多元料漿氣化工藝水煤漿濃度的影響因素

趙伯平

（陜西陜化煤化工集團(tuán)有限公司，陜西 渭南 714100）

眾所周知，水煤漿（簡(jiǎn)稱(chēng)煤漿）濃度是多元料漿氣化工藝中極為關(guān)鍵的工藝指標(biāo)，其在很大程度上決定著氣化裝置的運(yùn)行效率與經(jīng)濟(jì)性。在現(xiàn)有的制漿工藝裝備條件下，水煤漿濃度的提升（簡(jiǎn)稱(chēng)水煤漿提濃或煤漿提濃）是一項(xiàng)涉及面廣、影響因素較多的系統(tǒng)工程，要做好此項(xiàng)工作，必須對(duì)水煤漿的基本特性、水煤漿濃度提升的影響因素、各種煤漿提濃工藝的優(yōu)缺點(diǎn)有一個(gè)深入而全面的了解。以下筆者結(jié)合多年生產(chǎn)實(shí)踐中得來(lái)的經(jīng)驗(yàn)與有關(guān)資料，從幾個(gè)方面就有關(guān)問(wèn)題作一闡述，供業(yè)內(nèi)參考。

1 多元料漿氣化工藝用水煤漿的基本特性

多元料漿氣化工藝用水煤漿的基本特性主要通過(guò)水煤漿中煤炭顆粒粒度及粒度分布、水煤漿中煤炭的含量（即煤漿濃度）、水煤漿的流變特性、水煤漿的穩(wěn)定性四個(gè)方面表征。

1.1 水煤漿中煤炭顆粒粒度及粒度分布

水煤漿中煤炭顆粒粒度及粒度分布（俗稱(chēng)煤炭顆粒粒度級(jí)配）對(duì)氣化效率、氧氣消耗、灰渣殘?zhí)考懊簼{濃度的影響巨大。從有利于燃燒和氣化的角度出發(fā)，水煤漿中煤炭顆粒粒度越小，越有利于反應(yīng)速率的提升，氣化劑（氧氣與水蒸氣）消耗和灰渣殘?zhí)柯试降停簹庵杏行夂吭礁?，其主要原因是煤炭顆粒在氣化爐內(nèi)停留時(shí)間只有0.7s左右。華東理工大學(xué)的于遵宏、王輔臣教授等指出，從有利于燃燒和氣化的角度出發(fā)，要求水煤漿中煤炭的粒度上限（通過(guò)率≥98%）為300μm，最好小于74μm［1］。

良好的粒度分布能使水煤漿中大小不同的煤炭顆粒相互填充，盡可能地減少煤炭顆粒間的空隙，得到較高的堆積效率，而煤炭顆粒間空隙率的下降能夠有效地降低制漿水的消耗，在采用同種原料及工藝的條件下，可以實(shí)現(xiàn)水煤漿濃度的提升，為氣化裝置的增產(chǎn)降耗打下良好的基礎(chǔ)。

1.2 水煤漿中的煤炭含量（即煤漿濃度）

通常情況下，水煤漿作為多元料漿氣化裝置生產(chǎn)水煤氣所用的原料之一，其濃度（質(zhì)量濃度，下同）大于58%即可實(shí)現(xiàn)氣化裝置的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。當(dāng)然，從節(jié)能降耗的角度來(lái)說(shuō)，水煤漿濃度越高越好。但實(shí)際生產(chǎn)中，制約水煤漿濃度提升的因素眾多，且水煤漿濃度的提升也不是無(wú)限制的，提升到最適宜的濃度后，應(yīng)努力保證整個(gè)制漿系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行，否則將是不經(jīng)濟(jì)的。

氣化用水煤漿是允許含有高達(dá)30%～40%的水分的，這里說(shuō)的水分是水煤漿的全水分。首先是包括隱含在煤炭中的內(nèi)在水分；其次，煤炭在進(jìn)入制漿工段前要進(jìn)行破碎處理，破碎時(shí)基于環(huán)保方面的考慮，要向煤炭表面噴淋少量的水，以避免揚(yáng)塵污染環(huán)境，水煤漿的全水分中包含這部分水；另外，制漿時(shí)使用的制漿水（制漿水并不是原水，而是生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的含有殘?zhí)考捌渌腆w顆粒的工藝污水及廢水）也包含在水煤漿的全水分中。華東理工大學(xué)的于遵宏、王輔臣教授等在《煤炭氣化技術(shù)》一書(shū)中指出：30%～40%的水分在燃燒時(shí)造成的熱量損失并不算大［1］。工程實(shí)踐也表明，水煤漿中的水分約30%是要參加氣化反應(yīng)的［2］。因此，暫且不論水煤漿提濃的技術(shù)難度與經(jīng)濟(jì)代價(jià)，如果一味地提升水煤漿濃度，水煤漿中水含量過(guò)低，將不利于氣化效率的提升，同等條件下會(huì)使氧氣消耗上升，水煤氣中有效氣（H2＋CO）含量降低，不利于系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

1.3 水煤漿的流變特性

所謂流變特性，是指流體的流動(dòng)特性。對(duì)于牛頓流體，流動(dòng)時(shí)其粘度不隨溫度的變化而變化，不隨速度梯度的變化而變化；而氣化用水煤漿是一種非牛頓流體（非牛頓流體是指不滿(mǎn)足牛頓粘性實(shí)驗(yàn)定律的流體），即其剪應(yīng)力與剪切應(yīng)變率之間不是線(xiàn)性關(guān)系。雖然眾所周知水煤漿濃度越高，氧耗越低，氣化效率越高，但為了便于水煤漿的泵送，并為水煤漿的霧化、燃燒、氣化創(chuàng)造有利條件，要求水煤漿具有優(yōu)良的流動(dòng)性，否則水煤漿中的煤炭顆粒等會(huì)在泵送過(guò)程中沉降，造成煤水分層，影響水煤漿的霧化、燃燒、氣化。水煤漿濃度提升后，在化學(xué)添加劑含量不變的條件下，水煤漿的流變特性會(huì)變差，此時(shí)可以通過(guò)增加化學(xué)添加劑的用量來(lái)改善水煤漿的流變特性，但當(dāng)化學(xué)添加劑含量在既有工藝裝備條件下無(wú)法加大且水煤漿流動(dòng)性良好時(shí)，就沒(méi)有必要再提升煤漿濃度了，因?yàn)榇藭r(shí)煤漿濃度就是最適宜濃度；否則，濃度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致煤漿粘度增大，管道輸送阻力增加，更為嚴(yán)重的問(wèn)題是會(huì)使工藝燒嘴物化性能下降。

此外，還要求煤漿具有“剪切變稀”的流變特性。所謂的“剪切變稀”的流變特性，是指在其流動(dòng)時(shí)表現(xiàn)出較低的粘度，便于使用；當(dāng)其處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，又可表現(xiàn)出高粘度的特性，便于存放。

1.4 水煤漿的穩(wěn)定性

水煤漿是一種固液兩相混合物，不容易保持均勻狀態(tài)，極易發(fā)生固、液兩相分離的現(xiàn)象。通常要求水煤漿在儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中不產(chǎn)生“硬沉降”。所謂“硬沉降”，指的是無(wú)法通過(guò)攪拌使水煤漿重新恢復(fù)原態(tài)的沉降物。水煤漿抵抗硬沉降的性能，稱(chēng)為水煤漿的穩(wěn)定性。對(duì)于長(zhǎng)距離輸送的水煤漿而言，其穩(wěn)定期一般為3個(gè)月；而對(duì)于存儲(chǔ)在氣化裝置附近的水煤漿來(lái)說(shuō)，24h的穩(wěn)定期就基本上能滿(mǎn)足生產(chǎn)所需。水煤漿穩(wěn)定性的調(diào)節(jié)，可以通過(guò)物理手段、化學(xué)手段來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中，化學(xué)手段調(diào)節(jié)水煤漿穩(wěn)定性就是調(diào)節(jié)水煤漿添加劑中穩(wěn)定劑的成分及含量。對(duì)于長(zhǎng)距離輸送的水煤漿，其穩(wěn)定性是通過(guò)物理手段或物理手段與化學(xué)手段相結(jié)合的方法來(lái)調(diào)節(jié)的。例如，建設(shè)中的神渭輸煤管道（神木—渭南煤漿輸送管道）工程所送的油水煤漿、焦水煤漿，其穩(wěn)定性的調(diào)節(jié)就是通過(guò)物理手段與化學(xué)手段相結(jié)合的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

2 水煤漿濃度的影響因素

對(duì)于水煤漿而言，狹義的成漿性能指的就是成漿濃度；廣義的成漿性能還包括漿體的流變性、穩(wěn)定性、觸變性、粘彈性。對(duì)于氣化用水煤漿來(lái)說(shuō)，由于多數(shù)采用氣化爐爐前制漿，對(duì)其穩(wěn)定性的要求并不是太高，但水煤漿入爐前需經(jīng)工藝燒嘴霧化，因此對(duì)其流變性、觸變性及粘彈性均有一定要求。就實(shí)際生產(chǎn)而言，多元料漿氣化工藝用水煤漿濃度的影響因素主要有原料煤煤質(zhì)、水煤漿中煤炭顆粒粒度及粒度分布（俗稱(chēng)煤炭顆粒粒度級(jí)配）、制漿工藝與設(shè)備、制漿添加劑及輔助劑。具體分析如下。

2.1 原料煤煤質(zhì)對(duì)制漿濃度的影響

有關(guān)研究表明，高濃度氣化用水煤漿制漿的難易受煤質(zhì)影響較大，有的煤種在常規(guī)條件下很容易制成高濃度氣化用水煤漿，而有的煤種在常規(guī)條件下很難制出高濃度氣化用水煤漿，要想用其制出高濃度的水煤漿必須采用比較復(fù)雜的制漿工藝和設(shè)備，導(dǎo)致制漿成本上升，而如果制漿成本高于氣化高濃度水煤漿所帶來(lái)的收益，那就得不償失了。華東理工大學(xué)的于遵宏、王輔臣教授等在《煤炭氣化技術(shù)》一書(shū)中指出：煤階越低，內(nèi)在水分就越高，煤中O／C越高，親水官能團(tuán)越多，孔隙率越發(fā)達(dá)，哈氏可磨性指數(shù)（HGI）越小，煤中所含可溶性高價(jià)金屬離子越多，煤的制漿難度越大；影響原料煤成漿性的理化指標(biāo)很多，且這些指標(biāo)相互之間關(guān)聯(lián)密切［1］。因此，筆者認(rèn)為，在對(duì)氣化用水煤漿提濃前，應(yīng)在全面了解煤的成漿規(guī)律后，對(duì)原料煤的理化指標(biāo)［如煤階、煤的變質(zhì)程度、孔隙結(jié)構(gòu)、分析基水分、灰分、揮發(fā)分、哈氏可磨性指數(shù)（HGI）以及煤的元素組成等］進(jìn)行全面分析，綜合考慮其對(duì)制出高濃度、低粘度氣化用水煤漿的影響，可以采用公式C=67.848＋0.061366HGI－0.267763Mad－0.030864n0［1］［式中：C為可制漿濃度的最高值；HGI為制漿所用煤的哈氏可磨性指數(shù)；Mad為制漿所用煤的空氣干燥基水分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）；n0為制漿所用煤的含氧量］對(duì)制漿濃度的最高值進(jìn)行測(cè)算。

煤的變質(zhì)程度、灰分、含水量等因素對(duì)煤炭顆粒表面的親水性影響顯著，從而影響顆粒與分散劑（制漿添加劑的主要成分之一）、水之間的作用，致使煤漿的粘度和穩(wěn)定性大為不同。此外，原料煤的孔隙率、比表面積、O／C、可溶性礦物質(zhì)含量、哈氏可磨性指數(shù)等對(duì)水煤漿的成漿性能也有很大影響。具體說(shuō)明如下。

（1）水煤漿的含水量指的是水煤漿中全水分的含量，包括原料煤的內(nèi)水、外水及（制漿）外加水。煤的內(nèi)水分布在煤炭顆粒的內(nèi)表面，其分子和煤表面的極性官能團(tuán)有較強(qiáng)的結(jié)合力，煤的內(nèi)水高低有時(shí)會(huì)有幾倍至幾十倍的差異，隨著煤的內(nèi)水的增大，煤的成漿濃度基本上呈逐漸下降的趨勢(shì)；而原料煤的外水則分布于煤炭顆粒的外表面，受碎煤工藝、碎煤場(chǎng)所氣象條件的影響。當(dāng)水煤漿濃度一定時(shí)，原料煤的內(nèi)水、外水偏高就會(huì)影響制漿外加水的添加量，從而影響水煤漿濃度的進(jìn)一步提升，換句話(huà)說(shuō)，原料煤的內(nèi)水、外水偏高就很難制出高濃度、低粘度的氣化用水煤漿。因此，要想提升水煤漿的濃度，筆者認(rèn)為只有想法降低原料煤的外在水分，并向水煤漿中添加合適的添加劑。降低原料煤的外在水分，可以通過(guò)減少濕法碎煤工藝噴水量，采用密閉送煤等手段來(lái)減輕或消除碎煤工藝、碎煤場(chǎng)所氣象條件對(duì)原料煤外在水分的影響。制漿外加水量（自由水含量）可用公式W=100%－c（1＋Mad）－b計(jì)算［式中：W為自由水含量；c為水煤漿（常溫下剪切速率100s－1、表觀粘度不超過(guò)1.2Pa·s時(shí)）的濃度，通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得；Mad為制漿煤分析基內(nèi)水；b為制漿煤分析基外在水分與煤漿中濕法制漿碎煤工藝噴淋水占比之和］；原料煤的添加比例可以用公式N=［1－（D＋E＋F）］×c1×100%計(jì)算（式中：N代表所添加原料煤在煤漿中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；D代表添加劑含量；E代表助熔劑含量；F代表pH調(diào)節(jié)劑含量；c1代表預(yù)期制漿濃度）。

（2）煤的孔隙率發(fā)達(dá)，則煤的比表面積大，在潮濕的環(huán)境下，發(fā)達(dá)的孔隙率會(huì)使煤炭?jī)?nèi)在水分增大，同時(shí)較高的比表面積又會(huì)導(dǎo)致制漿添加劑的消耗量增加；另外，發(fā)達(dá)的孔隙會(huì)聚集大量的氣體，成漿后，水會(huì)慢慢滲入其中，出現(xiàn)煤漿“鼓包”、“發(fā)干”等現(xiàn)象，加劇水煤漿老化，給水煤漿制備、儲(chǔ)存、輸送帶來(lái)困難。

（3）隨著煤中O／C增大，煤的成漿濃度逐漸下降。

（4）原料煤中灰分越高，煤漿的粘度越低，穩(wěn)定性越好，流動(dòng)性就越好，但是灰分每升高1%，原料煤中可燃物就會(huì)相應(yīng)降低1%，氣化效率就會(huì)降低；另外，灰分過(guò)高會(huì)使泵、閥、工藝燒嘴的磨損加劇。

（5）華東理工大學(xué)的于遵宏、王輔臣教授等在《煤炭氣化技術(shù)》一書(shū)中指出：實(shí)踐證明，不溶性或難溶性礦物質(zhì)對(duì)水煤漿流動(dòng)性并無(wú)不良影響；而可溶性礦物質(zhì)則不同，特別是高價(jià)金屬陽(yáng)離子，很少量就足以使水煤漿失去流動(dòng)性［1］。

（6）實(shí)踐證明，煤的哈氏可磨性指數(shù)增大，煤的成漿濃度上升。

（7）煤的巖相顯微組分對(duì)水煤漿的性質(zhì)影響較大；在相近灰分條件下，對(duì)于煙煤而言，較高的鏡質(zhì)組和較低的絲質(zhì)組含量有利于煤的成漿濃度提升，有利煤漿的穩(wěn)定性和流變性。

2.2 煤炭顆粒粒度級(jí)配對(duì)制漿濃度的影響

良好的煤炭顆粒粒度分布能使水煤漿中大小不同的煤炭顆粒相互填充，盡可能地減少煤炭顆粒間的空隙，得到較高的堆積效率，而較高的堆積效率不僅可使水煤漿中固體體積濃度增大，而且還可降低水煤漿的粘度，增強(qiáng)水煤漿的穩(wěn)定性。煤炭顆粒粒度級(jí)配的分析通常是將粗、細(xì)顆粒兩部分分別進(jìn)行：大于200目的用濕法篩分，小于200目的用沉積分析法或激光粒度分析法分析，然后綜合所得的結(jié)果即可得到完整的粒度分布?？傊禾款w粒粒度級(jí)配對(duì)水煤漿濃度的提升影響巨大。

2.3 制漿工藝與設(shè)備對(duì)制漿濃度的影響

在給定的原料煤及其可磨性條件下，磨機(jī)選型、磨機(jī)運(yùn)行狀況、制漿工藝、制漿水供應(yīng)系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行狀況、添加劑供應(yīng)系統(tǒng)設(shè)備性能及運(yùn)行狀況、送漿設(shè)備及其運(yùn)行狀況等對(duì)水煤漿濃度的提升都有巨大的影響。

2.3.1 制漿工藝

制漿工藝主要包括干法制漿、濕法制漿、干濕聯(lián)合制漿、中濃度磨煤制漿、高－中濃度磨煤制漿以及結(jié)合選煤的制漿工藝等。制漿工藝的選擇，取決于原料煤的性質(zhì)及客戶(hù)對(duì)水煤漿質(zhì)量的要求。

氣化用水煤漿制備通常選用濕磨工藝，其核心設(shè)備為磨機(jī)和低壓煤漿泵，工藝流程為：原料煤＋添加劑＋助熔劑＋制漿水→磨機(jī)→滾筒篩→磨機(jī)出口槽→低壓煤漿泵→煤漿貯槽。一般來(lái)說(shuō)，濕磨工藝的磨煤粒度分布為：8目的達(dá)100%（通過(guò)率，質(zhì)量分?jǐn)?shù)；下同）、14目的達(dá)98%～100%、40目的達(dá)90%～95%、200目的達(dá)60%～70%、325目的達(dá)23%～25%。

2.3.2 水煤漿制備設(shè)備

水煤漿制備設(shè)備主要包括制漿水供應(yīng)設(shè)備、原料煤輸送計(jì)量設(shè)備、助熔劑供應(yīng)設(shè)備、添加劑供應(yīng)設(shè)備、制漿設(shè)備、濾漿設(shè)備、煤漿輸送設(shè)備，具體情況簡(jiǎn)介如下。

（1）制漿水供應(yīng)設(shè)備：包括制漿水槽、離心式水泵、制漿水供應(yīng)管道及制漿水流量調(diào)節(jié)閥。其中，制漿水流量調(diào)節(jié)閥、離心式水泵能否長(zhǎng)周期、穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)煤漿提濃有很大的影響。

（2）原料煤輸送計(jì)量設(shè)備：包括皮帶秤和刮板式清掃鏈條機(jī)。原料煤輸送計(jì)量設(shè)備的運(yùn)行狀況對(duì)水煤漿濃度的提升也有影響，如果這些設(shè)備頻繁出現(xiàn)重大故障，就會(huì)導(dǎo)致磨機(jī)、低壓煤漿泵長(zhǎng)時(shí)間停運(yùn)；而若水煤漿濃度較高且低壓煤漿泵停運(yùn)，低壓煤漿泵出口、入囗管線(xiàn)就會(huì)發(fā)生堵塞，須用沖洗水對(duì)低壓煤漿泵及其出口、入口管線(xiàn)進(jìn)行沖洗作業(yè)，沖洗后管道內(nèi)會(huì)存有部分沖洗水，當(dāng)制漿系統(tǒng)重啟時(shí)，若低壓煤漿泵出口管線(xiàn)由地溝切至煤漿貯槽的時(shí)機(jī)掌握不當(dāng)，濃度較低的水煤漿就會(huì)被送入煤漿貯槽，導(dǎo)致槽內(nèi)煤漿濃度下降。

（3）助熔劑供應(yīng)設(shè)備：包括助熔劑貯槽、圓盤(pán)給料機(jī)、螺旋送料機(jī)。助熔劑供應(yīng)設(shè)備的運(yùn)行狀況對(duì)水煤漿濃度的提升影響不大。

（4）添加劑供應(yīng)設(shè)備：包括添加劑制備槽、制備泵、添加劑貯槽、添加劑計(jì)量泵、添加劑供應(yīng)管線(xiàn)。這些設(shè)備發(fā)生故障，就會(huì)導(dǎo)致添加劑供應(yīng)不足，在添加劑濃度不變的情況下，為保證水煤漿具有良好的流變性，只好降低水煤漿濃度。

（5）制漿設(shè)備：包括磨機(jī)（磨機(jī)與濾漿設(shè)備滾筒篩合二為一）、稀油站、高低壓油站、噴霧油站。稀油站在正常運(yùn)行時(shí)向磨機(jī)減速機(jī)供油，高低壓油站為磨機(jī)前后軸承提供潤(rùn)滑油，噴霧油站向小齒輪供油。這些設(shè)備的完好率、運(yùn)行狀況對(duì)水煤漿提濃有較大的影響：如果磨機(jī)滾筒襯板固定螺栓密封元件損壞，就會(huì)出現(xiàn)甩漿、滲漿現(xiàn)象，造成浪費(fèi)，需通過(guò)更換密封元件、緊固螺栓予以消漏；如果磨機(jī)、低壓煤漿泵停車(chē)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，就要用沖洗水對(duì)其進(jìn)行沖洗作業(yè)，上述操作頻繁進(jìn)行就會(huì)使水煤漿濃度下降；另外，制漿系統(tǒng)的主要設(shè)備——磨機(jī)的選型也對(duì)水煤漿濃度的提升有影響，通常棒磨機(jī)制出的水煤漿濃度較球磨機(jī)制出的水煤漿濃度低1～2個(gè)百分點(diǎn)。

（6）濾漿設(shè)備：一般可分為線(xiàn)下過(guò)濾裝置和在線(xiàn)過(guò)濾裝置。線(xiàn)下過(guò)濾裝置主要應(yīng)用在煤漿儲(chǔ)備工序，包括罐體、梯形絲過(guò)濾柱、傾斜形刮刀、傳動(dòng)軸、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電動(dòng)排渣閥和延時(shí)控制裝置；線(xiàn)下過(guò)濾裝置的罐體體積龐大，能耗較高，不如滾筒篩過(guò)濾機(jī)。連續(xù)工作的制漿系統(tǒng)一般采用在線(xiàn)過(guò)濾裝置，其工作原理為利用壓差作用［如利用煤漿輸送設(shè)備提供的壓力或煤漿的自重結(jié)合機(jī)械運(yùn)動(dòng)（如滾筒篩的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、振動(dòng)篩的振動(dòng)）］使合格的水煤漿通過(guò)特殊不銹鋼制成的多孔過(guò)濾介質(zhì)（即過(guò)濾篩），一般用于連續(xù)制漿系統(tǒng)并適用于高濃度水煤漿的過(guò)濾，目前還沒(méi)有通用產(chǎn)品。氣化用水煤漿過(guò)濾設(shè)備一般為振動(dòng)篩或滾筒篩，其能耗較低，可保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。陜西陜化煤化工集團(tuán)有限公司（簡(jiǎn)稱(chēng)陜西陜化）的濾漿設(shè)備采用的是與磨機(jī)滾筒組合在一起的滾筒篩，利用水煤漿的自重結(jié)合滾筒篩的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)使合格的水煤漿通過(guò)特殊不銹鋼制成的多孔過(guò)濾介質(zhì)（過(guò)濾篩）；為保證后系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，還增設(shè)了二級(jí)過(guò)濾裝置。

（7）煤漿輸送設(shè)備：實(shí)際生產(chǎn)中常用的煤漿輸送設(shè)備有離心式低壓煤漿泵、螺桿式煤漿泵、往復(fù)式隔膜煤漿泵。離心式低壓煤漿泵因其具有處理量大、能承受高溫高壓、使用方便的優(yōu)點(diǎn)而被一些企業(yè)在特定的條件下采用，但其存在密封性差、能耗高、檢修費(fèi)用高（其泵體與煤漿直接接觸）的問(wèn)題，同時(shí)對(duì)所輸送煤漿的粘度有一定的要求。螺桿式煤漿泵具有流量連續(xù)均勻、脈動(dòng)小、流量隨壓力變化小、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、無(wú)振動(dòng)及噪音、允許輸送物料粘度變化范圍較寬、吸入性能好的優(yōu)點(diǎn)，但存在螺桿螺旋面加工工藝復(fù)雜、價(jià)格昂貴的缺點(diǎn)。往復(fù)式隔膜煤漿泵屬于加工技術(shù)難度大、產(chǎn)品附加值高的泵類(lèi)產(chǎn)品之一，其可靠性與穩(wěn)定性高，泵體磨損小，輸送介質(zhì)無(wú)外漏，能耗適中，檢修頻率低，日常維護(hù)費(fèi)用低。目前國(guó)內(nèi)大部分水煤漿氣化裝置配套的高壓煤漿泵均采用隔膜泵，陜西陜化的低壓煤漿泵、高壓煤漿泵也采用的是隔膜泵。

2.4 添加劑及輔助劑對(duì)制漿濃度的影響

2.4.1 添加劑的種類(lèi)及成分對(duì)制漿濃度的影響

為使水煤漿具有高濃度、低粘度、良好的流變特性以及較好的穩(wěn)定性，制漿時(shí)加入適量的添加劑是十分必要的。常用的添加劑有陽(yáng)離子型添加劑、陰離子型添加劑、非離子型添加劑。非離子型添加劑主要依靠表面活性劑來(lái)降低煤漿液體表面的張力，使水煤漿中煤炭顆粒表面潤(rùn)濕，控制煤炭顆粒表面的電荷，以降低煤炭顆粒表面的疏水性，并在煤炭顆粒之間形成一層水膜，以減小顆粒之間的摩擦阻力，改善水煤漿的流變特性。離子型添加劑主要依靠含極性基添加劑的靜電吸附在水煤漿顆粒上降低煤炭顆粒表面的電荷，以改變水煤漿的特性。另外，添加劑的作用產(chǎn)生在煤水界面，其效能與煤炭的表面性質(zhì)密切相關(guān)。

一般水煤漿添加劑的主要成分有：分散劑、穩(wěn)定劑及其他一些輔助化學(xué)藥劑（如消泡劑、pH調(diào)整劑、防霉劑、表面改性劑、促進(jìn)劑）。添加劑配方對(duì)水煤漿的制漿成本有很大的影響，在這些藥劑中，最重要的也是必不可少的為分散劑和穩(wěn)定劑。

分散劑是一種可以促進(jìn)水煤漿中煤炭顆粒在分散介質(zhì)（水煤漿中的水）中均勻分散的化學(xué)藥劑。常用的分散劑有聚羧酸鹽、木質(zhì)磺酸鹽、腐殖酸鹽、萘磺酸鹽4種。加入分散劑的目的是防止分散相（水煤漿中的煤炭顆粒）沉淀，提高煤漿膠體體系的穩(wěn)定性。在給定制漿條件（原料煤、制漿工藝、制漿設(shè)備、添加劑供應(yīng)量及供應(yīng)設(shè)備給定）下，添加劑中分散劑用量不足，水煤漿中的分散相就會(huì)沉淀，煤漿膠體體系的穩(wěn)定性就會(huì)下降，就不可能制出高濃度、低粘度的合格水煤漿。

多元料漿氣化裝置使用的水煤漿是一種高濃度固液兩相粗分散體系，穩(wěn)定劑在體系中可以形成特殊的空間結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生機(jī)械阻力，防止水煤漿中高電荷煤炭顆粒的沉淀，以此提高水煤漿的穩(wěn)定性。常用的穩(wěn)定劑有聚丙烯酰胺、羧甲基纖維素。在給定制漿條件（原料煤、制漿工藝、制漿設(shè)備、添加劑供應(yīng)量及供應(yīng)設(shè)備給定）下，添加劑中穩(wěn)定劑用量不足，水煤漿中的分散相就會(huì)沉淀，煤漿膠體體系的穩(wěn)定性就會(huì)下降，就不可能制出高濃度、低粘度的合格水煤漿。

多元料漿氣化裝置使用的水煤漿添加劑的化學(xué)藥劑配方與原料煤煤質(zhì)、水煤漿濃度的高低關(guān)系密切，當(dāng)原料煤煤質(zhì)發(fā)生較大變化或水煤漿濃度需大幅提升時(shí)，添加劑中的化學(xué)藥劑配方就必須作出相應(yīng)調(diào)整，化學(xué)藥劑配方中各組分的含量需經(jīng)過(guò)試驗(yàn)研究確定。

2.4.2 各類(lèi)輔助劑對(duì)制漿濃度的影響

消泡劑的主要作用是消泡，常用的有醇類(lèi)及磷酸酯類(lèi)，通常只在以下2種情況下使用：第1種情況是添加劑配方中含有非離子型分散劑，因?yàn)榇祟?lèi)分散劑同時(shí)具有很好的起泡性，會(huì)致使多元料漿氣化裝置使用的水煤漿中含有過(guò)多的氣泡，影響水煤漿的流變特性；第2種是制漿原料煤為浮選煤，當(dāng)其表面殘留的起泡劑較多時(shí)，攪拌充氣后會(huì)產(chǎn)生氣泡，也會(huì)影響水煤漿的流變特性。在給定制漿條件（原料煤、制漿工藝、制漿設(shè)備、添加劑供應(yīng)量及供應(yīng)設(shè)備給定）下，添加劑中消泡劑用量不足，水煤漿中就會(huì)含有過(guò)多的氣泡，水煤漿的流變特性就會(huì)變差，就不可能制出高濃度、低粘度的合格水煤漿。許多陰離子分散劑（如萘磺酸鹽）同時(shí)具有良好的消泡作用，和非離子型分散劑聯(lián)合使用，不但可以消泡，還可以減少分散劑的使用量，從而降低制漿成本。消泡劑用量大約是分散劑用量的10%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），最適宜的用量應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)獲得。

pH調(diào)節(jié)劑的作用是調(diào)節(jié)溶液的酸堿度。多元料漿氣化裝置制漿時(shí)以弱堿性溶液環(huán)境為好，pH調(diào)節(jié)劑用量大小對(duì)制漿濃度影響較大。

防霉劑的作用是防止水煤漿添加劑在水煤漿長(zhǎng)期儲(chǔ)存過(guò)程中失效。由于多元料漿氣化裝置使用的水煤漿一般都是隨制隨用，即使儲(chǔ)存，時(shí)間一般不會(huì)超過(guò)24h，因此防霉劑用量的大小對(duì)水煤漿濃度影響不大。

表面改性劑的作用是通過(guò)改變煤炭顆粒表面特性來(lái)提高煤的成漿性能。對(duì)于難制漿煤種，加入表面改性劑后，水煤漿的粘度和接觸角均會(huì)得到一定的改善；而對(duì)于易制漿煤種，這種作用并不明顯。

促進(jìn)劑主要具有降低煤漿粘度、提高煤漿穩(wěn)定性、改善煤漿流變特性、增強(qiáng)煤漿抗剪切能力的作用，其用量大小對(duì)水煤漿濃度的提升影響較大，用量充足，水煤漿的粘度和接觸角均會(huì)得到一定的改善，煤漿的流變特性、抗剪切能力均會(huì)得到提升。

3 幾種煤漿提濃工藝

華東理工大學(xué)的于遵宏、王輔臣教授等在《煤炭氣化技術(shù)》一書(shū)中指出，據(jù)高－中濃度磨煤形式以及磨機(jī)的不同，煤漿提濃工藝有以下3種。

3.1 第1種煤漿提濃工藝

第1種煤漿提濃工藝（如圖1）所制備的水煤漿，其粒度分布達(dá)到了較高的堆積效率，有利于制出質(zhì)量較好的水煤漿，但還沒(méi)有擺脫中濃度磨煤后產(chǎn)品還需過(guò)濾脫水的環(huán)節(jié)。所用設(shè)備是棒磨機(jī)＋球磨機(jī)及過(guò)濾、攪拌設(shè)備。

3.2 第2種煤漿提濃工藝

第2種煤漿提濃工藝（如圖2）與第1種煤漿提濃工藝截然相反，粗磨是高濃度磨煤，細(xì)磨則是中濃度磨煤。原料煤破碎后與添加劑進(jìn)入高濃度粗磨單元進(jìn)行高濃度粗磨，得到的產(chǎn)品水煤漿分出一路加水后進(jìn)入中濃度細(xì)磨磨機(jī)，一路進(jìn)入攪拌器，攪拌均勻后進(jìn)入過(guò)濾設(shè)備過(guò)濾除雜后得到成品煤漿；中濃度細(xì)磨磨機(jī)的產(chǎn)品則返回高濃度粗磨單元入口，與破碎后的原料煤、添加劑混合后，進(jìn)入高濃度粗磨單元進(jìn)行高濃度粗磨。這種工藝省去了后續(xù)的過(guò)濾、脫水及捏混環(huán)節(jié)，簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝；細(xì)磨原料不直接來(lái)自破碎后的原料煤，這樣可以減小細(xì)磨中的破碎比，很好地提高中濃度細(xì)磨的效率，且細(xì)磨產(chǎn)品返回高濃度粗磨磨機(jī)中，可改善粗磨磨機(jī)中高濃度煤漿的粒度分布，從而有利于制得高濃度、低粘度、高流變性的優(yōu)質(zhì)氣化用煤漿。第2種煤漿提濃工藝中，粗磨磨機(jī)最好選用棒磨機(jī)，細(xì)磨磨機(jī)最好選用球磨機(jī)。

圖1 第1種煤漿提濃工藝流程框圖

圖2 第2種煤漿提濃工藝流程框圖

3.3 第3種煤漿提濃工藝

第3種煤漿提濃工藝（如圖3）與第2種煤漿提濃工藝的區(qū)別在于中濃度細(xì)磨的原料來(lái)自破碎后的原料煤。第3種煤漿提濃工藝中，粗磨磨機(jī)最好選用棒磨機(jī)，細(xì)磨磨機(jī)最好選用球磨機(jī)。

圖3 第3種煤漿提濃工藝流程框圖

4 陜西陜化煤漿提濃實(shí)踐

陜西陜化合成氨裝置有4臺(tái)多元料漿氣化爐，開(kāi)二備二，單臺(tái)氣化爐設(shè)計(jì)投煤量1500t／d；配套4套磨煤系統(tǒng)，開(kāi)二備二，單套磨煤系統(tǒng)設(shè)計(jì)最大投煤量1560t／d（干基）。

4.1 制漿工藝

陜西陜化多元料漿氣化裝置制漿工藝：來(lái)自煤倉(cāng)經(jīng)破碎后的原料煤，經(jīng)計(jì)量后與來(lái)自料倉(cāng)的助熔劑、來(lái)自添加劑泵的添加劑、來(lái)自磨煤水泵的制漿水一并進(jìn)入低速運(yùn)轉(zhuǎn)的棒磨機(jī)，各層介質(zhì)順筒體旋轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)移一定的角度，自然形成的介質(zhì)層按同心圓分布，并沿著同心圓軌跡升高，當(dāng)介質(zhì)超過(guò)自然休止角時(shí)，則像雪崩一樣泄落下來(lái)，如此循環(huán)；在泄落式工作狀態(tài)下，物料因破碎介質(zhì)相互滑動(dòng)時(shí)產(chǎn)生壓碎和研磨作用而粉碎，從而制出合格的水煤漿；成漿后的水煤漿進(jìn)入與筒體相連的滾筒篩上濾掉雜質(zhì)，之后入磨機(jī)出口槽，攪拌均勻后由菲魯瓦隔膜低壓煤漿泵送至氣化工段煤漿大槽備用。

4.2 煤漿提濃工藝

為提高氣化效率、降低氧氣消耗、提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，陜西陜化于2018年二季度決定提升多元料漿氣化裝置用水煤漿的濃度。受多種因素（諸如資金、場(chǎng)地、技術(shù)）的限制，現(xiàn)有工藝及設(shè)備未作大的改動(dòng)，只是在低壓煤漿泵出口至磨機(jī)入口加裝了1條煤漿回流管線(xiàn)，將低壓煤漿泵出口產(chǎn)品水煤漿部分返回磨機(jī)，再與磨機(jī)內(nèi)的原料混合進(jìn)行二次研磨制漿，即借鑒了上述3種煤漿提濃工藝中的第2種，以期獲得高濃度的水煤漿；為了防堵，在煤漿回流管線(xiàn)上設(shè)有沖洗水管線(xiàn)。

4.3 煤漿提濃過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題及解決方案

從近幾個(gè)月的運(yùn)行情況來(lái)看，氣化裝置用水煤漿濃度有所提高，由早期的60%提至現(xiàn)在的62.8%，煤漿的粘度基本穩(wěn)定在600～1200cP之間，氣化裝置能穩(wěn)定運(yùn)行，但由于經(jīng)驗(yàn)有限及相關(guān)研發(fā)技術(shù)的缺失，煤漿提濃后多元料漿氣化裝置運(yùn)行中也出現(xiàn)了以下幾個(gè)方面的問(wèn)題。

4.3.1 滾筒密封元件壽命短而致磨機(jī)頻繁停檢

磨機(jī)滾筒密封元件使用壽命有限，筒體襯板固定螺栓密封處時(shí)常出現(xiàn)泄漏，為保護(hù)環(huán)境、節(jié)約原料，磨機(jī)需頻繁停車(chē)檢修消除漏點(diǎn)。低壓煤漿泵出口水煤漿部分返回磨機(jī)進(jìn)行二次研磨，改善了煤漿的粒度分布，提高了顆粒的堆積效率，使煤漿濃度得到提高，在添加劑用量給定的條件下，水煤漿的粘度會(huì)有所增大，水煤漿的流變特性有所下降，而滾筒的規(guī)格是一定的，在特定條件下，其工作效率會(huì)下降。當(dāng)磨機(jī)短時(shí)間停運(yùn)檢修時(shí)，滾筒篩停轉(zhuǎn)，為防止低壓煤漿泵出口、入口管線(xiàn)及泵本體堵塞，減少對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響，低壓煤漿泵仍需以最低工作轉(zhuǎn)速運(yùn)行，此種情況下，若不進(jìn)行有效處理，低壓煤漿泵出口返回磨機(jī)的產(chǎn)品水煤漿就會(huì)沿著滾筒雜質(zhì)出口溢流至一樓地面，造成環(huán)境污染及原料浪費(fèi)；為杜絕此類(lèi)現(xiàn)象的出現(xiàn)，必須在磨機(jī)停運(yùn)前將煤漿回流管線(xiàn)切出并沖洗，以防其堵塞，但頻繁沖洗會(huì)對(duì)煤漿濃度的提升造成一定的影響。

解決方案：與磨機(jī)生產(chǎn)廠家聯(lián)合研發(fā)適合陜西陜化制漿條件的磨機(jī)滾筒密封元件，延長(zhǎng)其使用壽命；改善密封裝置結(jié)構(gòu)，做好檢修計(jì)劃，狠抓檢修質(zhì)量，切實(shí)做到計(jì)劃?rùn)z修，減少檢修頻次。

4.3.2 煤漿回流管線(xiàn)存在堵塞風(fēng)險(xiǎn)

受場(chǎng)地、設(shè)備布局、資金方面的限制，煤漿回流管線(xiàn)只能從低壓煤漿泵出口閥前甩頭向上緊貼一樓樓板向北向上穿過(guò)一樓樓板，由磨機(jī)機(jī)頭進(jìn)料管進(jìn)入磨機(jī)，這種布局，在煤漿回流管線(xiàn)停運(yùn)沖洗后仍然存在堵塞風(fēng)險(xiǎn)。

解決方案：在磨機(jī)停運(yùn)前磨機(jī)出口槽提液位時(shí)，將煤漿回流管線(xiàn)切出，用沖洗水沖洗至煤漿回流管線(xiàn)全線(xiàn)壁溫降至常溫時(shí)再停沖洗水；檢修結(jié)束磨機(jī)運(yùn)行正常、磨機(jī)出口槽液位漲至60%以上時(shí)，打開(kāi)沖洗水手閥沖洗煤漿回流管線(xiàn)3～5min，然后關(guān)閉沖洗水手閥，打開(kāi)煤漿回流手閥，提高低壓煤漿泵轉(zhuǎn)速直至煤漿回流管線(xiàn)全線(xiàn)溫度回升至磨機(jī)停運(yùn)前的溫度后，再將其轉(zhuǎn)速與磨機(jī)出口槽液位聯(lián)鎖恢復(fù)。在工藝操作方面作出如上調(diào)整后，基本上可以防范煤漿回流管線(xiàn)停運(yùn)沖洗后仍存在的堵塞風(fēng)險(xiǎn)。

4.3.3 煤漿回流管線(xiàn)沖洗水管上手閥配置不當(dāng)

煤漿提濃技改實(shí)施初期，由于缺乏經(jīng)驗(yàn)，煤漿回流管線(xiàn)沖洗水手閥選型、沖洗水配管出現(xiàn)過(guò)一些失誤，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①?zèng)_洗水手閥選用截止閥，在沖洗水停用期間，手閥出口端閥芯與閥殼之間的空間易積存煤漿，造成手閥打開(kāi)困難，即使閥門(mén)可以打開(kāi)，積存的煤漿也會(huì)造成沖洗水流道堵塞，開(kāi)啟初期需不斷地敲擊管道及閥體才能保證沖洗水的供應(yīng)；②配管時(shí)手閥與管道沒(méi)有采用法蘭連接，而是直接焊接，這種連接方式無(wú)形中減小了管線(xiàn)的流通截面，即降低了沖洗水量，影響沖洗效果。

解決方案：①更換沖洗水手閥，將其由截止閥改為閘板閥；②重新配管，沖洗水管道與閥門(mén)采用法蘭連接；③疏通沖洗水管線(xiàn)，保證沖洗水流量及壓力達(dá)標(biāo)。

4.3.4 添加劑供應(yīng)量不穩(wěn)定

系統(tǒng)運(yùn)行初期，由于添加劑供應(yīng)設(shè)備方面的原因，造成添加劑供應(yīng)量不穩(wěn)定，導(dǎo)致水煤漿的粘度上漲、流變性能下降（煤漿濃度最高為62.8%時(shí)，煤漿粘度高達(dá)1180cP，此時(shí)煤漿的流變性能極差），煤漿流動(dòng)困難。

解決方案：做好新型添加劑配方的研發(fā)和添加劑供應(yīng)設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)工作，保證添加劑供應(yīng)量的穩(wěn)定；在添加劑供應(yīng)量不足時(shí)，工藝上及時(shí)作出相應(yīng)的調(diào)整。

5 設(shè)想及建議

若不考慮諸多限制因素，參照上述第2種煤漿提濃工藝，陜西陜化煤漿提濃可按以下設(shè)想進(jìn)行技改：①中濃度細(xì)磨機(jī)選用球磨機(jī)，高濃度粗磨機(jī)選用棒磨機(jī)；②在中濃度細(xì)磨機(jī)出口加裝煤漿輸送設(shè)備，將中濃度細(xì)磨產(chǎn)品送至高濃度粗磨單元；③配置煤漿泵沖洗管線(xiàn)及沖洗廢水回收存儲(chǔ)設(shè)備，將回收的沖洗廢水送往制漿水供應(yīng)單元循環(huán)使用；④設(shè)置安全可靠的添加劑供應(yīng)系統(tǒng)，并選用適宜的添加劑（添加劑的成分及用量應(yīng)根據(jù)原料煤煤種通過(guò)試驗(yàn)獲得）。

6 結(jié)束語(yǔ)

在給定的條件下，生產(chǎn)出高濃度、低粘度、流變性能良好的氣化裝置專(zhuān)用水煤漿，是我們氣化人不懈追求的目標(biāo)，如何以最簡(jiǎn)潔的工藝、最少的投入實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，還有待于我們?cè)谌粘５纳a(chǎn)實(shí)踐中不斷摸索與探究。以上論述只是筆者對(duì)氣化裝置用水煤漿提濃的一點(diǎn)點(diǎn)淺見(jiàn)，不當(dāng)之處還懇請(qǐng)業(yè)界同仁批評(píng)指正。