關(guān)于水煤漿中雜鐵清除的研究及應(yīng)用

關(guān)洪洋 ，張文杰，李紅旭，張 妍，劉明新

(1.沈陽隆基電磁科技股份有限公司，遼寧 撫順 113122；2.內(nèi)蒙古博大實地化學(xué)有限公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017300)

水煤漿作為一種新型、高效、清潔型煤基燃料，不僅能夠作為燃料燃燒提供熱值，還被廣泛應(yīng)用于煤制油、煤制氣等化工領(lǐng)域，是煤化工重要的原材料。國家能源局、環(huán)保部、工信部三部委發(fā)布的《促進煤炭安全綠色開發(fā)和清潔高效利用的意見》明確提出“積極推進先進的型煤和水煤漿技術(shù)”，再次將水煤漿列入鼓勵推廣類技術(shù)，因此水煤漿的利用問題尤其突出[1]。

在水煤漿制備過程中，由于原料煤中未被清理的小塊雜鐵和磨制過程中磨料損失產(chǎn)生的雜鐵會摻雜到水煤漿中，在水煤漿的運輸及后續(xù)使用時，雜鐵將會伴隨物料進入到生產(chǎn)的各環(huán)節(jié)中，尤其在煤化工企業(yè)煤炭氣化過程中，會造成后續(xù)燒嘴堵塞、隔膜泵關(guān)閉不嚴、隔膜泵損壞等問題(見圖1、圖2)，同時還會造成水煤漿在管道運輸過程中壓力波動，進而影響氣化爐的穩(wěn)定運行，極大地降低生產(chǎn)效率。因此水煤漿除鐵問題亟待解決。

圖1 雜鐵墊缸情況

圖2 雜鐵損壞隔膜泵情況

1 煤化工使用水煤漿現(xiàn)狀

水煤漿的制備是由65%～70%的煤、29%～34%的水和小于1%的化學(xué)添加劑進行一定的工藝流程加工而成[2]。其中對于磨煤主要采用大型棒磨機或球磨機對原料煤進行磨制，該過程中需要添加大量鐵質(zhì)磨材。由于磨材的磨損導(dǎo)致大量鐵削進入到水煤漿中，物料混合后很難將鐵件進行清除。

目前水煤漿中雜鐵的清除主要采用滾筒篩出口周圍安裝單體磁塊形式，物料通過時依靠磁塊的吸附分離其中的鐵件(見圖3)。但由于磁塊為裸露結(jié)構(gòu)，長時間浸泡在水煤漿中，極易出現(xiàn)粉化破損的情況。并且磁塊外磁場未進行工藝設(shè)計，表面磁場呈放射狀，如果表面被細碎雜鐵覆蓋后，形成磁場屏蔽現(xiàn)象就不會再有吸附效果，極大地降低了磁塊除鐵能力，實際使用時能夠被吸附的鐵件遠低于要求。并且在需要清理時，需要人工進入滾筒篩內(nèi)部進行收集。不僅收集效果不理想，而且存在一定的危險。并且收集時間受到生產(chǎn)的限制，只有停產(chǎn)時才能夠進行收集工作。同時人工清理時周圍布滿煤漿，工作環(huán)境惡劣，因此該種除鐵方式是不適合長期維持的工作方式。

另一種清除方案，采用低壓煤漿泵之后增加圓筒過濾器形式，物料通過圓筒過濾器時鐵件被過濾器中篩網(wǎng)分離(見圖4)。但該種形式雜鐵清除是比較困難的，需要停產(chǎn)時將圓筒過濾器拆開，受到生產(chǎn)節(jié)奏的限制。當不能夠及時清理時，極易造成過濾篩網(wǎng)被堵塞，造成低壓煤漿泵壓力升高，煤漿流量降低等情況，影響氣化爐的穩(wěn)定運行。并且磨材磨損后的鐵件呈沫狀或針狀，很難被篩網(wǎng)進行分離，鐵屑可以通過篩網(wǎng)縫隙進入到后續(xù)生產(chǎn)環(huán)節(jié)產(chǎn)生不利影響，因此圓筒過濾器實際并不能起到分離鐵件的目的，并且在長時間運行過程中還會增加維修難度，是一種極不推薦的除鐵方式。

圖4 圓筒過濾器除鐵方案

2 水煤漿除鐵新方向

在煤化工企業(yè)，水煤漿的生產(chǎn)主要采用磨機進行磨制后，通過滾筒篩進行篩分，部分的大鐵件和大顆粒雜質(zhì)被去除。帶有沫狀鐵或細小鐵件的水煤漿進入小煤漿槽進行初步暫存。小煤漿槽中的水煤漿通過尾部連接的管道進入低壓煤漿泵進行加壓后輸送到大煤漿槽進行存儲，該過程水煤漿通常會被加壓至0.4 MPa以內(nèi)。由于鐵件的密度較大，在攪拌不良時，極易出現(xiàn)鐵件和煤漿的混合物在煤漿槽底部聚集，造成后續(xù)堵塞情況。由于煤化工企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模不同，通常規(guī)模較大企業(yè)會在大煤漿槽之前布置分料器，以便于能夠根據(jù)氣化爐使用情況，切換物料輸送至不同的大煤漿槽。大煤漿槽中的煤漿經(jīng)過高壓煤漿泵再次加壓至6.5 MPa后，通過燒嘴后在氣化爐中進行燃燒[4]，燃燒后氣體在經(jīng)過復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)制成相應(yīng)產(chǎn)品或中間產(chǎn)品用于銷售。

2.1 輸送和氣化過程中鐵件的清除方式

干煤輸送過程中存在一定的大鐵件和一些螺栓、墊片等小鐵件。輸送過程中常見的除鐵方式為使用除鐵器進行清除。根據(jù)HGT20518—2008《化工粉體工程設(shè)計通用規(guī)范》要求：在每路運煤系統(tǒng)中，宜在卸煤設(shè)施后的第一個轉(zhuǎn)運站、煤場帶式輸送機出口處和碎煤機前各裝設(shè)一級除鐵器。當采用中速磨煤機或高速磨煤機時，應(yīng)在碎煤機后再增設(shè)一級除鐵器[3]。同時根據(jù)除雜領(lǐng)域廠家推薦及國標要求，在輸煤系統(tǒng)中需要滿足三級除鐵，在輸煤一二級采用盤式或帶式除鐵器，建議在帶式輸送機機頭處設(shè)置，通過物料的多次翻轉(zhuǎn)能夠有效清理大量的鐵件，在進入到制漿系統(tǒng)以前增設(shè)大功率的盤式除鐵器，盤式除鐵器與帶式除鐵器相同性能時能夠更貼近物料，達到更優(yōu)的除鐵效果。以便在輸煤系統(tǒng)中將全部大鐵件進行清除，防止鐵件進入到制漿系統(tǒng)[5]。

2.2 水煤漿中雜鐵清除方案

對于水煤漿制備系統(tǒng)中雜鐵去除，目前由沈陽隆基電磁科技股份有限公司研發(fā)一種水煤漿雜鐵分離器，該裝置能夠有效清除水煤漿中的細小雜鐵，并且設(shè)備已經(jīng)投產(chǎn)使用，達到預(yù)期效果。

電磁水煤漿雜鐵分離裝置由3部分構(gòu)成，包含主機，配套冷卻系統(tǒng)，電控控制柜。其中主機能夠形成足夠的背景磁場，通過設(shè)備內(nèi)部高聚磁格柵形成高梯度磁場，物料通過時能被吸附。吸附一定時間后，設(shè)備可采用斷電去磁方式，達到卸鐵目的。并且卸鐵時可同時配合水路或氣路進行輔助卸鐵。電控控制柜采用PLC編程形式，能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)場或集控控制，并且通過邏輯控制可實現(xiàn)設(shè)備自動運行，自動清理停止，滿足煤化工企業(yè)追求高自動化的要求。

目前設(shè)備安裝位置為3處，具體情況如下：

(1)滾筒篩后，小煤漿槽前管道位置。該位置安裝能夠有效地保證后續(xù)隔膜泵及氣化爐裝置的穩(wěn)定運行，起到源頭控制雜鐵的目的。并且該位置設(shè)備離地距離較小，更適合布置排鐵管路，使得吸附后的雜鐵更便于排除。

(2)低壓煤漿泵之后，大煤漿槽之前的管路。該位置空間較大，并且管道內(nèi)壓力較小，能夠滿足水煤漿電磁雜鐵分離器的處理要求。由于很多現(xiàn)場低壓煤漿泵由隔膜泵改為離心泵，因此低壓煤漿泵的風(fēng)險降低，設(shè)備只需保證高壓煤漿泵及氣化爐的穩(wěn)定運行即可。

(3)分料器和大煤漿槽之間(對于存在分料器的現(xiàn)場)。該處位置物料為自由落體運輸，設(shè)備不需要考慮承壓問題，并且相對物料通過時速度較低，能夠有效地被處理，也是比較理想的布置位置。雜鐵被清除后，能夠使得后續(xù)的高壓隔膜泵在清潔環(huán)境下運行，減少由于鐵件造成的隔膜損壞。

對于需要改造的現(xiàn)場，只需要在現(xiàn)場管道中增加設(shè)備，并且設(shè)備采用上下法蘭連接方式。改造時在設(shè)備外圍增加旁路，設(shè)置相應(yīng)管道閥門，通過PLC控制閥門開啟和關(guān)閉狀態(tài)，達到對物料進入的控制(見圖5)。清除雜鐵后的水煤漿燃燒后，能夠保證氣化爐爐內(nèi)的清潔，減少由于鐵件被高溫融化造成的底部爐灰和鐵水混合物的存在，減少清理爐灰的難度。除鐵后會極大改善氣化爐耐火磚由于鐵水侵蝕造成的斷磚等現(xiàn)象，提升耐火磚的使用壽命。

圖5 電磁水煤漿雜鐵分離裝置系統(tǒng)

3 設(shè)備應(yīng)用現(xiàn)場情況

水煤漿雜鐵分離器目前已經(jīng)在現(xiàn)場進行安裝，經(jīng)實際檢測，能夠達到設(shè)計要求。對于大于2mm×5mm雜鐵的清除率大于72%，小于2mm×5mm的雜鐵清除率大于76%(見表1)，現(xiàn)場雜鐵影響生產(chǎn)的現(xiàn)象極大地得到改善，降低了設(shè)備故障率，設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)自動控制，滿足現(xiàn)階段煤化工企業(yè)追求自動化生產(chǎn)的需求。設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)與現(xiàn)場DCS數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)中控控制，減少人工干預(yù)等情況。

表1 水煤漿雜鐵分離裝置使用后雜鐵收集情況

圖6所示為現(xiàn)場收集鐵件情況，設(shè)備工作時能夠?qū)⒋嬖谳^大危害的雜鐵進行清理，極大地提升了設(shè)備穩(wěn)定運行狀態(tài)。

圖6 水煤漿雜鐵分離裝置清除的雜鐵

4 結(jié) 語

總之，水煤漿除鐵是目前煤化工企業(yè)亟待解決的問題，電磁水煤漿雜鐵分離器的推出，能夠方便地解決該問題，是一種可推廣的實用性設(shè)備。通過現(xiàn)場改造，降低水煤漿運輸過程中雜鐵對于關(guān)鍵設(shè)備的影響，極大地提高生產(chǎn)效率，減少人工勞動強度，同時能夠?qū)崿F(xiàn)自動化控制，滿足現(xiàn)階段煤化工企業(yè)的自動化愿景。