分級研磨工藝對水煤漿成漿濃度的影響

徐明磊

摘 要：文章分別采用傳統(tǒng)制漿工藝以及分級研磨制漿工藝對榆林-鄂爾多斯地區(qū)的三個煤樣永智、張家峁、紅柳林進行了成漿性實驗研究，結(jié)果表明：永智、張家峁、紅柳林三個煤樣，采用傳統(tǒng)制漿工藝所得最高成漿濃度分別為54.34%、62.77%和60.33%；采用分級研磨工藝后，最高成漿濃度分別為57.57%、65.53%以及64.20%，煤漿濃度比傳統(tǒng)制漿工藝提高3%-4%。

關(guān)鍵詞：水煤漿；濃度；煤氣化

1 概述

水煤漿是20世紀70年代石油危機以后開發(fā)的一種清潔煤基燃料，是一種可以代替重油和固體煤的新型潔凈燃料，它具有比固體煤高的燃燒效率[1]，可以在工業(yè)鍋爐、電站鍋爐、和工業(yè)窯爐中燃用，亦可作為氣化原料生產(chǎn)合成煤氣[2]。近年來，空氣霧霾備受關(guān)注，煤炭不清潔的利用是造成空氣霧霾的原因之一，水煤漿便是一種有效的清潔利用煤炭資源的手段，不僅如此，發(fā)展水煤漿技術(shù)還可以節(jié)約燃油、緩解煤炭運輸，是一項具有重大意義的，帶有方向性的低污染代油技術(shù)[3]。

近年來，隨著以水煤漿氣化為龍頭的煤化工產(chǎn)業(yè)的快速擴張，氣化水煤漿的應用規(guī)模也得以迅速擴大[4]。水煤漿的濃度直接影響氣化爐氣化效率，氣化能耗以及生產(chǎn)成本。因此，如何提高水煤漿的濃度直接影響企業(yè)的經(jīng)濟效益。國家水煤漿工程技術(shù)研究中心對影響水煤漿成漿濃度的因素做了深入的研究，開發(fā)出了“分級研磨”的工藝技術(shù)，并配合其研發(fā)的水煤漿專用添加劑，用以提高氣化水煤漿的成漿濃度。文章采用傳統(tǒng)制漿工藝與分級研磨制漿工藝對某化工企業(yè)所提供的三個煤樣進行水煤漿成漿性實驗，用以了解分級研磨工藝對于三個煤樣的成漿濃度的影響。

2 實驗條件

2.1 煤質(zhì)分析

實驗煤樣取自榆林-鄂爾多斯地區(qū)，分別為永智、張家峁、紅柳林，編號為1號、2號、3號，對三種煤樣進行煤質(zhì)分析，結(jié)果見表1。

由表1可知，1號煤樣屬于高水分、特低灰分、高揮發(fā)分、低硫、較難磨的難制漿煤種，2號煤樣屬于低水分、低灰分、中高揮發(fā)分、低硫、較難磨煤種，3號煤樣屬于低水分、特低灰分、中高揮發(fā)分、特低硫、較難磨煤種。

2.2 實驗器材

TJCPS-180×150全密封錘式破碎縮分機；XMB-Φ240×300棒磨機；QHJM-3超細研磨機；GS-86型電動振篩機；DT500A電子天平；101-DA型電熱鼓風干燥箱；HB43型梅特勒快速水分測定儀；NXS-4C型水煤漿粘度儀；BT-2002型激光粒度分布儀；JJ-1型定時電動攪拌器。

2.3 實驗方法

生產(chǎn)現(xiàn)場對于水煤漿的粒度分布和粘度的要求為≤0.075mm顆粒比例占≥40.0%，≤0.45mm顆粒比例占≥86.0%，≤1mm顆粒比例占≥97.0%，水煤漿最大表觀粘度為≤1200mPa·s。為了使得實驗結(jié)果更具有參考性，實驗中的煤漿粒度分布以及粘度均按照此要求進行。

實驗采用干法制漿，找出最佳的制漿條件，然后用濕法按照最佳工藝條件進行驗證。干法制漿的過程為：用棒磨機按照現(xiàn)場對水煤漿的粒度分布要求進行棒磨，將磨好的煤粉、一定量的添加劑和水放入燒杯中，用攪拌器攪拌6min。

將制得的水煤漿進行濃度、表觀粘度的測試，妥善保存24h后進行流動性和穩(wěn)定性的測試。

分別采用傳統(tǒng)制漿工藝以及分級研磨制漿工藝對三個煤樣進行成漿性實驗研究，通過對比實驗結(jié)果來得出分級研磨工藝水煤漿成漿濃度的影響。分級研磨制漿工藝的流程簡圖如圖1所示。

3 結(jié)果與討論

3.1 傳統(tǒng)制漿工藝實驗

三種煤樣采用傳統(tǒng)制漿工藝所得煤漿濃度結(jié)果見表2。

注：流動性標準：連續(xù)流動為A；間斷流動為B；不流動為C。同一級別中以“+”“-”表示優(yōu)劣。穩(wěn)定性標準：漿體保持其初始狀態(tài)，無析水和沉淀產(chǎn)生為A；存在少量的析水或少許軟沉淀產(chǎn)生為B；有沉淀產(chǎn)生，密度分布不均，但經(jīng)攪拌作用后可再生為C；產(chǎn)生部分沉淀或全部硬沉淀為D。

由表2可以看出，隨著水煤漿濃度的升高，表觀粘度隨之升高，漿題流動性變差。按照現(xiàn)場需求，當表觀粘度控制在1200mPa·s以下時，三個煤樣采用傳統(tǒng)制漿工藝所得到的煤漿最高濃度分別為54.34%、62.77%和60.33%。

3.2 分級研磨工藝實驗

分級研磨工藝的干法實驗，即根據(jù)現(xiàn)場粒度分布的要求，將棒磨機磨好的粗煤粉以及超細磨機磨好的超細煤粉按照一定的比例混合，在加入一定量的添加劑和水，攪拌6min得到水煤漿產(chǎn)品。三個煤樣不同粗細比例的粒度分不見表3。

根據(jù)現(xiàn)場氣化對粒度分布的要求，確定了三種煤樣的級配比例粗：細分別為90：10、85：15以及80：20。按照該比例，三種煤樣的采用分級研磨工藝所制得的煤漿濃度見表4所示。

由表4可以看出，采用分級研磨工藝所制得的1號、2號、3號煤樣的成漿濃度分別為57.57%、65.63%以及64.20%。對比傳統(tǒng)制漿工藝多得到的煤漿濃度分別上漲了3個、3個和4個百分點。

實驗證明，分級研磨工藝通過對煤漿的堆積效率進行優(yōu)化，使得水煤漿濃度得以提高。而煤漿濃度的提高對于煤氣化性能有著很大的影響，有研究表明，隨著煤漿濃度的升高，進入氣化爐的水含量減少，為維持氣化爐爐溫恒定，氣化單元所需氧氣量減少，因燃燒而損失的CO、H2減少，有效氣含量增加，因而比煤耗、比氧耗均降低，冷煤氣效率升高[5]。

4 結(jié)束語

（1）取自榆林-鄂爾多斯地區(qū)的永智、張家峁、紅柳林三個煤樣，采用傳統(tǒng)制漿工藝所得最高成漿濃度分別為54.34%、62.77%和60.33%；采用分級研磨工藝后，最高成漿濃度分別為57.57%、65.53%以及64.20%，煤漿濃度比傳統(tǒng)制漿工藝提高3%-4%。

（2）采用分級研磨工藝，提高了煤漿的堆積效率，煤漿濃度的提高對煤氣化性能有著很大的影響，對企業(yè)經(jīng)濟效益的提高有著重大的意義。

參考文獻

[1]杜長江.水煤漿生產(chǎn)應用在“節(jié)能減排”中的價值[A].水煤漿新技術(shù)研發(fā)與實踐[C].北京：中國石化出版社，2012：36-41.

[2]段清兵，等.低階煤高濃度制漿新技術(shù)的研發(fā)與應用[A].水煤漿新技術(shù)研發(fā)與實踐[C].北京：中國石化出版社，2012：32-35.

[3]李瑞國，等.水煤漿燃燒技術(shù)及其發(fā)展[A].水煤漿新技術(shù)研發(fā)與實踐[C].北京：中國石化出版社，2012：58-64.

[4]段清兵，等.褐煤制氣化水煤漿實驗研究[J].潔凈煤技術(shù)，2014，20（6）：19-22.

[5]萬偉，等.煤漿濃度變化對煤氣化性能的影響[J].化學世界，增刊：66-67.