水煤漿提濃技術(shù)改造項(xiàng)目運(yùn)行總結(jié)

裴 雙

（山西陽(yáng)煤豐喜泉稷能源有限公司，山西 稷山 043200）

1 水煤漿提濃改造項(xiàng)目實(shí)施背景

我國(guó)以煤為主的能源結(jié)構(gòu)決定了必須大力發(fā)展煤化工產(chǎn)業(yè)。煤氣化技術(shù)作為現(xiàn)代煤化工裝置的龍頭，決定了煤化工項(xiàng)目的先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性以及煤的轉(zhuǎn)化率。目前，我國(guó)應(yīng)用的煤氣化技術(shù)較多，但從技術(shù)先進(jìn)性、成熟度和單爐生產(chǎn)能力來(lái)看，適宜于大型煤化工裝置的以氣流床氣化技術(shù)為主。

水煤漿氣化作為氣流床氣化技術(shù)的一種，由于國(guó)內(nèi)大量引進(jìn)并進(jìn)行了多年的消化吸收，如今水煤漿氣化技術(shù)在中國(guó)已有大量成功應(yīng)用的案例。從最初引進(jìn)的Texaco水煤漿氣化（GE水煤漿氣化）工藝，到現(xiàn)在國(guó)內(nèi)自行開(kāi)發(fā)的多元料漿氣化工藝、多噴嘴水煤漿氣化工藝等，都在大大小小的煤化工企業(yè)氣化裝置中取得成功應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2017年年底，我國(guó)水煤漿氣化爐投產(chǎn)量超過(guò)300臺(tái)。目前，水煤漿氣化技術(shù)在我國(guó)的應(yīng)用仍處在一個(gè)迅速發(fā)展的階段，但尚存在以下問(wèn)題亟需解決。

（1）制漿用煤選擇范圍窄。國(guó)內(nèi)水煤漿氣化用煤逐步向低階煤過(guò)渡，但低階煤成漿性較差，采用傳統(tǒng)工藝無(wú)法制備出高濃度以及流動(dòng)性、穩(wěn)定性好的氣化用水煤漿，制約了水煤漿氣化工藝技術(shù)的發(fā)展。

（2）工藝缺乏創(chuàng)新，專(zhuān)用設(shè)備少。現(xiàn)有水煤漿氣化工藝均采用棒磨機(jī)制漿，不適用于低階煤制備高濃度水煤漿，且制漿設(shè)備單線規(guī)模小（＜500kt／a），不能滿足以水煤漿氣化為龍頭的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的需要。

上述我國(guó)水煤漿氣化工藝技術(shù)發(fā)展中的瓶頸問(wèn)題，解決這些問(wèn)題的關(guān)鍵在于必須開(kāi)發(fā)制漿新工藝、新裝備和適配性好的高效添加劑。制漿工藝和裝備是水煤漿氣化工藝技術(shù)的核心之一，完善的制漿工藝和裝備對(duì)于提高水煤漿質(zhì)量和降低制漿成本起著至關(guān)重要的作用。因此，近年來(lái)符合市場(chǎng)需求的制漿濃度高、煤種適應(yīng)性寬、效率高、能耗更低的水煤漿制漿新工藝逐漸被研發(fā)出來(lái)，將來(lái)勢(shì)必取代能耗高、效率低的常規(guī)棒磨機(jī)制漿工藝。

山西陽(yáng)煤豐喜泉稷能源有限公司（簡(jiǎn)稱陽(yáng)煤泉稷公司）水煤漿提濃改造項(xiàng)目就是在我國(guó)水煤漿制漿煤源向低階煤過(guò)渡的發(fā)展形勢(shì)下提出的，旨在開(kāi)發(fā)適宜低階煤的提濃制漿工藝和關(guān)鍵設(shè)備，以拓寬水煤漿制漿煤種的選擇范圍，降低制漿能耗，提高水煤漿氣化工藝的氣化效率和經(jīng)濟(jì)性，促進(jìn)煤炭的高效、清潔利用，為我國(guó)水煤漿制備技術(shù)的進(jìn)步和水煤漿氣化技術(shù)的健康發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

水煤漿提濃改造項(xiàng)目為陽(yáng)煤泉稷公司和中煤科工清潔能源股份有限公司聯(lián)合完成的科研項(xiàng)目。項(xiàng)目前期的理論及基礎(chǔ)試驗(yàn)研究、工藝開(kāi)發(fā)、設(shè)備研制和系統(tǒng)集成由中煤科工清潔能源股份有限公司承擔(dān)并完成；項(xiàng)目后期的工程建設(shè)、工藝設(shè)備調(diào)試及氣化指標(biāo)考核主要由陽(yáng)煤泉稷公司負(fù)責(zé)完成。

陽(yáng)煤泉稷公司“稷山焦?fàn)t氣綜合利用生產(chǎn)尿素聯(lián)產(chǎn)LNG轉(zhuǎn)型升級(jí)項(xiàng)目”，設(shè)計(jì)產(chǎn)能為300 kt／a合成氨、520kt／a尿素，聯(lián)產(chǎn)65kt／aLNG（簡(jiǎn)稱“30·52”項(xiàng)目），是全國(guó)單套產(chǎn)能最大的焦?fàn)t氣綜合利用項(xiàng)目。項(xiàng)目建設(shè)期間，受焦炭市場(chǎng)萎縮的影響，所在園區(qū)原來(lái)擬建的部分焦化項(xiàng)目遲遲未能落地，如此一來(lái)，“30·52”項(xiàng)目生產(chǎn)所需焦?fàn)t氣無(wú)法保障，迫不得已，公司又上了2臺(tái)4.0MPa水煤漿水冷壁氣化爐（晉華爐），2臺(tái)氣化爐全開(kāi)，單臺(tái)爐設(shè)計(jì)投煤量為750 t／d，單臺(tái)爐設(shè)計(jì)最大有效氣（CO＋H2）產(chǎn)量為50000m3／h，氣化裝置設(shè)計(jì)有效氣（CO＋H2）產(chǎn)量為80000m3／h。其煤漿制備系統(tǒng)設(shè)有2臺(tái)φ3300mm×5800mm棒磨機(jī)（2臺(tái)全開(kāi)），干煤處理量為2×46t／h；若采用單磨機(jī)制漿工藝，煤漿粒度級(jí)配不盡合理，水煤漿濃度偏低，制得的水煤漿流動(dòng)性、穩(wěn)定性和霧化性能較差，不僅降低了氣化效率，氣化裝置煤耗和氧耗也偏高，而且會(huì)加劇氣化爐噴嘴的磨損，增加氣化爐的停車(chē)次數(shù)與運(yùn)行成本。因此，為降本增效、擴(kuò)大產(chǎn)能，陽(yáng)煤泉稷公司決定實(shí)施水煤漿提濃改造。

2 水煤漿提濃對(duì)氣化反應(yīng)的影響

氣化爐內(nèi)的水分分為兩部分，一部分是水煤漿中所含的水，另一部分是激冷水。水煤漿中的水隨煤的燃燒迅速汽化，溫度升到1250℃，這部分水是完全參與氣化反應(yīng)的；而激冷水的溫度只有220℃左右，在無(wú)催化劑的條件下，反應(yīng)幾乎不能進(jìn)行，即這部分水是不參與氣化反應(yīng)的。水煤漿中水的溫度為50℃，要將水煤漿中50℃的水加熱汽化至1250℃，需要消耗大量的熱量，所需熱量主要由反應(yīng)提供，這2個(gè)反應(yīng)均為放熱反應(yīng)，但生成CO2的反應(yīng)放出的熱量為395.2kJ／mol，生成CO的反應(yīng)放出的熱量?jī)H為110.5kJ／mol，且1mol碳（C）無(wú)論是生成CO2還是CO，生成氣體的總體積是一樣的，僅是氧耗和放出的熱量不一樣。因此，在進(jìn)氣化爐干煤量固定不變的情況下，水煤漿濃度提高后，進(jìn)入氣化爐的水分就減少了，所消耗的熱量也少了，若要保證氣化爐的熱量平衡，煤中的部分碳就僅需反應(yīng)生成CO，而不需生成CO2，如此反應(yīng)生成的粗煤氣中CO含量提高、CO2含量降低，最終所產(chǎn)有效氣（CO＋H2）總量得到提高、氧耗得到降低。

可見(jiàn)，水煤漿濃度是影響氣化反應(yīng)效率的主要因素，水煤漿濃度低，將會(huì)增加氣化反應(yīng)的煤耗和氧耗，從而降低氣化反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率，進(jìn)而增加運(yùn)行成本。故水煤漿提濃是提高水煤漿氣化效率和經(jīng)濟(jì)性的有效途徑之一。

3 水煤漿提濃改造項(xiàng)目的主要內(nèi)容

為提高現(xiàn)有氣化裝置原料水煤漿濃度，在原有煤漿制備系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加1套煤漿提濃裝置，采用中煤科工清潔能源股份有限公司開(kāi)發(fā)的三峰級(jí)配煤漿提濃技術(shù)；提濃裝置由1臺(tái)CEXM250A型細(xì)磨機(jī)、1臺(tái)CECXM560A型超細(xì)磨機(jī)及其附屬罐、泵等設(shè)備組成，通過(guò)細(xì)磨機(jī)和超細(xì)磨機(jī)制備細(xì)漿，細(xì)漿制備系統(tǒng)中還設(shè)置有2臺(tái)添加劑泵，將合格的添加劑輸送至各需用點(diǎn)。

三峰級(jí)配水煤漿提濃技術(shù)工藝流程：棒磨機(jī)出料槽的氣化水煤漿通過(guò)配漿泵計(jì)量后，與界區(qū)外來(lái)的生產(chǎn)工藝水、添加劑按照設(shè)定的目標(biāo)稀釋濃度一同進(jìn)入粗漿槽進(jìn)行混合；混合合格的粗漿通過(guò)粗漿泵計(jì)量后進(jìn)入細(xì)磨機(jī)進(jìn)行細(xì)磨，細(xì)磨機(jī)出料（平均粒徑約為30μm）自流至細(xì)漿槽，細(xì)漿槽內(nèi)的大部分煤漿至一定液位后溢流至超細(xì)漿槽，細(xì)漿槽內(nèi)的小部分煤漿通過(guò)細(xì)漿泵送至超細(xì)磨機(jī)進(jìn)行超細(xì)研磨，研磨合格的超細(xì)漿（平均粒徑約為5μm）也自流至超細(xì)漿槽，與細(xì)漿槽溢流的細(xì)漿混合；混合后的細(xì)漿和超細(xì)漿通過(guò)超細(xì)漿泵送至棒磨機(jī)中，最終形成煤漿的三峰粒度級(jí)配。

水煤漿經(jīng)過(guò)三峰級(jí)配煤漿提濃裝置提濃后，氣化用水煤漿的粒度級(jí)配更加合理，水煤漿濃度得到提高，煤漿的流動(dòng)性、穩(wěn)定性及霧化性能得到改善，反應(yīng)活性得到提高，有利于氣化爐燃燒室內(nèi)流場(chǎng)的穩(wěn)定，可有效減少爐壁局部超溫現(xiàn)象，降低粗渣和細(xì)灰中可燃物的含量，提高原料煤的轉(zhuǎn)化率。

4 水煤漿提濃改造項(xiàng)目的實(shí)施及效果

水煤漿提濃改造項(xiàng)目于2018年2月完成設(shè)備安裝，結(jié)合生產(chǎn)計(jì)劃統(tǒng)一安排，3月10日完成吹掃試漏和單體試車(chē)，3月14日開(kāi)始投料試運(yùn)行，試運(yùn)行半個(gè)多月后，陽(yáng)煤泉稷公司組織內(nèi)部驗(yàn)收，水煤漿提濃裝置各設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常，氣化裝置各項(xiàng)工藝指標(biāo)達(dá)到預(yù)期效果。水煤漿提濃改造前后煤漿數(shù)據(jù)及粗煤氣中有效氣含量的對(duì)比見(jiàn)表1，氣化裝置消耗對(duì)比見(jiàn)表2。

表1 改造前后煤漿數(shù)據(jù)及粗煤氣中有效氣含量的對(duì)比

表2 改造前后氣化裝置消耗的對(duì)比

由表1可以看出：水煤漿提濃改造項(xiàng)目實(shí)施后，水煤漿濃度由平均60.1%提高至64.19%，提高了4.09個(gè)百分點(diǎn)；粗煤氣中有效氣（CO＋H2）含量由平均79.91%提高至82.12%，提高了2.21個(gè)百分點(diǎn)。

由表2可以看出：水煤漿提濃改造項(xiàng)目實(shí)施后，在投煤量不變的情況下，噸氨煤耗由平均1.44t降至1.39t，降低0.05t；生產(chǎn)1000m3有效氣（CO＋H2）的耗煤量由平均614kg降至594kg，降低20kg；生產(chǎn)1000m3有效氣（CO＋H2）的耗氧量由平均420m3降至385m3，降低35m3；合成氨產(chǎn)量由平均902.5t／d增至928.4t／d，增產(chǎn)25.9t／d，按年運(yùn)行300d計(jì)，年增產(chǎn)合成氨約7770t。

5 效益分析

以提濃前合成氨產(chǎn)量（平均值）1019.39t／d、提濃后合成氨產(chǎn)量（平均值）1051.09t／d計(jì)，陽(yáng)煤泉稷公司水煤漿提濃改造項(xiàng)目實(shí)施前后合成氨生產(chǎn)完全成本計(jì)算見(jiàn)表3。

表3 水煤漿提濃前后合成氨生產(chǎn)完全成本計(jì)算表 元／t

按提濃前合成氨產(chǎn)量300kt／a、提濃后合成氨產(chǎn)量307.770kt／a、液氨售價(jià)2100元／t（含17%的增值稅）進(jìn)行粗略估算，提濃前年效益為300000×（2100÷1.17-1722.35）÷10000＝2175.65萬(wàn)元，提濃后年效益為307770×（2100÷1.17-1697.06）÷10000＝3010.35萬(wàn)元，即水煤漿提濃改造項(xiàng)目實(shí)施后理論上年增效益834.70萬(wàn)元。若液氨市場(chǎng)行情好，年增效益將更為可觀。

6 結(jié)束語(yǔ)

陽(yáng)煤泉稷公司水煤漿提濃改造項(xiàng)目，通過(guò)在原有煤漿制備系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加1套煤漿提濃裝置，使得原漿料中增加了細(xì)漿和超細(xì)漿，實(shí)現(xiàn)了煤漿粒度的三峰級(jí)配，使煤漿的堆積效率和水煤漿濃度得到提高，煤漿的流動(dòng)性、穩(wěn)定性和霧化性能得到改善，從而大幅降低了氣化裝置的能耗。項(xiàng)目投運(yùn)后，在投煤量不變的情況下，煤漿濃度提高約4.09個(gè)百分點(diǎn)，噸氨煤耗降低約0.05t，粗煤氣中有效氣（CO＋H2）含量提高約2.21個(gè)百分點(diǎn)，有效氣產(chǎn)量增加約2214m3／h，年增產(chǎn)合成氨約7770t，年增效益約834.70萬(wàn)元，效益非?？捎^。