关键词： 水煤浆提浓 原理 工艺流程 实践应用 影响
一、中煤科工第三代水煤浆提浓应用背景
中煤陕西公司设计年产180万吨MTO级甲醇，60万吨烯烃，气化装置采用GE水煤浆气化技术，共8台气化炉，实行6开1备1检修运行模式，气化装置干基煤处理能力329.5t/h，年干煤处理能力263.6万t/a，折算成煤浆为439万t/a。气化装置煤浆制备系统配备7套（Φ4.3×6.0m）磨煤机，正常生产时6开1备。目前，由于煤浆粒度级配不合理，水煤浆浓度偏低仅为60%～62%，且煤浆流动性和稳定性较差。气化有效气体（CO+H2）含量偏低，且气化煤耗和氧耗偏高，增加了企业生产成本。
根据节能降耗理念减少生产运行成本，中煤陕西公司决定采用中煤科工最新研发的“第三代水煤浆提浓”技术对现有煤浆制备系统进行改造。拟通过本次煤浆制备系统的提浓技术改造，提高水煤浆浓度，实现节能降耗和优化系统运行目的。
二、中煤科工第三代配制浆技术原理
1、中煤科工第三代配浆技术原理
中煤科工第三代配制浆是以“分形级配”理论为基础，增大颗粒间粒级差，使得下一级的颗粒能够有效填充上一级颗粒缝隙中，最终提高煤粉颗粒堆积效率。加入的超细粉具有明显表面物理化学特性，在其表面形成相较于自身直径较大的束缚水膜，束缚水包裹住的超细粉颗粒此时受到的浮力与自身重力相近，进而与水形成了类似于均质的稳定浆液。粗颗粒与细颗粒加入均质浆液中，表面被均质细浆充分润湿包裹，而细粉又能填充进粗颗粒缝隙间，最终形成了中煤科工第三代配高浓度水煤浆。
2、中煤科工第三代配制浆技术特点
中煤科工第三代配技术将原料水煤浆研磨成合格的细浆和超细浆加入原有水煤浆制备系统，形成连续三级粒度级配，可有效提高水煤浆堆积效率，进而提高水煤浆浓度3% ～ 5%，还可大幅改善气化水
煤浆流动性和稳定性。 中煤科工第三代配制浆工艺中选用的新型整形细磨机具有粒度适应范围广、研磨效率高和能耗低的优点。经细磨机研磨后的细浆平均粒径20～30μm，再经超细磨机研磨后的超细浆平均粒径4～8μm【2】。中煤科工第三代配提浓系统是对现有制浆系统生产运行的优化提升，新增细浆制备系统的停运并不影响现有制浆系统正常运行。
三、中煤科工第三代水煤浆提浓在中煤陕西公司气化装置的应用
1、中煤科工第三代水煤浆提浓工艺流程
磨煤机出料槽的气化水煤浆通过配浆泵计量后与界区外来的生产工艺水、添加剂按照设定的目标稀释浓度一同进入粗浆槽进行混合，合格的粗浆通过粗浆泵计量后进入至细磨机进行磨矿，细磨机出料（平均粒径约为30μm）自流至细缓槽，细缓槽内的细浆通过细缓泵输送至细浆槽，细浆槽内的小部分煤浆通过细浆泵输送至超细磨机进行超细研磨，细浆槽内大部分煤浆至一定液位时溢流至超细浆槽，超细研磨机研磨合格的超细浆（平均粒径约为5μm）自流至超细浆槽于溢流的细浆进行混合，混合后的细浆和超细浆通过超细泵输送至原有磨机中，最终形成煤浆的三级粒度级配，提高煤浆浓度，使气化煤浆的粒度级配更加合理，，同时还能改善煤浆的流动性、稳定性及雾化性能，提高其反应活性，有利于气化炉燃烧室流场的稳定，有效减少炉壁局部超温的现象，降低粗渣和细灰中可燃物的含量。增加合成气中有效气含量。
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图2 改造后煤浆制备工艺流程图
2、配浆提浓
中煤科工第三代配浆是粗煤浆、细煤浆以及超细煤浆以不同比例进行级配制备水煤浆的过程，根据中煤科工试验研究三代水煤浆提弄个级配工艺最佳配比为85:10:5，此时水煤浆浓度可达65.5%【2】。
中煤陕西公司气化装置煤浆提浓改造项目于2016年10月正式开始施工，经过设备、管道安装、吹扫、三查四定，管道试压、单机试车等一系列过程，于2017年7月20日一次性开车成功，所有指标达到设计指标并且保持了长期平稳运行。
四、改造后对系统的影响
1、磨煤机影响：煤浆提浓项目运行以后，大幅降低原有磨煤机的负荷；在高煤浆浓度运行状况下，减缓磨煤机钢棒对筒体的撞击，减少磨煤机螺栓断裂情况发生，减少检修频次；同时，由于超细浆加入、有效的改善了磨煤机“跑、冒、漏”的现象，提高了磨机的操作弹性，能有效的稳定煤浆浓度，使后续气化操作更为稳定。
2、对空分运行的影响：煤浆提浓系统运行以后，大幅降低氧气单耗，在空分供氧量维持在22.5万Nm3/h的前提下，能够多产出有效气量，从而增加甲醇产量，在保持高产的前提下降低空分系统运行压力。尤其在空分出现问题供氧量不足的情况下能保证系统高负荷运行，所以对空分供氧量不足的企业煤浆提浓效益更加明显。
3、对水煤浆质量的影响：煤质相同条件下，水煤浆浓度由改造前的61.5%提高至65.5%，提高了4.0%，水煤浆的流动性和稳定性显著达到改善，主要是原有水煤浆(平均粒径100 ～ 150 μm)中增加了细煤浆(平均粒径20 ～ 30 μm)和超细煤浆(平均粒径4～8μm)，细颗粒和超细颗粒水煤浆填充至粗颗粒水煤浆中，提高了水煤浆的堆积效率，增加了单位体积内水煤浆质量，进而提高了水煤浆浓度，改善了水煤浆的流动性和稳定性，由于加入细煤浆和超细煤浆后，增大了水煤浆的比表面积，故水煤浆的黏度有所增加，而稳定性达到显著改善。
4、气化炉指标的影响
煤浆提浓前比煤耗与比氧耗分别为578.89 Kg/1000Nm3与397.18 Nm3/1000Nm3，提浓后实际比煤耗与比氧耗为537.22 Kg/1000Nm3与363.74 Nm3/1000Nm3。比煤耗降低了40.67Kg/1000Nm3，比氧耗降低了33.44Nm3/1000Nm3，煤浆浓度每提高一个百分点，比煤耗大约降低10.96 Kg/1000m3，比氧耗大约降低8.80Nm3/1000Nm3。主要是因煤浆浓度的提高，使得煤浆带入气化炉中的水分减少。减少的该部分水若进入气化炉， 须由液相温度（40℃～60℃）加热至1200～1300℃的高温蒸汽。此过程所需要的热量来自部分煤浆和氧气的完全燃烧反应放出的热量， 需消耗一定量的煤、氧气和有效气体（ CO+H2 ）。提高进入气化炉的水煤浆浓度后，可有效减少气化炉内的水分，减少耗氧量和耗煤量，提高气化炉内能力的利用效率，提高有效气体含量。
五、结论：
中煤陕西公司气化装置水煤浆提浓改造项目经过2年多的运行，整体情况良好，改造后浓度的可调节范围变宽，并且操作的可控性增强，为水煤浆制备和后续气化系统的长周期稳定运行奠定了良好的基础，明显降低了煤耗和氧耗，提高了合成气有效气体含量，保证后系统甲醇合成装置高负荷平稳运行，对于企业节能降耗、提高经济效益具有重要的意义，为其他企业节能降耗提高宝贵的技术经验。
参考文献
[1] 刘乐利. 气化用水煤浆配浆提浓工程应用 煤炭加工与综合利用 6.2012
[2] 周永涛. 三峰分形级配浆提浓技术研究 洁净煤技技术
第24 卷第1 期2018 年1 月
论文作者:高虎
论文发表刊物:《科学与技术》2019年20期
论文发表时间:2020/4/17
标签：水煤浆论文; 浓度论文; 中煤论文; 超细论文; 系统论文; 粒径论文; 颗粒论文; 《科学与技术》2019年20期论文;