水煤漿制備中棒磨機系統常見問題及改進措施

王 明

（國能包頭煤化工有限責任公司，內蒙古包頭 014010）

水煤漿是一種煤基流體燃料，是根據不同的煤種和水質，添加特定成分的添加劑混合而成的工業燃料。通常情況下，其流動性能好、霧化效果優、燃燒效率高，因而在近些年煤化工的大發展中，水煤漿技術得到了廣泛運用，其制備技術也在不斷地發展完善。

為了更好地平衡流體輸送能力與燃燒效果，水煤漿的濃度通常應保持在58%~62%（質量分數）；其在常溫下的表觀黏度不得高于1 000~1 200mPa·s；對其穩定性也有較高要求，一般要求靜置20d不能產生不可恢復的硬質沉淀物；為了更充分地燃燒，煤漿粒度上限為300μm，小于75μm的顆粒質量要高于75%。以上幾個條件存在互相依附并制約的關系，這無形中給高性能的煤漿制備提高了難度。所以，在煤漿制備過程中，煤質的選擇、水質的控制、添加劑的適配、專用設備的性能以及操作人員的技能水平，都制約著煤漿的高性能制備。

本文根據煤漿制備的綜合特點，結合某廠180萬t/a煤制甲醇項目的多年運行情況，針對煤漿制備單元出現的工藝、設備以及操作問題進行了優化改造，通過優化使得煤漿制備操作工藝更加流暢，同時延長了設備使用壽命，為生產的長周期平穩運行提供了經驗依據。

1 水煤漿制備系統中棒磨機簡介

1.1 棒磨機的結構原理

某公司水煤漿制備的棒磨機系統，是在規格為4.3m×6.0m的濕式溢流型棒磨機內，裝載約140t的鋼棒，鋼棒分三種規格按照3∶4∶3的比例加入筒體內。小于10mm的原料煤、回收利用的工藝水以及一定濃度的添加劑，經輸送后進入棒磨機的筒體內。鋼棒以及物料與筒體在電機帶動下旋轉，當達到一定高度后自由落體，在鋼棒的重擊擠壓研磨以及原料自身的研磨共同作用下，經過操作控制磨出合格粒度分布的水煤漿，最后在棒磨機尾部滾筒篩的過濾下，去除大顆粒以及雜質，將合格的水煤漿送入后續系統。

1.2 棒磨機的結構特點

（1）棒磨機的襯板在選型時，采用了材質為70SiMnMo的鋼襯板，相對橡膠襯板而言，耐磨性強，不容易破碎，使用壽命更長，但是更換難度偏大，對維修人員的技術水平要求較高。

（2）在棒磨機的軸瓦選型中，為了保障關鍵零部件的使用壽命，同時降低啟動力矩，高低壓潤滑選用了不刮瓦滑動軸承，在減少現場檢維修工作量的同時，也能降低燒瓦的概率。

（3）棒磨機的筒體法蘭采用了自動焊接結構，可嚴格保證焊縫質量，筒體整體退火，消除卷板焊接應力，有效防止變形開裂。

（4）棒磨機的離合器選用氣動離合器，具備分段啟動大功率電動機功能，使得整個磨機的啟動過程更加平穩順暢，充分保障電機低載荷啟動，降低對生產中整個電網的沖擊。同時機械部位的平穩轉動，也減少機械沖擊，延長了整個設備使用壽命。

（5）棒磨機在運行中，由于棒磨機的工作特點——“鋼棒以及物料與筒體在電機帶動下旋轉，當達到一定高度后自由落體”，長時間運行后，會出現不同程度的筒體漏漿情況。

根據棒磨機的結構原理以及特點，在近些年運行中發現了設備本身以及外在系統的一些故障問題，本文針對棒磨機的水系統、本體系統以及其他系統的問題進行分析并提出相應的改進措施。

2 棒磨機給水系統問題分析與技術改進

2.1 技術改進原因

在原始設計中，煤漿制備的用水是含雜質較少的低壓灰水，同時定期補充新鮮水。經過多年的運行，為了滿足公司整體水平衡以及節能降耗的新要求，逐步將外部水引入煤漿制備系統，使得給水系統成分較為復雜。

棒磨機給水系統改變后，由于接收MTO凈化水、廢堿液、污泥水、含油廢水等，系統水質變差，管壁、泵殼、葉輪等部位結垢嚴重，棒磨機的供水量已不能滿足生產需求。采用高壓清洗棒磨機給水管線需將棒磨機系統長時間全線停車，且在高壓清洗時，氣化爐不得不減負荷運行，對生產系統造成很大的影響。

2.2 技術改進方式

為了能在不影響系統負荷的情況下解決棒磨機系統的供水問題，為棒磨機給水系統增加備用管線，與原管線互為備用，運行到一定周期可以相互切出高壓清洗。

從棒磨機給水泵出口管線配一根總管到1#~6#棒磨機給水處，與原給水總管并齊。棒磨機給水泵出口總管增加一個閘閥，出口至1#~6#棒磨機處每隔30m增加一個短節，便于切出高壓清洗。棒磨機給水總管至1#~6#棒磨機給水配支管，與原支管相連，并在總管根部增加一個閘閥。

2.3 棒磨機給水系統增加備用管線示意圖

棒磨機給水系統增加備用管線示意見圖1。

圖1 棒磨機給水系統增加備用管線示意圖

2.4 技術改進效果

技術改進后，滿足了棒磨機的供水需求，當棒磨機接收各類廢水，造成設備、管線結垢時，棒磨機給水泵和棒磨機給水管線可以在線相互切換清洗，不至于造成磨煤機停車影響氣化爐負荷，為整個系統安全運行提供了可靠的保障。

3 棒磨機自身系統問題分析與技術改進

3.1 氣動離合器氣源技術改進

3.1.1 技術改進原因

棒磨機的離合器選用的氣動離合器，具備分段啟動大功率電動機功能。在運行中雖然有利于設備平穩啟動，但是經過多年的運行，由于啟動頻率高，所以其使用壽命也相對縮短。

1#~6#棒磨機氣動離合器采用空氣壓縮機供氣，由于空氣壓縮機是間斷式工作，經過十余年的運行，很多備件都達到設計壽命，出現啟動延時、儲氣功能維持時間短等現象。氣源壓力一旦長時間達不到設計要求，棒磨機會出現跳車現象；空氣壓機本體由于頻繁啟動也增加了損壞的頻率，進而增加檢修費用和勞動強度；空氣壓縮機長時間地啟動也導致電耗增大，進一步增加生產成本。

3.1.2 技術改進方式

經過與設計單位以及設備廠家交流，在滿足設備開停機的必要條件下，將1#~6#棒磨機氣動離合器氣源改造成儀表空氣。儀表空氣由外管網引入，作為離合器氣源統一供給，壓力維持在0.7MPa，使得離合器日常供氣非常穩定。

3.1.3 技術改進效果

改造后，由于供氣穩定減少了棒磨機跳車次數，同時，減少了開停車費用和物料損耗，減小了檢修費用。

通過改造后每年可實現節約用電費用：0.2（每度電按0.2元）*2.2（每臺空壓機功率為2.2kW）×5（正常生產時5臺運行）×8 000（年工作時間為8 000h）= 1.76萬元/a。

3.2 棒磨機滾筒篩沖洗水程序改進

3.2.1 技術改進原因

裝置制漿系統的1#~6#棒磨機滾筒篩有一股專用沖洗水，在原始開車設計中，為了防止滾筒帶漿而發生跑漿現象。沖洗水原設計程序為間隔30min沖洗15s，通過實際生產運行觀察，只要工藝操作補水正常，滾筒篩內是不會板結太多漿塊物，因而沖洗水沖洗時間間隔較短，沖洗相對頻繁，不僅浪費新鮮水、降低煤漿的濃度，而且影響調節閥的使用壽命。

3.2.2 技術改進方式

棒磨機滾筒篩沖洗水設計程序間隔時間過短會導致煤漿濃度偏低；間隔時間過長，煤漿提濃效果不明顯，而且容易造成堵漿。通過對比分析，將滾筒篩沖洗水間隔改進為60min沖洗15s，煤漿濃度提高明顯，且不易堵漿。

3.2.3 棒磨機滾筒篩沖洗水程序改進示意圖

棒磨機滾筒篩沖洗水程序改進示意見圖2。

圖2 棒磨機滾筒篩沖洗水程序改進示意圖

3.2.4 技術改進效果

通過改造節約總費用：0.8+0.9=1.7萬元/a。

節約沖洗水費用：0.1t/h（1臺棒磨機滾筒節約沖洗水量）×5（正常5臺棒磨機運行）×8 000h（年運行時間）×2元/t（每噸新鮮水價格）=0.8萬元/a。

延長調節閥使用壽命節約費用：〔 3萬元/臺（每臺調節閥價格）× 6（6臺調節閥）〕/〔10a（調節閥使用壽命）×2（使用壽命延長一倍）〕=0.9萬元/a。

3.3 棒磨機滾筒篩通風系統改進

3.3.1 技術改進原因

因目前裝置棒磨機摻用MTO凈化水、廢堿液、污泥水、含油廢水等，這些廢水中含有多種異味重、易揮發的介質，棒磨機磨煤時較高的溫度又加劇了上述介質的揮發，使得正常生產時磨煤廠房氣味嚴重且棒磨機內霧氣大，現有通風設施排氣量小，無法滿足現有工況需要，對巡檢查看煤漿狀態造成一定影響，并且現有通風設施風機的部件軸承故障多，使用壽命較短，需要頻繁檢修更換，不利于長周期安全生產。

3.3.2 技術改進方式

拆除原有δ=0.75鍍鋅風道200m2，軸流風機6臺，增加1#~6#棒磨抽風筒及支吊架，現場預制235m2風道，安裝6臺防腐離心風機。新的通風設施排氣量大，極大減少了磨煤廠房氣味和棒磨機內霧氣，且防腐型的風機更適用于磨煤廠房內的環境，使用壽命更長。

3.4 棒磨機筒體螺栓改進

3.4.1 技術改進原因

由于棒磨機的固有工作特點“鋼棒以及物料與筒體在電機帶動下旋轉，當達到一定高度后自由落體”，棒磨機的筒體螺栓在日常運行中，由于撞擊、腐蝕、密封性能、使用壽命等原因，筒體螺栓漏漿時有發生，漏漿區域主要集中在棒磨機中部，漏漿最嚴重時，棒磨機檢修池清理完一周后，就會重新被煤漿填滿，由于漏漿頻繁，泄漏后的煤漿如無法得到及時的清理，長時間放置，隨著水分蒸發，煤漿存在著火的安全隱患。此外，由于筒體螺栓漏漿導致部分煤漿進入棒磨機大齒輪護罩內，附著在大齒輪齒面上，造成嚙合效果不好，會對大齒輪的安全運行造成 威脅。

3.4.2 技術改進方式

經過多年總結，筒體螺栓已經改型多次，并取得很好的密封效果，但是運行過程中，發現密封鋼套與筒體之間還是會出現滲漏，而且較難消除，所以根據泄漏特點，對棒磨機筒體螺栓密封套與筒體部分位置進行了焊接，經檢驗，棒磨機筒體螺栓漏漿的問題得到很好的控制，進一步改善了煤漿制備的生產檢修環境，減少了檢修工作量。

3.4.3 棒磨機筒體螺栓改進示意圖

棒磨機滾筒篩沖洗水程序改進示意見圖3

圖3 棒磨機筒體螺栓改進示意圖

3.5 棒磨機減速機循環冷卻水改造

3.5.1 技術改進原因

經過長時間運行后，加之棒磨機系統加入了各種廢水，在循環水的彎頭或者薄弱位置出現了腐蝕泄漏。而循環水管線本身設計較細而且水質較差，所以運行中經常出現冷卻效果差甚至是無冷卻的現象，減速機一度長期處在高溫條件下運行，因此在循環水管線內外均出現了影響生產的嚴重問題。

3.5.2 技術改進方式

在滿足生產運行的條件下，將原有循環水管線直徑擴大、管壁加厚。同時在上水管線增設過濾器，解決了原有減速機循環冷卻水長期因堵塞無法疏通導致無法對減速機進行冷卻的問題，運行溫度降低至30~40℃，保證了減速機的穩定運行。

4 棒磨機相關系統問題分析與技術改進

4.1 添加劑系統改進

4.1.1 添加劑泵出口管線改進

由于原始設計中，棒磨機系統的原料水相對干凈清潔，添加劑的成分也相對單一，所以原添加劑管線材質為20#碳鋼。而經過水系統的調整后，增加了多股水進入系統，添加劑的成分進行了較大的調整。而添加劑內的部分成分容易對碳鋼產生腐蝕，在腐蝕沖刷作用下，導致管線內表面粗糙度增大，使得添加劑輸送過程中流動阻力增大，導致添加劑輸送流量偏低。

經過將金屬掛片放進添加劑中做浸泡試驗，發現奧氏體不銹鋼對其防腐蝕有很好的效果。因而，通過對添加劑泵出口管線更換材質，由原來的碳鋼逐步更換為304不銹鋼管線，經過兩年的運行觀察，運行效果良好，從而滿足長周期運行并能夠保證添加劑輸送流量。

4.1.2 添加劑泵改進

原有添加泵為往復式計量泵，故障率頻繁、備件消耗量極大，同時設備漏油情況一直無法根治，通過增加2臺離心式添加泵（1開1備），替代原有6臺計量泵，并保留了原有5臺計量泵，在離心式添加劑泵2臺均無法啟動時，仍可以繼續使用計量泵進行工作。此外，新增添離心式添加泵電機為11kW，原有計量泵電機為4kW，原有5臺計量泵運行電機總功率為20kW，現運行的計量泵功率為11kW，極大地降低了電耗。

4.2 煤稱重給料機堵煤報警改進

改變棒磨機射頻導納堵煤報警的安裝位置。原堵煤報警在棒磨機的入料管線處，如煤稱重給料機堵煤，報警系統因安裝位置靠后，不能及時預警，造成堵煤嚴重，棒磨機跳車不及時。將堵煤報警位置改為煤儲斗與煤稱重給料機之間，并且與煤稱重給料機設備進行連鎖改造，實現了在堵煤的情況下能夠及時跳車，降低了設備的故障率，從而降低備件的消耗，并且縮短了操作人員疏通堵煤的時間及工作量。

5 結束語

水煤漿制備系統是煤氣化過程的第一個關鍵工序，其運行是否平穩將直接制約后系統的運行，其制漿的質量水平直接影響后系統的經濟指標。只有綜合考慮原料煤、原料水、添加劑、設備選型以及操作工藝等方面因素，才能更有效地制備高質量的水煤漿，保障系統更長周期的平穩運行，帶來規模效益和綜合效益。

在多年的水煤漿制備系統運行過程中，根據產生的故障問題以及現場操作中發現的隱患問題，通過不斷地分析問題并且與生產廠家深入交流，對水煤漿系統出現的故障進行了相應改進，雖然現在整個系統運行相對平穩，取得了較好的效果，但是經過長時間的運行又會出現新的問題，這也要求在日常工作中要更加深入地研究，與業界同行交流互動，全力以赴保障設備平穩運行，保證系統長周期運行。