提高水煤漿濃度的優化措施

孔德升，張志坤，王夢龍

(新能鳳凰〔滕州〕能源有限公司 山東滕州 277527)

提高水煤漿濃度的優化措施

孔德升，張志坤，王夢龍

(新能鳳凰〔滕州〕能源有限公司 山東滕州 277527)

分析了影響水煤漿濃度的主要因素，從優化煤質、降低煤漿黏度、優化煤漿粒度分布以及改造設備4個方面著手，制定了提高水煤漿濃度的優化措施。優化措施實施后，水煤漿質量分數由60.97%提高至61.33%，取得了較好的效果。

水煤漿；濃度；優化措施

新能鳳凰(滕州)能源有限公司(以下簡稱新能鳳凰公司)700 kt/a甲醇裝置采用多噴嘴對置式水煤漿加壓氣化工藝制取原料氣，配套建設了3套磨煤裝置，為3臺1 500 t/d四噴嘴氣化爐供應水煤漿，采用2開1備模式運行。自2009年12月開車成功以來，氣化裝置運行較為穩定，目前已實現滿負荷常態化運行。

高濃度的水煤漿具有氣化效率和有效氣成分含量高等特點，并且間接地實現了節能降耗，在同等負荷下擴大了生產能力、提高了企業經濟效益。通過對裝置實際運行數據的分析表明，水煤漿質量分數每提高1%，每1 000 m3(CO+H2)耗氧量減少5～10 m3、煤耗降低8～10 kg，甲醇產量至少可增加2.5%。由此可見，提高水煤漿濃度對裝置的經濟運行意義重大。

1 影響水煤漿濃度的主要因素

原料煤煤質特性是影響水煤漿制備的首要因素；其次，水煤漿黏度、粒度分布、設備因素等對水煤漿濃度也有較大影響。

1.1 煤質因素

原料煤中的水分對煤的輸送、儲存、使用和成漿都有一定的影響。

若原料煤外在水含量高，則容易發生煤儲斗蓬煤、磨煤機入口溜管堵塞等問題，使制漿水煤比控制不穩定，水煤漿濃度會出現較大波動。張華新等[1]指出，煤的內水含量對氣化過程的影響主要表現在成漿性能方面，即內水含量越高，制得的水煤漿濃度越低。這是因為煤的內水含量越高，煤中的水碳比越大，含氧官能團和親水官能團越多，空隙率越大，煤的制漿難度越大。工業運行數據也充分證明了煤中內水含量與制得的水煤漿濃度成反比關系。綜合技術與經濟兩方面考慮，水煤漿加壓氣化用原料煤的最高內水質量分數應以<8%為宜。

煤中灰分除使煤漿的有效成分含量降低外，對成漿性能也有一定的影響，主要表現為使煤質的均勻性變差，消弱了煤漿分散劑的分散性能，在相同的情況下，對提高水煤漿濃度不利。

煤的可磨性直接影響水煤漿粒度分布情況，可磨指數大的煤種容易研磨制漿，水煤漿中細粒子增多、黏度增大，通過篩網的能力變差，從而制約煤漿濃度的提高。賀永德等[2]指出，隨著煤化程度加深，煤的可磨指數呈拋物線變化，一般在含碳質量分數為90%時達到最大值。水煤漿加壓氣化工藝使用的煙煤的可磨指數范圍較大，選擇可磨指數大的煤種是水煤漿加壓氣化工藝選擇煤種的重要指標之一，一般要求原料煤可磨指數(哈氏可磨指數)≥50。

1.2 水煤漿黏度的影響

水煤漿濃度、黏度和粒度分布是衡量水煤漿質量的重要參數，而各參數間密切相關。黏度是表征水煤漿流動性能的物理量，黏度越大則水煤漿的流動性越差。新能鳳凰公司磨煤系統一級和二級滾筒篩均采用3 mm×25 mm的固定尺寸篩網，水煤漿黏度增大將導致其通過篩孔的阻力增大，無法順利通過篩孔的水煤漿便會從滾筒篩末端排出，出現淌漿現象。調節水煤漿黏度的常用方法是使用添加劑，但添加劑的調節能力有限，只能對特定的某種或幾種煤種有較好的分散效果。工業數據顯示，當水煤漿中粒徑為0.043 mm的顆粒質量分數≥45%時，增加添加劑用量對水煤漿黏度的調控已經失去作用。當增加添加劑用量或更換添加劑仍無法減小水煤漿黏度時，只能通過降低水煤漿濃度來減小其黏度，以消除滾筒篩淌漿現象，維持氣化裝置水煤漿的供應量。

1.3 粒度分布的影響

高濃度的水煤漿不僅要求煤炭磨至一定的細度，還要求其具有良好的粒度分布，使大顆粒與小顆粒相互填充，盡可能減少煤粒間的空隙，從而可減少水的加入量，提高水煤漿濃度，且細顆粒進入大顆粒間的間隙中還可起到潤滑作用[3]。劉猛等[4]采用神華煤制備水煤漿，分析了顆粒粒徑比和小顆粒體積分數對雙峰分布漿體黏度的影響，根據漿體黏度的關聯式預測了水煤漿的黏度并與試驗結果進行了比較，結果表明：①采用雙峰分布的顆粒制取水煤漿可以有效降低漿體的黏度，同時可獲得較大的漿體體積分數；②在相同的體積分數下，隨著顆粒粒徑比的增大，漿體的黏度迅速下降；③當小顆粒體積分數達到35%時，漿體的黏度最小。

2 水煤漿提濃優化措施

2.1 優化煤質

為提高水煤漿濃度，新能鳳凰公司制定了新的煤種采購指標，即內水含量<7%(質量分數，下同)、全水含量<13%、可磨指數>50、灰分(干基)<8%。2013年，制得的水煤漿質量分數平均為61.33%，比2011年提高2.13%，取得了較為理想的效果。此外，通過出礦取樣、進廠取樣和入磨機前取樣的三級煤質管理，強化了對煤質的監控，杜絕了運輸途中換煤、混煤情況的發生。

配煤技術在煤灰黏溫特性的調節上已經相當成熟，在滿足氣化用煤指標的前提下，可將配煤技術應用到可磨指數的調節上。在磨煤機鋼棒級配和裝棒量一定的情況下，將內水含量大的煤種與內水含量小的煤種按照一定比例混合，要求此比例下混煤的可磨指數>50、內水含量≤7%、灰分(干基)<8%。在工業運行中，原料煤從筒倉送至皮帶輸送機時進行混配比例的調節，從而保證了混煤的均勻性。

2.2 水煤漿降黏優化

所謂降黏優化，不是無限制地降低水煤漿黏度，而是在保證其良好流動性和穩定性的基礎上，適當增大添加劑用量以降低其黏度，提升其在篩網中的通過能力。為此，制定了具體的降黏提濃方案，添加劑(平均含固質量分數>30%)添加率由0.148%逐漸增加至0.160%。2013年水煤漿分析數據見表1。

從表1可看出：第一季度至第三季度，隨著添加劑添加率的增大，水煤漿黏度降低，水煤漿濃度呈上升趨勢；第四季度，隨添加劑添加率的進一步增大，水煤漿黏度略有上升，而水煤漿濃度有所降低。由此證明添加劑的添加量與水煤漿黏度存在一個最佳添加比例，超出此最佳比例之后繼續增加添加劑，水煤漿降黏提濃效果趨于平緩。通過對運行數據的分析，水煤漿黏度控制在500～700 mPa·s能獲得最佳的降黏提濃效果，在此黏度下能保證水煤漿有較好的流動性和穩定性。

表1 2013年水煤漿濃度分析數據

項目水煤漿質量分數/%黏度/(mPa·s)1月60.518312月60.498023月60.827634月61.315815月61.915536月61.925147月61.774678月61.915509月61.9457810月61.4464011月61.1566012月60.84656平均值61.33

添加劑具有潤濕煤粒、分散膠凝狀煤粒團、產生離子斥力和形成空間位阻分散體系的作用，能提高煤漿的流動性和穩定性。但由于單一添加劑并不能適應所有的煤種，故應根據煤種自身性質及經濟性綜合選擇適宜的添加劑種類。但盼等[5]通過試驗指出，應選取分子量大、磺化度高和抗剪切速率較好的添加劑，其在煤粒上的吸附較牢固，在一定剪切時間內，分散劑分子基本沒有脫附現象，黏度沒有明顯上升，表現出較好的抗剪切性能；分子量低的添加劑則不能在煤粒表面充分吸附，分散效果不好。此外，適當提高水煤漿溫度也利于分散降黏，但溫度高于70 ℃時，添加劑容易從煤粒表面脫附。

2.3 水煤漿粒度優化

2012年與2013年水煤漿粒度分布數據對比見表2。

由表2可知，2012年的水煤漿中粗顆粒比重偏大。為此，2013年對磨煤機的鋼棒添加量和鋼棒級配進行了調整，通過增加磨煤機鋼棒量和增加Φ75 mm粗棒比例，使一級和二級滾筒篩濾除的大顆粒煤粒大幅減少，水煤漿中粒徑在0.450～1.350 mm的煤粒質量分數由5.10%提高至9.15%，水煤漿質量分數提升了0.36%。

表2 2012年與2013年水煤漿粒度分布數據對比

項 目水煤漿粒度分布/%(質量分數)2012年2013年粒徑/mm >2.5000.000.06 1.350～2.5000.190.07 0.450～1.3505.109.15 0.200～0.45028.0425.19 0.076～0.20025.8026.86 0.043～0.07610.848.49 <0.04330.0330.18煤漿質量分數/%60.9761.33

2.4 設備改造

(1)稱重給料機下料口改造

在稱重給料機下料口處增設箅子板，用以攔截原料煤中較大的雜物，由巡檢工巡檢清理。改造后，再未發現大塊雜物堵塞磨煤機進料管的事故，保證了水煤漿濃度的穩定和氣化爐水煤漿的供應量。

(2)一級和二級滾筒篩下料口改造

縮小一級滾筒篩與其下部大顆粒收集管的間隙，并增大大顆粒收集管坡度，確保一級滾筒篩正常的篩分效果。在二級滾筒篩下部的大顆粒管線與水煤漿管線之間增設擋板，防止大顆粒煤粒反溢進入大煤漿槽；在大顆粒管線頂部增設沖洗設施，消除了大顆粒煤粒堆積進入大煤漿槽的現象。

3 結語

水煤漿濃度提升后氣化爐關鍵運行指標對比見表3。

表3 水煤漿濃度提升后氣化爐關鍵運行指標對比

項 目設計指標運行數據水煤漿質量分數/%≥58.0061.33有效氣(CO+H2)體積分數/%82.1083.04精甲醇產量/(t·h-1)83.394.0比耗氧402366比耗煤621541灰渣中殘碳質量分數/%≤10.000.47

通過優化煤質、水煤漿降黏提濃、優化煤漿粒度分布和設備改造4個方面的優化改進，水煤漿質量分數提高了0.36%，有效氣產量增加，有效氣含量上升，雙系統滿負荷運行時的精甲醇產量平均增產約2 t/h，經濟效益顯著。

[1] 張華新，劉漢勇.水煤漿氣化用煤要求及煤種選擇與采樣程序[J].大氮肥，2002(6)：373- 376.

[2] 賀永強.現代煤化工技術手冊[M].北京：化學工業出版社，2003：52.

[3] 陳迎.木質素添加劑與華亭煤、義馬煤混合制取水煤漿[J].安徽化工，2002(4)：9- 10.

[4] 劉猛，陳良勇，段鈺鋒.煤漿濃度和顆粒分布對煤漿黏度預測的影響[J].燃料化學學報,2009(3)：266- 270.

[5] 但盼，邱學青，周明松.溫度及剪切時間對水煤漿表觀黏度及流變性影響[J].煤炭科學技術，2008(6)：103- 106.

Optimization Measures for Improvement of Coal- Water Slurry Concentration

KONG Desheng, ZHANG Zhikun, WANG Menglong

(Xinneng Fenghuang 〔Tengzhou〕 Energy Source Co., Ltd., Tengzhou 277527, China)

An analysis is made of the main factors which affect the concentration of coal-water slurry, done from four aspects, including optimizing coal property, lowering coal-water slurry viscosity, optimizing particle size distribution of coal-water slurry and equipment renovation, the optimization measures for improving coal-water slurry concentration are worked out. After implementation of optimization measures, mass fraction of coal-water slurry is increased from 60.97% to 61.33%, good results are obtained.

coal- water slurry； concentration； optimization measures

孔德升(1986—)，男，從事煤氣化生產工作；ds519520@163.com

TQ546.2

B

1006- 7779(2017)01- 0038- 04

2014- 09- 09)