提高水煤漿濃度的優(yōu)化措施

孔德升，張志坤，王夢(mèng)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(yōu)化措施

孔德升，張志坤，王夢(mèng)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(yōu)化煤質(zhì)、降低煤漿黏度、優(yōu)化煤漿粒度分布以及改造設(shè)備4個(gè)方面著手，制定了提高水煤漿濃度的優(yōu)化措施。優(yōu)化措施實(shí)施后，水煤漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)由60.97%提高至61.33%，取得了較好的效果。

水煤漿；濃度；優(yōu)化措施

新能鳳凰(滕州)能源有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)新能鳳凰公司)700 kt/a甲醇裝置采用多噴嘴對(duì)置式水煤漿加壓氣化工藝制取原料氣，配套建設(shè)了3套磨煤裝置，為3臺(tái)1 500 t/d四噴嘴氣化爐供應(yīng)水煤漿，采用2開(kāi)1備模式運(yùn)行。自2009年12月開(kāi)車(chē)成功以來(lái)，氣化裝置運(yùn)行較為穩(wěn)定，目前已實(shí)現(xiàn)滿負(fù)荷常態(tài)化運(yùn)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(diǎn)，并且間接地實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗，在同等負(fù)荷下擴(kuò)大了生產(chǎn)能力、提高了企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。通過(guò)對(duì)裝置實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)的分析表明，水煤漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(chǎn)量至少可增加2.5%。由此可見(jiàn)，提高水煤漿濃度對(duì)裝置的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行意義重大。

1 影響水煤漿濃度的主要因素

原料煤煤質(zhì)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(shè)備因素等對(duì)水煤漿濃度也有較大影響。

1.1 煤質(zhì)因素

原料煤中的水分對(duì)煤的輸送、儲(chǔ)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(fā)生煤儲(chǔ)斗蓬煤、磨煤機(jī)入口溜管堵塞等問(wèn)題，使制漿水煤比控制不穩(wěn)定，水煤漿濃度會(huì)出現(xiàn)較大波動(dòng)。張華新等[1]指出，煤的內(nèi)水含量對(duì)氣化過(guò)程的影響主要表現(xiàn)在成漿性能方面，即內(nèi)水含量越高，制得的水煤漿濃度越低。這是因?yàn)槊旱膬?nèi)水含量越高，煤中的水碳比越大，含氧官能團(tuán)和親水官能團(tuán)越多，空隙率越大，煤的制漿難度越大。工業(yè)運(yùn)行數(shù)據(jù)也充分證明了煤中內(nèi)水含量與制得的水煤漿濃度成反比關(guān)系。綜合技術(shù)與經(jīng)濟(jì)兩方面考慮，水煤漿加壓氣化用原料煤的最高內(nèi)水質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)以<8%為宜。

煤中灰分除使煤漿的有效成分含量降低外，對(duì)成漿性能也有一定的影響，主要表現(xiàn)為使煤質(zhì)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(duì)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(shù)大的煤種容易研磨制漿，水煤漿中細(xì)粒子增多、黏度增大，通過(guò)篩網(wǎng)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(shù)呈拋物線變化，一般在含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為90%時(shí)達(dá)到最大值。水煤漿加壓氣化工藝使用的煙煤的可磨指數(shù)范圍較大，選擇可磨指數(shù)大的煤種是水煤漿加壓氣化工藝選擇煤種的重要指標(biāo)之一，一般要求原料煤可磨指數(shù)(哈氏可磨指數(shù))≥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(zhì)量的重要參數(shù)，而各參數(shù)間密切相關(guān)。黏度是表征水煤漿流動(dòng)性能的物理量，黏度越大則水煤漿的流動(dòng)性越差。新能鳳凰公司磨煤系統(tǒng)一級(jí)和二級(jí)滾筒篩均采用3 mm×25 mm的固定尺寸篩網(wǎng)，水煤漿黏度增大將導(dǎo)致其通過(guò)篩孔的阻力增大，無(wú)法順利通過(guò)篩孔的水煤漿便會(huì)從滾筒篩末端排出，出現(xiàn)淌漿現(xiàn)象。調(diào)節(jié)水煤漿黏度的常用方法是使用添加劑，但添加劑的調(diào)節(jié)能力有限，只能對(duì)特定的某種或幾種煤種有較好的分散效果。工業(yè)數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)水煤漿中粒徑為0.043 mm的顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥45%時(shí)，增加添加劑用量對(duì)水煤漿黏度的調(diào)控已經(jīng)失去作用。當(dāng)增加添加劑用量或更換添加劑仍無(wú)法減小水煤漿黏度時(shí)，只能通過(guò)降低水煤漿濃度來(lái)減小其黏度，以消除滾筒篩淌漿現(xiàn)象，維持氣化裝置水煤漿的供應(yīng)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(xì)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(xì)顆粒進(jìn)入大顆粒間的間隙中還可起到潤(rùn)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?jǐn)?shù)對(duì)雙峰分布漿體黏度的影響，根據(jù)漿體黏度的關(guān)聯(lián)式預(yù)測(cè)了水煤漿的黏度并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較，結(jié)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(shí)可獲得較大的漿體體積分?jǐn)?shù)；②在相同的體積分?jǐn)?shù)下，隨著顆粒粒徑比的增大，漿體的黏度迅速下降；③當(dāng)小顆粒體積分?jǐn)?shù)達(dá)到35%時(shí)，漿體的黏度最小。

2 水煤漿提濃優(yōu)化措施

2.1 優(yōu)化煤質(zhì)

為提高水煤漿濃度，新能鳳凰公司制定了新的煤種采購(gòu)指標(biāo)，即內(nèi)水含量<7%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)、全水含量<13%、可磨指數(shù)>50、灰分(干基)<8%。2013年，制得的水煤漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(guò)出礦取樣、進(jìn)廠取樣和入磨機(jī)前取樣的三級(jí)煤質(zhì)管理，強(qiáng)化了對(duì)煤質(zhì)的監(jiān)控，杜絕了運(yùn)輸途中換煤、混煤情況的發(fā)生。

配煤技術(shù)在煤灰黏溫特性的調(diào)節(jié)上已經(jīng)相當(dāng)成熟，在滿足氣化用煤指標(biāo)的前提下，可將配煤技術(shù)應(yīng)用到可磨指數(shù)的調(diào)節(jié)上。在磨煤機(jī)鋼棒級(jí)配和裝棒量一定的情況下，將內(nèi)水含量大的煤種與內(nèi)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(shù)>50、內(nèi)水含量≤7%、灰分(干基)<8%。在工業(yè)運(yùn)行中，原料煤從筒倉(cāng)送至皮帶輸送機(jī)時(shí)進(jìn)行混配比例的調(diào)節(jié)，從而保證了混煤的均勻性。

2.2 水煤漿降黏優(yōu)化

所謂降黏優(yōu)化，不是無(wú)限制地降低水煤漿黏度，而是在保證其良好流動(dòng)性和穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，適當(dāng)增大添加劑用量以降低其黏度，提升其在篩網(wǎng)中的通過(guò)能力。為此，制定了具體的降黏提濃方案，添加劑(平均含固質(zhì)量分?jǐn)?shù)>30%)添加率由0.148%逐漸增加至0.160%。2013年水煤漿分析數(shù)據(jù)見(jiàn)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(shì)；第四季度，隨添加劑添加率的進(jìn)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(gè)最佳添加比例，超出此最佳比例之后繼續(xù)增加添加劑，水煤漿降黏提濃效果趨于平緩。通過(guò)對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)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(dòng)性和穩(wěn)定性。

表1 2013年水煤漿濃度分析數(shù)據(jù)

項(xiàng)目水煤漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%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(rùn)濕煤粒、分散膠凝狀煤粒團(tuán)、產(chǎn)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(dòng)性和穩(wěn)定性。但由于單一添加劑并不能適應(yīng)所有的煤種，故應(yīng)根據(jù)煤種自身性質(zhì)及經(jīng)濟(jì)性綜合選擇適宜的添加劑種類(lèi)。但盼等[5]通過(guò)試驗(yàn)指出，應(yīng)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(shí)間內(nèi)，分散劑分子基本沒(méi)有脫附現(xiàn)象，黏度沒(méi)有明顯上升，表現(xiàn)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(dāng)提高水煤漿溫度也利于分散降黏，但溫度高于70 ℃時(shí)，添加劑容易從煤粒表面脫附。

2.3 水煤漿粒度優(yōu)化

2012年與2013年水煤漿粒度分布數(shù)據(jù)對(duì)比見(jiàn)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(duì)磨煤機(jī)的鋼棒添加量和鋼棒級(jí)配進(jìn)行了調(diào)整，通過(guò)增加磨煤機(jī)鋼棒量和增加Φ75 mm粗棒比例，使一級(jí)和二級(jí)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(zhì)量分?jǐn)?shù)由5.10%提高至9.15%，水煤漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)提升了0.36%。

表2 2012年與2013年水煤漿粒度分布數(shù)據(jù)對(duì)比

項(xiàng) 目水煤漿粒度分布/%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))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(zhì)量分?jǐn)?shù)/%60.9761.33

2.4 設(shè)備改造

(1)稱(chēng)重給料機(jī)下料口改造

在稱(chēng)重給料機(jī)下料口處增設(shè)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(fā)現(xiàn)大塊雜物堵塞磨煤機(jī)進(jìn)料管的事故，保證了水煤漿濃度的穩(wěn)定和氣化爐水煤漿的供應(yīng)量。

(2)一級(jí)和二級(jí)滾筒篩下料口改造

縮小一級(jí)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(jí)滾筒篩正常的篩分效果。在二級(jí)滾筒篩下部的大顆粒管線與水煤漿管線之間增設(shè)擋板，防止大顆粒煤粒反溢進(jìn)入大煤漿槽；在大顆粒管線頂部增設(shè)沖洗設(shè)施，消除了大顆粒煤粒堆積進(jìn)入大煤漿槽的現(xiàn)象。

3 結(jié)語(yǔ)

水煤漿濃度提升后氣化爐關(guān)鍵運(yùn)行指標(biāo)對(duì)比見(jiàn)表3。

表3 水煤漿濃度提升后氣化爐關(guān)鍵運(yùn)行指標(biāo)對(duì)比

項(xiàng) 目設(shè)計(jì)指標(biāo)運(yùn)行數(shù)據(jù)水煤漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%≥58.0061.33有效氣(CO+H2)體積分?jǐn)?shù)/%82.1083.04精甲醇產(chǎn)量/(t·h-1)83.394.0比耗氧402366比耗煤621541灰渣中殘?zhí)假|(zhì)量分?jǐn)?shù)/%≤10.000.47

通過(guò)優(yōu)化煤質(zhì)、水煤漿降黏提濃、優(yōu)化煤漿粒度分布和設(shè)備改造4個(gè)方面的優(yōu)化改進(jìn)，水煤漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高了0.36%，有效氣產(chǎn)量增加，有效氣含量上升，雙系統(tǒng)滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的精甲醇產(chǎn)量平均增產(chǎn)約2 t/h，經(jīng)濟(jì)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(qiáng).現(xiàn)代煤化工技術(shù)手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003：52.

[3] 陳迎.木質(zhì)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(duì)煤漿黏度預(yù)測(cè)的影響[J].燃料化學(xué)學(xué)報(bào),2009(3)：266- 270.

[5] 但盼，邱學(xué)青，周明松.溫度及剪切時(shí)間對(duì)水煤漿表觀黏度及流變性影響[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，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(chǎn)工作；ds519520@163.com

TQ546.2

B

1006- 7779(2017)01- 0038- 04

2014- 09- 09)