供熱鍋爐用煤泥水煤漿制備技術(shù)在門克慶煤礦的應(yīng)用

王海波

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

我國高度重視環(huán)境保護(hù)，發(fā)展綠色經(jīng)濟(jì)。早在2001年11月，國家科技部和國家環(huán)?？偩致?lián)合其他部委已正式啟動(dòng)“清潔能源行動(dòng)”。根據(jù)我國國情，水煤漿由于在環(huán)保、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)方面的優(yōu)勢，已成為潔凈煤技術(shù)中的重要組成部分。

門克慶煤礦鍋爐房位于工業(yè)場地內(nèi)，原鍋爐房安裝規(guī)模為3×20 t/h蒸汽鏈條鍋爐及2×2.1 MW常壓熱水鍋爐。采暖季節(jié)運(yùn)行3臺20 t/h蒸汽鍋爐，非采暖季節(jié)運(yùn)行2×2.1 MW常壓熱水鍋爐，用于洗浴。原鍋爐房采用水浴除塵器，沒有脫硫、脫硝系統(tǒng)。2015年底國家發(fā)改委在對門克慶礦鍋爐進(jìn)行檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)3臺鍋爐熱能效未能達(dá)到節(jié)能評估報(bào)告84%的要求，要求整改；鍋爐排放達(dá)不到《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13271-2014)，必須對煙氣排放處理系統(tǒng)進(jìn)行改造，使煙塵排放濃度不大于30 mg/Nm3、SO2排放濃度不大于200 mg/Nm3、NOx排放濃度不大于200 mg/Nm3。

從鍋爐供熱成本方面看，由高到低依次為天然氣鍋爐、重油鍋爐、生物質(zhì)鍋爐、水煤漿鍋爐、燃煤鍋爐。為了執(zhí)行國家的環(huán)保政策及考慮經(jīng)濟(jì)性，門克慶煤礦決定將供熱燃煤鍋爐改為水煤漿鍋爐。該煤礦所有開采的原煤均進(jìn)行洗選，產(chǎn)生了大量煤泥。但由于煤泥水分大、灰分高、顆粒細(xì)、粘度大等特性，不易利用，目前主要直接摻入混煤銷售，降低了煤炭產(chǎn)品的質(zhì)量和銷售價(jià)格。結(jié)合原有鍋爐房升級改造的需求及洗選煤泥綜合高效利用的需要，在選煤車間主廠房南側(cè)新建1×18 t/h煤泥制漿系統(tǒng)，并利用原有鍋爐房主體結(jié)構(gòu)及原鍋爐部分附屬設(shè)備，新建3×20 t/h熱效更高的水煤漿鍋爐系統(tǒng)，將煤泥制成的水煤漿供鍋爐燃燒。同時(shí)對鍋爐煙氣排放處理系統(tǒng)也進(jìn)行改造，增加脫硫、脫硝系統(tǒng)。

1 水煤漿制備系統(tǒng)工藝及特點(diǎn)

1.1 煤泥特性

水煤漿制備原料為門克慶煤礦選煤廠產(chǎn)生的煤泥，其性質(zhì)及粒度分布如表1和表2所示。

1.2 水煤漿的制備規(guī)模及運(yùn)行時(shí)間

門克慶煤礦選煤廠每天生產(chǎn)時(shí)間僅為16 h，每天16：00至次日8：00為生產(chǎn)時(shí)間，次日8：00～16：00為停產(chǎn)檢修時(shí)間。為保證鍋爐所需水煤漿量為12 t/h，則在16 h內(nèi)，水煤漿制備系統(tǒng)規(guī)模必須達(dá)到18 t/h。綜合以上考慮及分析，確定水煤漿制備系統(tǒng)規(guī)模為18 t/h，操作彈性為50%～110%，由1條生產(chǎn)線組成。

根據(jù)水煤漿生產(chǎn)特點(diǎn)及本工程的具體情況，水煤漿的工作制度和選煤廠一致，即生產(chǎn)時(shí)間為16 h，每天16：00至次日8：00為生產(chǎn)時(shí)間，次日8：00～16：00為停產(chǎn)檢修時(shí)間。

表1 煤泥基本性質(zhì)分析

表2 煤泥粒度分布

1.3 制漿工藝流程

1.3.1 制漿原則工藝

原則工藝流程見圖1。以門克慶選煤廠煤泥作為制漿原料，采用分形級配高濃度制漿工藝，即原料煤泥經(jīng)整形磨機(jī)研磨制備成水煤漿初級產(chǎn)品，其中部分水煤漿初級產(chǎn)品經(jīng)細(xì)磨機(jī)研磨制備成細(xì)漿后返回至整形磨機(jī)，從而提高煤漿堆積效率及濃度。該工藝具有流程簡單、系統(tǒng)調(diào)節(jié)性強(qiáng)、粒度級配容易控制、生產(chǎn)安全穩(wěn)定可靠、制備的煤漿質(zhì)量高等特點(diǎn)。

圖1 水煤漿制備工藝原則流程示意

1.3.2 制漿工藝流程說明

選煤廠加壓過濾機(jī)下刮板輸送機(jī)煤泥通過帶式輸送機(jī)運(yùn)至水煤漿制備車間煤泥緩沖倉，緩沖倉的煤泥通過電子膠帶秤計(jì)量后，與一定比例的生產(chǎn)工藝水、添加劑及經(jīng)細(xì)磨機(jī)制備的細(xì)漿一同進(jìn)入捏混機(jī)進(jìn)行預(yù)混；預(yù)混的煤漿通過給料機(jī)輸送至整形磨機(jī)底部，研磨合格的煤漿從頂部溢流至過濾篩，經(jīng)過濾后篩上雜物落入地面雜物車，篩下煤漿自流至強(qiáng)化均質(zhì)煤漿槽。煤漿槽的大部分煤漿通過煤漿泵輸送至儲漿槽儲存，最后通過泵送至水煤漿鍋爐燃燒；煤漿槽的小部分煤漿通過配漿泵輸送至粗漿槽，與界區(qū)外的生產(chǎn)工藝水一起混合稀釋，稀釋后的煤漿通過粗漿泵輸送至細(xì)磨機(jī)進(jìn)行再次研磨，研磨合格的細(xì)漿從頂部自流至細(xì)漿槽，細(xì)漿槽的煤漿通過細(xì)漿泵計(jì)量后返回至捏混機(jī)。

煤漿制備過程中添加劑的應(yīng)用：添加劑由人工加至添加劑槽，并與外來的生產(chǎn)工藝水一起進(jìn)行混合稀釋。系統(tǒng)運(yùn)行過程中2臺添加劑槽交替輪流使用，稀釋合格的添加劑通過添加劑泵輸送至加入點(diǎn)。

1.3.3 制漿工藝特點(diǎn)

(1)制備的水煤漿產(chǎn)品質(zhì)量高，與工藝相配套的裝備適應(yīng)性廣、效率高，制備技術(shù)具有安全可靠、實(shí)施方便的特點(diǎn)。

(2)如表3、表4所示，采用本工藝制備的水煤漿產(chǎn)品濃度可達(dá)65%以上，煤漿粒度分布更加合理，流動(dòng)性、穩(wěn)定性和霧化性能顯著提高，有利于水煤漿管道遠(yuǎn)距離輸送和長時(shí)間儲存。

(3)選用的整形研磨機(jī)和細(xì)磨機(jī)具有粒度適應(yīng)范圍廣、研磨效率高和能耗低的優(yōu)點(diǎn)，所制水煤漿粒度合理，鍋爐燃燒充分，灰渣殘?zhí)苛康?，燃燒效率高?/p>

(4)工藝系統(tǒng)及關(guān)鍵設(shè)備能長周期安全穩(wěn)定運(yùn)行，具有操作簡單、維修方便、維護(hù)成本低等特點(diǎn)。

2 自制水煤漿優(yōu)勢

門克慶煤礦周邊沒有供鍋爐燃燒的水煤漿。此種水煤漿的生產(chǎn)企業(yè)大部分分布于山東、江蘇等地，外購水煤漿的鐵路、公路運(yùn)輸成本很高。周邊的化工用水煤漿顆粒較粗，易沉淀，不方便運(yùn)輸和儲存。外購水煤漿管道輸送雖然有對環(huán)境影響小、受氣候影響小等優(yōu)點(diǎn)，但是輸送泵對所輸介質(zhì)要求達(dá)到流體狀態(tài)，即要求水煤漿的含水率達(dá)到50%以上。但水煤漿含水率達(dá)到50%以上時(shí)，鍋爐無法正常燃燒，且門克慶煤礦供熱所需水煤漿用量不大，如果專門為其鋪設(shè)一條管線，投資巨大，經(jīng)濟(jì)上不劃算。

表3 水煤漿產(chǎn)品性質(zhì)

表4 水煤漿粒度分布

門克慶煤礦配套有選煤廠，該選煤廠煤泥年產(chǎn)量46萬t，而水煤漿鍋爐年消耗水煤漿30 528 t，年消耗煤泥量需要25 261.92 t，選煤廠的煤泥完全能夠滿足鍋爐使用。1 t水煤漿可代替0.90 t煤炭燃燒。由于水煤漿含有60%～70%的煤炭，所以1 t水煤漿可節(jié)省煤炭約27%。門克慶選煤廠的煤泥性質(zhì)完全可以滿足制備水煤漿所需原料煤的要求，而煤泥價(jià)格遠(yuǎn)低于原煤價(jià)格，充分利用煤泥生產(chǎn)水煤漿，可以大大節(jié)省成本。

鍋爐房布置在選煤廠生產(chǎn)區(qū)，位于塊煤矸石倉和產(chǎn)品儲煤倉之間，東南距塊煤矸石倉約50.0 m，西側(cè)距產(chǎn)品儲煤倉約100.0 m。制漿站布置在選煤廠主廠房南側(cè)，與主廠房聯(lián)建。從礦井選煤廠加壓過濾機(jī)下料槽排出的煤泥直接進(jìn)入制漿站，制成的漿液再通過管路輸送到鍋爐房的儲漿槽。選煤廠與鍋爐房距離較近，就地取材，自行制備水煤漿，可大大減少煤泥的存儲成本和水煤漿的運(yùn)輸成本。

根據(jù)目前市場行情，外購水煤漿價(jià)格為850～1 000元/t，而門克慶煤礦自行制備水煤漿成本為300元/t左右(包含設(shè)備投資、煤泥、水、添加劑、電)，每年至少可以節(jié)省成本約1 700萬元，為企業(yè)帶來了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

3 結(jié) 語

水煤漿是煤炭高效與潔凈利用技術(shù)的產(chǎn)物，目前我國的水煤漿制備技術(shù)已經(jīng)達(dá)國際先進(jìn)水平，這項(xiàng)技術(shù)既解決了門克慶煤礦部分煤泥的出路問題，又解決了鍋爐用水煤漿運(yùn)輸成本過高的問題。門克慶煤礦供熱改造配備的一套1×18 t/h水煤漿制備系統(tǒng)制備的水煤漿各項(xiàng)指標(biāo)均能夠滿足3×20 t/h水煤漿鍋爐的需要，鍋爐的熱能效達(dá)到了國家節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)；部分煤泥得到了合理利用，煤泥價(jià)值提高，供熱成本顯著降低；鍋爐煙氣增加脫硫、脫硝裝置后，煙氣達(dá)到了排放要求，順利通過了環(huán)保驗(yàn)收。此次工業(yè)供熱改造項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了門克慶煤礦環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益的雙提升。