分級研磨制漿工藝在內(nèi)蒙古易高煤化科技有限公司的應(yīng)用

蘇鑫

（煤科院節(jié)能技術(shù)有限公司，國家水煤漿工程技術(shù)研究中心，煤炭資源高效開采與潔凈利用國家重點實驗室，國家能源煤炭高效利用與節(jié)能減排技術(shù)裝備重點實驗室，北京 100013）

煤炭是我國重要的基礎(chǔ)能源，在未來相當長時期內(nèi)煤炭引領(lǐng)能源的現(xiàn)狀難以改變[1]。水煤漿是潔凈煤技術(shù)的分支之一，其是由煤、水以及添加劑混合而成的煤基液體燃料和氣化原料。水煤漿技術(shù)自20 世紀80 年代引入我國后，歷經(jīng)30 余年的科技攻關(guān)與生產(chǎn)實踐，生產(chǎn)與應(yīng)用規(guī)模均處于全球領(lǐng)先地位[2-4]。水煤漿的應(yīng)用范圍極廣，涉及冶金、化工、電力、建材、輕工、石油等領(lǐng)域，根據(jù)用途不同，可分為燃料水煤漿和氣化水煤漿。在氣化水煤漿領(lǐng)域，隨著德士古氣化技術(shù)（現(xiàn)GE氣化技術(shù)）的引進，尤其是我國具有自主知識產(chǎn)權(quán)的多噴嘴對置式水煤漿氣化技術(shù)的研發(fā)成功，氣化漿的用量也在急劇上升[5]。據(jù)不完全統(tǒng)計[6]，截至2017 年底，采用水煤漿為進料的氣化爐，如GE、多噴嘴、多元料漿等，已投產(chǎn)數(shù)量超過300 臺，用漿量達2 億t/a 以上，且隨著大型新建項目的相繼投產(chǎn)，其用量還將繼續(xù)增加[7-8]。同時，隨著氣化水煤漿應(yīng)用范圍的不斷增加以及煤化工建設(shè)規(guī)模的日益增大，氣化爐大型化也迫在眉睫，目前國內(nèi)最大的單臺日處理3000 t 煤量的氣化爐已經(jīng)投產(chǎn)，并穩(wěn)定運行，單臺日投煤量4000 t 級的氣化爐也正在研發(fā)。

水煤漿研究初期，制漿用煤多以中等變質(zhì)程度的煤種（氣煤、1/3 焦煤等）為主[4]，但隨著類似煤種的不斷開采，其儲量也日益減少，與此同時其價格亦逐漸增加，因此，變質(zhì)程度較低的低階煤逐漸被用作主流的制漿用煤[9]，如弱黏煤、不黏煤。但低階煤的煤質(zhì)特征使得用戶在使用常規(guī)制漿工藝的條件下很難制出具有優(yōu)良流變特性的高濃度水煤漿，不利于提高氣化爐效率[10-11]，有研究表明[12]，氣化水煤漿質(zhì)量分數(shù)每提高一個百分點，生產(chǎn)1000 Nm3合成氣煤耗降低10 kg，氧耗降低10 Nm3，因此，如何利用這些低階煤制備出具有優(yōu)良流變特性的高濃度水煤漿成為行業(yè)內(nèi)急需解決的問題。粒度級配是制漿技術(shù)的關(guān)鍵，根據(jù)這一核心理論，國內(nèi)眾多科研院所和企業(yè)做了很多具體研究[13-14]，逐漸探索出“分級研磨制漿工藝”，并逐漸應(yīng)用于實際生產(chǎn)。

內(nèi)蒙古易高煤化科技有限公司年產(chǎn)20 萬t 甲醇項目，采用水煤漿氣化技術(shù)，氣化水煤漿制備系統(tǒng)以鄂爾多斯本地煤為制漿原料，每天處理干煤約1344 t。制漿系統(tǒng)由2 條棒磨機（Φ 3.2 m×4.5 m）生產(chǎn)線組成，2 條全開無備用，每條棒磨機生產(chǎn)線每小時制漿能力為28 t 干煤，采用單棒磨機制漿工藝。由于煤漿濃度偏低，使有效氣含量偏低，比煤耗、比氧耗偏高。同時煤漿中過多的水在爐內(nèi)變?yōu)檎羝笳加昧艘欢臻g，降低了氣化爐的轉(zhuǎn)化效率，嚴重影響了企業(yè)在行業(yè)內(nèi)的競爭優(yōu)勢。因此，為了提高制漿濃度，實現(xiàn)增產(chǎn)降耗，內(nèi)蒙古易高煤化科技有限公司采用低階煤分級研磨高濃度水煤漿制備專利技術(shù)和設(shè)備進行煤漿提濃，對原有的制漿系統(tǒng)進行升級改造，增設(shè)1 臺CYM11000C1 型超細研磨機。改造完成后，制漿系統(tǒng)由2 套Φ 3.2 m×4.5 m 棒磨機和1 套CYM11000C1 型超細研磨機組成，棒磨機2 開無備用，超細研磨機常開。

1 煤質(zhì)分析

內(nèi)蒙古易高煤化科技有限公司氣化用煤來自周邊礦井，采用陽塔煤為制漿用煤，陽塔煤的煤質(zhì)分析見表1。

表1 陽塔煤煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)Table 1 Analysis data of coal quality of Yangta coal

由表1 可知，該公司生產(chǎn)用煤屬于中高水分、特低灰、中熱值、中等可磨低階長焰煤，灰熔融性溫度適中，有利于氣化爐平穩(wěn)運行，該煤種屬于難成漿煤種。

2 改造方案

2.1 工藝流程

內(nèi)蒙古易高煤化科技有限公司原有煤漿制備系統(tǒng)為單棒磨機制漿工藝，具體過程為，經(jīng)過破碎的煤、工藝水和水煤漿添加劑一起由棒磨機入口進入，經(jīng)過棒磨機內(nèi)鋼棒的研磨后，漿體通過棒磨機末端的滾筒篩，符合要求的煤漿通過滾動篩進入到低壓煤漿槽，再由煤漿泵輸送至高壓煤漿槽供氣化使用。該工藝雖然流程相對簡單，但所制水煤漿粒度分布不合理，濃度偏低，存在著流態(tài)及穩(wěn)定性差等問題。

原生產(chǎn)系統(tǒng)經(jīng)過改造，增加了1 套細漿制備系統(tǒng)。改造后的制漿工藝為“分級研磨制漿工藝”，該工藝將“選擇性粗磨”和“超細研磨”進行有機結(jié)合，增加煤粉顆粒的堆積效率，優(yōu)化產(chǎn)品的流動性及穩(wěn)定性，其工藝流程見圖1（虛線內(nèi)為新增細漿制備系統(tǒng)）。

圖1 改造后制漿系統(tǒng)工藝流程Fig. 1 Process flow chart of the modified pulping system

煤漿槽的少部分煤漿（10% ～ 15%）通過配漿泵輸送到粗漿槽，并與配水管道的流量值形成串級（配水管道帶有與配漿泵流量形成串級的調(diào)節(jié)閥），通過自動計算，配入一定量的工藝水，稀釋后的煤漿通過泵送入超細研磨機，研磨合格的細漿最終通過細漿泵重新輸送至棒磨機中。此套工藝可優(yōu)化煤漿粒度級配，適當增加大小顆粒的粒徑差，顯著改善其流變性，達到提濃降耗的目的。

2.2 主要設(shè)備

根據(jù)內(nèi)蒙古易高煤化科技有限公司的生產(chǎn)規(guī)模，本改造配置了1 臺CYM11000C1 型超細研磨機，整套系統(tǒng)共配置配漿泵2 臺，粗漿泵2 臺，細漿泵3 臺，主要設(shè)備及相關(guān)參數(shù)見表2。

表2 新增主要設(shè)備一覽表Table 2 List of major equipments

3 系統(tǒng)調(diào)試

煤漿提濃系統(tǒng)為原有制漿系統(tǒng)的“外掛式”子系統(tǒng)，運行正常后逐漸接入原有制漿系統(tǒng)，在不影響正常生產(chǎn)的條件下，逐漸減少棒磨機進料端工藝水量，使水煤漿濃度逐漸提高。

調(diào)試期間，不同的進料濃度及進料量對細漿的粒度影響見表3。

表3 不同進料濃度和進料量條件下超細研磨機出料粒度Table 3 Discharge particle size of ultrafine grinding machine under different feed concentration and feed amount conditions

經(jīng)過調(diào)試，逐漸確定了該煤質(zhì)條件下煤漿提濃系統(tǒng)的較佳運行參數(shù)。根據(jù)技術(shù)要求，-0.075 mm通過率需達到85%，同時-0.045 mm 通過率則需要達到80%，由表3 可以看出，在設(shè)備運行電流及運行溫度可承受的范圍內(nèi)，處理量為14 m3/h 為宜，進料質(zhì)量分數(shù)維持在38%較為合適，此工況既能保證設(shè)備正常運行，又達到了提濃工藝的要求，此時細漿添加比例為10%左右（細漿制備系統(tǒng)額外加入原系統(tǒng)的干基細煤粉量）。

4 運行效果

煤漿提濃系統(tǒng)經(jīng)過1 年多的穩(wěn)定運行及參數(shù)優(yōu)化，逐漸形成了一套適用于本廠工況的較優(yōu)操作參數(shù)，提濃系統(tǒng)開車前后水煤漿指標見表4。

表4 提濃系統(tǒng)開車前后水煤漿指標Table 4 Coal water slurry index before and after thickening system starting

其中水煤漿濃度采用干燥箱干燥法測定，表觀黏度采用同軸雙轉(zhuǎn)桶黏度計法測定，穩(wěn)定性采用傾倒法測定。

從表4 可以看出，增加提濃系統(tǒng)后，煤漿中煤顆粒的粒度級配得到優(yōu)化，煤漿質(zhì)量分數(shù)提高了2.6 個百分點，表觀黏度為821 mPa·s，且通過加入細漿，生產(chǎn)的水煤漿穩(wěn)定性也有所好轉(zhuǎn)，析水率由原來的2.8%減少到2.2%。細漿的加入改變了原有煤漿的粒度級配，適當增加了煤漿中大小煤顆粒的粒徑差，使小顆?？梢愿嗟赜行畛涞酱箢w粒的間隙中，增加了顆粒間的空間位阻，減小了大顆粒的沉降速度，穩(wěn)定性有所好轉(zhuǎn)。

提濃系統(tǒng)運行后，棒磨機的出漿情況亦有所好轉(zhuǎn)，出料端滾筒篩不易堵塞，沖洗頻率降低，這是因為細漿加入后充當了顆粒之間的“潤滑劑”，在煤漿流動時，作為復(fù)合流的水煤漿，其垂向分布更加均勻，有利于減小流動阻力[15]。

提濃系統(tǒng)開車前后氣化工段運行效果見表5。

由表5 可以看出，通過增加煤漿提濃系統(tǒng)，氣化比煤耗由原來的563 kg/1000 Nm3降低到545 kg/1000 Nm3，比氧耗由原來的363 Nm3/1000 Nm3降低到351 Nm3/1000 Nm3，有效氣體積分數(shù)也由原來的80.26%提高到81.95%，這主要是因為水煤漿濃度提高后，進入氣化爐的水分減少，在氣化爐操作溫度不變的情況下，需減少給氧量，使煤中的碳更多地向CO 轉(zhuǎn)變，有效氣含量增加。由表5 還可以看到，改造后噸精醇耗煤及耗氧均有所降低，具有顯著的經(jīng)濟效益，提高了企業(yè)的競爭力。

5 結(jié) 論

（1）采用分級研磨制漿工藝后，在氣化用煤和添加劑用量不變的前提下，水煤漿質(zhì)量分數(shù)由60.2%上升到62.8%，增加了2.6%；水煤漿濃度提高后，氣化比煤耗降低了18 kg/1000 Nm3，比氧耗降低了12 Nm3/1 000 Nm3，有效氣體積分數(shù)提高了1.69%，噸精醇耗煤減少0.07 t，噸精醇耗氧減少29 Nm3，經(jīng)濟效益顯著。

（2）增加提濃系統(tǒng)后，煤漿的粒度分布得到優(yōu)化，使煤漿的穩(wěn)定性有所好轉(zhuǎn)，且通過細漿的“潤滑”作用，改善了產(chǎn)品的流動性，棒磨機出料端更加順暢，減少了沖洗頻率。