最厚0.7m,均属煤层分岔,该工作面现已回采结束。
3 矿井提质降硫措施
3.1 加强采高控制管理,从源头治理
为提高综采工作面煤炭质量,强化综采工作面采高管理,杜绝采煤工作面不按照设计采高开采或超高开采,制定强化综采工作面采高管理措施,成立采高管理领导小组。要求各综采工作面开采时严格按照设计采高开采,正常开采时工作面的平均采高不得低于设计采高,工作面的最大采高不得超过工作面支架的最大支撑高度。工作面过地质构造或过断层时,确需降低采高推进时,编制专项安全技术措施,但工作面的最小采高不得低于工作面支架的最小支撑高度,防止支架压死。要求综采工作面生产班组跟班副队长每班班前、班中、班后都要测一次工作面采高。业务部门每周对综采工作面的采高进行抽检。质量标准化交叉检查时必须对当班采高进行检测。
3.2 采取分装分运系统,从过程管控
分装分运系统能从源头上提高煤质,在工作面过断层、薄化带、分岔带等地质构造时实现煤、矸分装分运。目前采取的主要手段一种是分时段运输(矿井为皮带连续运输的不适用),即遇构造带时矸石和煤炭在不同时间段运输,可先将矸石运输至煤仓放空后再割煤,另一种是分储运输,即设置双仓和可伸缩移动皮带(机头),将工作面截割下来的矸石和煤分别运至矸仓和煤仓。
3.2.1 绿水洞煤矿各综采工作面分装分运系统情况
3132工作面未形成分装分运系统,运煤路线为工作面3132机巷3132下煤立眼3134运煤平巷313煤仓313皮带运输巷350北石门350集中煤仓350主平硐皮带运输地面。分装分运系统增加方案:将3134运煤平巷溜子改为移动缓冲皮带输送机,输送机机头段稍微抬高,工作面出煤时移至313煤仓上口下煤,出矸时将机头移过313煤仓,将夹矸通过翻斗车转运至3132瓦斯抽放巷下矸眼。
3113工作面未形成分装分运系统,运煤路线为工作面3113机巷3113运输石门311煤仓311大巷350西大巷350集中煤仓350主平硐皮带运输地面。
3251南工作面设计时考虑了分装分运系统,运煤路线为工作面3251南机巷3251北机巷3251北下煤立眼325北煤仓325大巷350集中煤层350主平硐皮带运输地面,运矸路线为工作面3251南机巷3251南运输石门325煤仓325大巷323大巷350主平硐350排矸斜井地面。
3.2.2 下步分装分运系统设计思考
综采工作面煤矸运输多数通过运输石门,一种方案是可以考虑在运输石门设置双仓(煤仓和矸仓),尽量使煤仓靠近皮带机头,在煤仓与矸仓之间搭设可移动电滚筒皮带,通过自动控制器在轨道上可往返移动,实现与皮带输送机的搭接与分离,搭接好之后矸石可以直接运至矸仓,分离后煤炭可存储到煤仓之中,另一种方案是在煤仓附近施工斜巷贯穿大巷,形成下矸通道,在皮带机头设置伸缩溜板(采用千斤顶实现),当工作面出矸时伸出溜板将矸流引至下矸通道,在大巷对夹矸进行装车运输。
3.3 采用高低硫煤掺配,从品质着手
根据综采工作面含硫情况,合理安排高、低硫煤配采。选煤厂在洗选降硫上主要采取大排矸分选方式,通过多排高硫尾矸尽量降低中煤硫分,掺配控硫,通过少提精煤或在中煤中掺配一定比例精煤来控制混煤硫分。
参考文献
[1]姜伟,马吉江.深筛分工艺在淄博岭子矿提质降硫中的应用[J].煤质技术,2003(3):30-31.