摘要：本文选择了某煤化工厂中的煤气化装置，在该装置中安装了1开1备两个气化炉，灰水系统共用。同时，对煤气化装置例如水煤浆供料系统、高压燃煤泵以及洗涤塔系统进行优化，能够节省了约275万元。通常，氧气进料系统多用使用304升不锈钢，节省了约100万美元的投资。不难看出，通过水煤浆气化系统的优化，实现能源效率提高。
关键词：水煤；气化系统；优化研究
湿流床气化是一种通过喷嘴和气溶胶将煤或石油等固体碳氢化合物与气溶胶混合在一起，通过喷嘴和气溶胶以很快的速度间固体材料变为气体，实现雾化处理。在反应过程中，水煤浆和氧气被置入气化炉内，煤浆被迅速加热，其内部存在的水分被蒸发，碳残留物被气化。碳含量的提高可提高气化生产效率，减少设施的能源消耗，降低混合生产成本，从而充分满足水煤浆气化的需要，积极优化水煤浆气化系统，最终实现能源效率提高。
1.水煤浆
水煤浆是一种基于固态煤的基础上形成的一种液体燃料，以其效率高、流动性强、易于处理和储存的特点成为了许多燃料的首选。同时，水煤浆能够取代石油和天然气等燃料，直接在工厂中投入使用。此外，水煤浆在锅炉和工业窑中大量使用，研究表明，2吨的煤可以替代1吨燃料。
我国目前制备的水煤浆按制备水煤浆原料的性质约分为6种，如表1，水煤浆的主要技术指标如下：浓度，65%~70%；粘度，1000±200cP；磨煤最大颗粒粒径小于0.3mm，平均粒度，38～45μm；硫分< 0.5 %；灰分< 9.0 %；挥发分，28.02 %～34.53 %；发热量，18.84～19.26MJ/kg。
表1 水煤浆品质特性
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2.水煤浆气化工艺流程
水煤浆气化工艺主要由三个工艺单元组成，即原材料研磨系统、气化和排渣处理系统以及合成气体净化系统和灰水处理系统[1]。
选取煤的过程中，需要在储没系统中进行选择。通常来讲，一选取对小于10mm的碎煤。在选煤结束后，需要对嫌弃的碎煤经过计量之后进入与一定数量的水混合的磨煤研磨机形成水煤浆。水煤浆颗粒均匀分布，约62%的水煤浆被泵入气化装置。此外，若想提高水煤浆的稳定性以及性能，需要在水煤浆气化过程中加入添加剂。
来自水煤浆制备单元浓度为～62%的浆液，通过煤浆的振动对大颗粒进行过滤处理。颗粒碳通过煤净化槽处理，将合格的磨煤贮库输送至燃煤泵和气化炉的燃烧口中。在外界的高压氧下，水煤浆被完全输送气化炉反应室。
在大约1350℃的气化压力下，煤浆和工艺氧的部分氧化作用产生了一种主要由CO与H2组成的粗合气体。该气体的成本主要由煤、氧、水蒸汽、二氧化碳和氢组成，其反应过程十分复杂，整个过程均在火焰中进行。粗合气体与液态炉渣一起进入高压冷藏室，利用约240℃的水将粗合气体冻结，液体炉渣被凝固并从气体中分离出来，然后通过炉渣排出系统将残渣与气体分离。此外，反应堆的大部分灰烬和少量未反应的碳从合成气中洗涤进入灰水中除去。炉渣的排放速率取决于颗粒的大小，粗渣在激冷室中沉积，通过炉渣罐系统与水一起定期沉淀在炉渣池中，由捞渣机捞出，装车外送，含细渣的水送入灰水处理。
3.水煤浆气化系统的优化
由于需要定期更换气化炉的炉灶。在灰水处理系统中，还需要设置其他气化炉，它们共用一个灰水处理系统。氧气从两个方向进入气溶胶喷射装置的区域。氧气管道分为两股，一股为环氧、另一股为中心氧。氧气管道材料通常为Inconel材料，费用昂贵。煤浆从煤浆槽出来后，通过2台高压煤浆泵送入不同的气化炉。通过在技术设计过程中优化了水煤浆的气化系统，以提高企业的利润。
2.1添加操作的优化
水煤浆添加剂的主要功能是将煤灰散布到水中，形成流动、均匀和稳定的浆体。当添加剂的含量太低时，添加剂的成分在碳颗粒的表面上不能适当发挥作用，因此很难很好地扩散和稳定。当添加剂的含量太高时，添加剂会在碳颗粒的表面饱和，添加剂的分子开始向水煤浆流动，大大降低了屏障的稳定性，对水煤浆的气化产生了负面影响。为保证煤浆的稳定性，通过成浆性测试确定成浆浓度所需的最佳添加剂添加率，可以为生产现场制备浓度高、流动性好、稳定性高的气化用水煤浆提供技术依据[2]。
2.2洗煤系统优化
在洗煤过程中，压滤机脱水情况以及固液混合煤浆通过压滤介质引起的压差从而导致固液混合煤浆脱水情况。由于压滤机压力过大，水煤浆在气化过程中，水煤浆的压力也在迅速增长，在气化过程中出现的滤渣颗粒逐渐增多，在一定程度上会逐渐减缓水煤浆的气化时间。选煤系统自动化控制能够发挥出最大效用取决于选煤工艺，所以，煤炭脾气也必须选煤工艺的选择，在实际生产中，一定要结合自身选煤工作实际情况来选取更为合理的选煤工艺。目前应用比较广泛的一种选煤工艺是重介质选煤，这种工艺在自动控制方面表现出来较好的效果，而且这种工艺在分选范围方面非常广。这种工艺原理是阿基米德原理，具体指当颗粒密度高于悬浮液密度的时候，颗粒在悬浮液中就会下沉，反过来颗粒就会上升。如果二者在密度上一致的时候，颗粒就会处于悬浮状态。这种工艺就是依据颗粒密度来进行筛选的，筛选速度和颗粒形状以及密度相关。重介质选煤工艺重心在于悬浮液的选取，通过长时间探索以及研究，目前悬浮液在筛选效果上比较好的一种是磁铁矿悬浮液原因主要有两个方面：一方面铁磁矿在回收难度方面比较低，而且还能重复使用，这样对于生产成本来说能够有效降低；另一方面铁磁狂矿粉细度较细，而且还具有少量媒体，这样在黏度以及稳定性方面会比较适宜，只要在分选器中少量扰动，就可以使企业保持稳定运行状态。所以，在应用选煤系统的时候，一定要结合煤炭企业自身情况，对不同选煤工艺在优缺点方面进行比较，还要做充分论证，这样才能保证选煤系统自动化控制效果能够达到预期状态。
4.结论
通过对水煤浆气化过程中加强对添加剂操作的优化以及加强对洗煤系统的优化，实现在水煤浆气化过程中提高气化速率，提升系统运作率，为其他水煤浆气化项目的优化提供一定的参考。
参考文献：
[1]杨向阳.基于 GE 水煤浆气化装置系统隐患排查及优化设计研究[J].当代化工，2015（9）：2165-2168.
[2]陈权，仝胜录，王晓雷，et al.水煤浆气化过程渣-水平衡系统的模拟[J].现代化工，2015，35（3）：152-154.
[3]孙漾，顾幸生.水煤浆气化装置操作优化技术及其应用[J].化工学报，2012，63（9）：2799-2804.
作者简介：
刘胜（1984.9-）性别：男 民族：汉 籍贯：甘肃 学历：本科 现工作单位：神华新疆化工有限公司
论文作者:刘胜
论文发表刊物:《基层建设》2019年第28期
论文发表时间:2020/1/13
标签：水煤浆论文; 选煤论文; 系统论文; 颗粒论文; 工艺论文; 炉渣论文; 添加剂论文; 《基层建设》2019年第28期论文;