煤漿提濃試驗研究

高志剛，王建忠，榮令坤，譚 麗

(1．神華包頭煤化工有限責任公司，內(nèi)蒙 古包頭 014010；2．內(nèi)蒙古科技大學 礦業(yè)與煤炭學院，內(nèi)蒙古 包頭 014010)

煤漿提濃試驗研究

高志剛1，王建忠2，榮令坤2，譚 麗2

(1．神華包頭煤化工有限責任公司，內(nèi)蒙 古包頭 014010；2．內(nèi)蒙古科技大學 礦業(yè)與煤炭學院，內(nèi)蒙古 包頭 014010)

為了提高氣化水煤漿濃度，采用新配方HD-8A添加劑，進行了神華上灣煤制漿過程中添加劑添加量、煤漿pH值與煤漿濃度關系的實驗室研究，并在對制漿設備工藝參數(shù)調(diào)整的基礎上進行了工業(yè)性試驗。工業(yè)性試驗結果表明:在HD-8A添加劑用量為3‰，煤漿pH值為8.35條件下，煤漿濃度可提高1.17個百分點；煤漿濃度每提高1個百分點，煤氣有效成分(CO+H2)占比可提高1.1個百分點，比煤耗可降低10.08 kg/ kNm3，比氧耗可降低12.68 Nm3/kNm3,且甲醇產(chǎn)量有所提高。

水煤漿；水煤漿添加劑；添加劑用量；煤漿pH值；煤漿濃度；比煤耗；比氧耗

1 概述

神華包頭煤化工有限責任公司成立于2005年12月31日，是“十一五”期間國家核準的第一個特大型煤制烯烴工業(yè)化示范工程，是當時世界首套、全球最大的煤制烯烴項目。該項目以水煤漿為原料，采用美國GE公司水煤漿加壓氣化技術，煤漿制備采用原煤一次濕磨成漿工藝，2010年5月一次試車成功以來，煤漿濃度一般控制在59.0%～60.5%，煤漿粘度較好，性能穩(wěn)定。為了進一步提高氣化爐的產(chǎn)氣量，降低消耗，控制生產(chǎn)成本，對煤漿濃度就有了進一步的要求。為了探索煤漿提濃的技術途徑，公司成立了煤漿提濃攻關小組，先期在實驗室采用新配方HD-8A添加劑進行了添加劑用量、煤漿的pH值對煤漿濃度和粘度影響的試驗研究，并在此基礎上進行了工業(yè)試驗。

2 煤漿提濃試驗研究

圖1所示為煤漿制備采用的原煤一次濕磨成漿工藝：首先，來自熱電中心卸儲煤裝置的原料煤由破碎機破碎至10 mm左右的顆粒，通過膠帶輸送機輸送到氣化裝置1#～6#磨煤機煤儲斗緩沖；之后，經(jīng)過煤稱重給料機計量，進入濕式溢流型棒磨機內(nèi)，加入一定比例的水和添加劑進行研磨；研磨后的料漿由棒磨機出料端經(jīng)過滾筒篩篩分出較粗的煤粒和雜質(zhì)成為合格的煤漿流入到小煤漿槽，最后由低壓煤漿泵將合格料漿輸送到大煤漿槽內(nèi)儲存，以供氣化爐生產(chǎn)使用。

圖1 煤漿制備工藝流程簡圖Fig.1 Process flowsheet of CWS preparation

水煤漿是一種粗顆粒懸浮體，且煤炭屬于疏水性物質(zhì)，因此要使?jié){體具有良好的流變性和穩(wěn)定性，即使是易成漿的煤種，若不加入化學添加劑，要制得所希望的水煤漿是不可能的[1，2]。為了使水煤漿在正常使用中具有較低的粘度，較好的流動性，靜止時又具有較高的粘度，不易產(chǎn)生沉淀，在制漿過程中一般會添加少量的化學添加劑[3]。水煤漿添加劑就是用來改善煤水界面的相容性，以提高水煤漿的濃度，改善水煤漿的流動性和穩(wěn)定性[4-6]。根據(jù)添加劑在水煤漿中的作用不同，水煤漿添加劑成分可分為分散劑、穩(wěn)定劑和助劑三大類，需要根據(jù)煤質(zhì)的變化來選擇和確定水煤漿添加劑各成分的配比[7,8]。

針對神華包頭煤化工有限責任公司使用的神華上灣煤煤質(zhì)分析結果，與添加劑生產(chǎn)廠家進行合作，通過調(diào)整添加劑的配方，進行了煤漿提濃的研究。

2.1 試驗材料和試驗過程

2.1.1 試驗煤樣

試驗煤樣采自神華包頭煤化工有限責任公司制漿磨煤機前的稱重給料機，其工業(yè)分析數(shù)據(jù)如表1所示。試驗前，將原料煤定量加入容積為15 L的實驗室用球磨機進行制粉，通過控制研磨時間，得到所需粒度分布的煤粉，煤粉粒度分布見表2。

表1 試驗煤樣工業(yè)分析結果Table 1 Proximate analysis result of coal sample wB/%

表2 試驗煤粉粒度分布Table 2 Particle size distribution of coal powder sample

2.1.2 試驗用煤漿添加劑

試驗用HD-8A添加劑是由水煤漿添加劑廠家根據(jù)現(xiàn)場使用的煤種進行調(diào)整后的新配方，其技術規(guī)格見表3。

2.1.3 試驗過程

將具有相同粒度分布的煤粉加入自來水和由添加劑配制的不同濃度的料漿，用攪拌器均化10 min， 然后測定料漿的各項性能參數(shù)。其中：煤漿表觀粘度采用NXS-4C型粘度計測定，煤漿pH值采用PHS-3C型pH計測定，靜置24 h后用插棒法觀察煤漿穩(wěn)定性情況；煤漿流動性采用目測方法。

表3 煤漿提濃試驗用煤漿添加劑技術規(guī)格Table 3 Technical specification of additive for test of increasing concentration of CWS

2.2 結果與討論

2.2.1 HD-8A添加量對煤漿濃度和粘度的影響

表4是在保持煤漿粘度基本不變的情況下，HD-8A添加量與煤漿濃度關系表，其中添加量為HD-8A原液與煤漿的質(zhì)量之比。表5是在保持煤漿濃度基本不變的情況下，HD-8A添加量與煤漿粘度的關系表。

表4 HD-8A添加量與煤漿濃度的關系Table 4 The relation between dosage of HD-8A additive and concentration of CWS

表5 HD-8A添加量與煤漿粘度的關系Table 5 The relation between dosage of HD-8A additive and viscosity of CWS

由表4和表5可以看出，當HD-8A添加量增加時，煤漿濃度有所提高，煤漿粘度有所下降，但當HD-8A添加量達到3‰以后，煤漿粘度變化不大。從試驗效果來看，HD-8A添加量在3‰比較合適。

2.2.2 pH值對煤漿濃度和粘度的影響

表6為HD-8A添加量為3‰、保持煤漿粘度基本穩(wěn)定的情況下的煤漿濃度與pH值的關系。表7為HD-8A添加量3‰、保持煤漿濃度穩(wěn)定的情況下的煤漿粘度與pH值的關系。

表6 煤漿pH值與濃度的關系Table 6 The relation between PH value and concentration of CWS

表7 煤漿濃度與pH值的關系Table 7 The relation between concentration and PH value of CWS

由表6可知，HD-8A添加量不變，煤漿粘度基本不變，調(diào)高煤漿的pH值可以提高制漿濃度。表7表明，HD-8A添加量不變，煤漿濃度基本不變，調(diào)高煤漿的PH值，煤漿粘度降低明顯。

綜上所述，調(diào)整添加劑用量和煤漿pH值對煤漿提濃確有積極意義，要想制備高濃度、低粘度的水煤漿，適當提高添加劑用量和水煤漿的pH值尤為重要。因此，后續(xù)試驗將HD-8A添加劑的加入量(漿基)由2.5‰提高到3.0‰，并通過在HD-8A添加劑原液中加入純堿(NaOH)，將添加劑原液pH值范圍由8.0～11.0提高至了9.0～14.0，間接提高了煤漿的pH值，最后得到了煤漿濃度達到61.0%～62.0%，且流動性、穩(wěn)定性及pH值各項指標均符合要求的氣化水煤漿。最終將調(diào)配好的水煤漿添加劑投入到生產(chǎn)中。

3 煤漿提濃工業(yè)試驗

在實驗室研究確定了煤漿添加劑(呈液態(tài))的種類、添加量和pH值以后，為順利進行后續(xù)的煤漿提濃的工業(yè)性試驗，攻關小組對煤漿制備系統(tǒng)設備參數(shù)進行了一系列調(diào)整準備：

(1)對煤稱重給料機進行了調(diào)校。煤稱重給料機是給磨煤機輸送原料煤并進行稱量的設備，該機調(diào)校的好壞直接影響磨煤機供料的精確與穩(wěn)定以及操作時水煤比的穩(wěn)定控制，因此需要定期對煤稱重給料機電子稱進行零點校正。此外，還對煤稱重給料機料門調(diào)節(jié)裝置——料位伐進行了調(diào)整，使煤稱重給料機膠帶輸出煤層在合適的高度，以保證下料均勻。

(2) 對磨機給水調(diào)節(jié)閥進行改造。由于1#～6#磨煤機給水調(diào)節(jié)閥原設計選型前后壓差為0.1 MPa，但在實際生產(chǎn)過程中調(diào)節(jié)閥前后壓差為0.3 MPa，因此造成調(diào)節(jié)閥在正常生產(chǎn)過程中工作不穩(wěn)定，波動較大，不易控制，操作時嚴重影響水煤比的控制。通過與設計廠家溝通，對閥門的CV值進行了重新設計，并對閥體、閥芯進行更換，最終使磨機給水穩(wěn)定，使煤漿提濃得到了保證。

(3) 調(diào)整鋼棒的級配。由于運行初期磨煤機鋼棒的裝填質(zhì)量只有100 t/臺，加上長時間的磨損，致使鋼棒的裝填量不足，不能滿足制備合格煤漿濃度的要求，導致煤漿的粒度整體偏粗，并且滾筒篩篩分出來的大顆粒煤粒也偏多，不但影響煤漿的性能，而且造成了浪費。因此進入磨煤機筒體內(nèi)部對每種規(guī)格的鋼棒進行檢查測量，并抽出直徑低于30 mm的鋼棒和斷棒，計算出每種規(guī)格鋼棒的損失量，并補充相應規(guī)格的鋼棒，使每臺磨煤機鋼棒總質(zhì)量在120～140 t之間，裝填質(zhì)量比符合3∶4∶3的要求，從而確保了磨煤機在正常負荷下制備出的煤漿過篩通過率達到了最佳粒度級配(<2.36 mm為100%，<1.18 mm為98%～100%，<0.42 mm為90%～95%，<0.074 mm為40%～45%，<0.044 mm為25%～35%)，使煤漿的堆積密度達到最大，從而制備出濃度較高的煤漿。

(4) 對磨煤機滾筒篩沖洗水程序進行修改。磨煤機滾筒篩沖洗水是為了防止?jié)L筒篩篩孔堵塞而設置的，原設定程序為磨煤機正常運行間隔30 min，沖洗30 s，即間隔半小時滾筒篩沖洗6周。通過生產(chǎn)實際運行發(fā)現(xiàn)，磨煤機滾筒篩沖洗水量偏大，進而影響了煤漿濃度的提高，為了減小沖洗水量，現(xiàn)將沖洗水程序修改為間隔20 min沖洗15 s，即20 min沖洗3周。改造后，每臺磨煤機滾筒篩沖洗水每小時減少15 s沖洗時間，每臺磨煤機滾筒篩沖洗水量減少約0.2 t/h，避免了因磨煤機滾筒篩沖洗水量過大而造成的煤漿濃度的降低。

上述準備工作完成后，煤漿提濃的工業(yè)性生產(chǎn)試驗從2012年3月1日開始進行了兩個月。表8所示為煤漿提濃前后的煤漿分析數(shù)據(jù)對比(數(shù)據(jù)來自神華包頭煤化工有限責任公司LIMS系統(tǒng))。

由表8可知，通過調(diào)整煤漿制備系統(tǒng)各設備工況、使用新配方HD-8A添加劑、增大添加劑用量到3.0‰以及提高煤漿pH值(提濃前煤漿平均pH值為8.1，提濃后平均pH值為8.35)，提濃后的煤漿平均濃度比提濃前提高約1.17個百分點，而煤漿平均粘度變化不大，變化幅度在18～39 mPa·s之間。

表8 煤漿提濃前后煤漿分析數(shù)據(jù)Table 8 Data analysis of original CWS and that of increased concentration

4 煤漿提濃經(jīng)濟效益分析

為了闡述煤漿提濃的意義，分別對煤漿提濃前后生產(chǎn)運行72 h內(nèi)煤漿總負荷、煤漿濃度、氧氣消耗量、合成氣產(chǎn)量等生產(chǎn)運行指標進行了統(tǒng)計對比分析，如表9所示。其中，合成氣產(chǎn)量采用甲醇裝置進合成壓縮機新鮮氣流量累計表151FIQ116進行統(tǒng)計，甲醇產(chǎn)量采用合成穩(wěn)定塔塔底產(chǎn)出的MTO級甲醇流量累計表151FIQ111進行統(tǒng)計。

由表9可知，煤漿提濃后的經(jīng)濟效果主要有：

(1)煤漿濃度提高了1.17個百分點，合成氣有效氣成分增加了1.784個百分點。

表9 煤漿提濃前后的生產(chǎn)運行指標Table 9 Production indexes of original CWS and that of increased concentration

(2)比煤耗降低了16.33 kg/ kNm3，按照設計每小時生產(chǎn)53×104 Nm3合成氣，全年生產(chǎn)8 000 h計算，可節(jié)約干基原料煤6.92萬t。

(3)比氧耗降低了20.54 Nm3/kNm3，按照設計每小時生產(chǎn)53×104 Nm3合成氣，全年生產(chǎn)8 000 h計算，可節(jié)約氧氣量8 708.96萬Nm3。

(4)煤漿產(chǎn)氣量提高了0.06 kNm3/m3，按照氣化每小時總負荷煤漿量為425 m3，每噸MTO甲醇消耗合成氣有效氣量為1.996 kNm3，每年可多產(chǎn)MTO甲醇102 204.4 t。

(5)可以推算出煤漿濃度每提高1個百分點，合成氣有效氣成分(CO+H2)可提高1.10個百分點，比煤耗可降低10.08 kg/kNm3，比氧耗可降低12.68 Nm3/ kNm3。

綜上可見，煤漿濃度的提高增加了合成氣的產(chǎn)量，提高了合成氣的有效含量，降低了比煤耗和比氧耗，提高了甲醇產(chǎn)量，降低了消耗，提高了系統(tǒng)效率，具有良好的經(jīng)濟效益，從而也充分說明水煤漿氣化過程中提高煤漿濃度的意義重大。

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Study on increasing concentration of CWS

GAO Zhi-gang1，WANG Jian-zhong2，RONG Ling-kun2，TAN Li2

(1. Shenhua Baotou Coal Chemical Co.,Ltd.,Baotou,Inner mongolia 014010,China;2. College of Mineral Engineering,Inner mongolia University of Science and Technology,Baotou,Inner mongolia 014010,China)

In order to improve concentration of CWS for gasification，the relations of CWS concentration to dosage of new additive HD-8A or pH value of coal slurry was studied in the laboratory about production process of CWS in Shangwan of Shenhua. In addition,industrial test were carried out on the basis of adjusting process parameters of the equipment for CWS preparation. The industrial test result shows that: concentration of CWS is increased 1.62% in conditions of 3‰ dosage of new additive HD-8A and 8.35 pH value of coal slurry; when concentration of CWS is increased 1%,proportion of effective gas (CO+H2) is increased 1.1%,coal consumption is reduced 10.08kg producing 1 KNm3coal gas,oxygen consumption per unite gas production is also decreased 12.68Nm3at the same time the methanol production is increased.

CWS; additive of CWS; dosage of additive; PH value of coal slurry; concentration of CWS; coal consumption per unite gas production; oxygen consumption per unite gas production

1001-3571(2015)02-0016-04

TQ536

A

2015-02-25

10.16447/j.cnki.cpt.2015.02.005

高志剛(1976—)，男，安徽省淮南市人，工程師，從事GE水煤漿氣化研究工作。

E-mail：gaozhigang@csclc.com Tel：0472-5332946