煤漿提濃技術(shù)在錦疆化工氣化裝置中的應(yīng)用

田擁軍，王曉剛，賈克輝

(奎屯錦疆化工有限公司，新疆奎屯 833200)

水煤漿作為潔凈燃料和氣化原料，一直受到國家及地方政府部門的重視，而水煤漿技術(shù)是國家潔凈煤計劃中的一項重要技術(shù)，已取得長足發(fā)展[1]?，F(xiàn)代煤化工行業(yè)中，水煤漿氣化原料用煤也以低階煤為主，但由于其內(nèi)在水分高、可磨性差，屬于難成漿煤種。采用常規(guī)的單磨機(jī)制漿工藝，其成漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)普遍偏低(57%～60%)，顯著降低了水煤漿的氣化效率，嚴(yán)重影響水煤漿的經(jīng)濟(jì)性和市場競爭力[2]。近年來,國內(nèi)外都在進(jìn)行低階煤提濃的研究，在煤漿添加劑選擇、配煤研究、研磨設(shè)備的研制及試用、提濃工藝的優(yōu)化等方面，取得了較好的成果。研究表明：提高煤漿濃度，可顯著降低氣化過程的比煤耗和比氧耗，提高氣化效率和有效氣產(chǎn)率，提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益[3]。

1 煤漿提濃技改背景

奎屯錦疆化工有限公司(簡稱錦疆化工)項目設(shè)計年產(chǎn)40萬t合成氨、70萬t尿素。煤漿制備系統(tǒng)以當(dāng)?shù)鼗烀簽橹茲{原料，干煤處理能力為79.8 t/h，由2臺Φ3.6×6.0 m棒磨機(jī)生產(chǎn)線組成(2臺全開)。由于采用單棒磨制漿工藝，粒度級配不盡合理，水煤漿濃度偏低，且流動性、穩(wěn)定性和霧化性能不佳，氣化效率較低。同時，氣化所需煤耗和氧耗也偏高，加劇了氣化爐噴嘴的磨損，增加了氣化爐的停車次數(shù)與運(yùn)行成本。為降本增效，提高企業(yè)產(chǎn)品競爭力，錦疆化工從2016年開始改造煤漿制備系統(tǒng)。經(jīng)過氣化煤質(zhì)分析、技術(shù)比對、成漿試驗、實地考察，最終采用三峰級配煤漿提濃技術(shù)[4]對現(xiàn)有煤漿制備系統(tǒng)進(jìn)行改造，以實現(xiàn)煤漿產(chǎn)品有效提濃。新增的煤漿提濃系統(tǒng)屬于原煤制備漿系統(tǒng)的“外掛式”子系統(tǒng)，該系統(tǒng)的停運(yùn)并不影響原有煤漿制備系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

2 新疆黑山混煤實驗情況

2.1 常規(guī)制漿工藝成漿性實驗

該實驗?zāi)M工業(yè)生產(chǎn)裝置制漿,粒徑分布見表1。

表1 常規(guī)制漿工藝粒徑分布

按照漿體不同的質(zhì)量分?jǐn)?shù)加入添加劑，添加劑用量為0.3%(干基/干粉，質(zhì)量分?jǐn)?shù))，并對漿體黏度、流動性和穩(wěn)定性進(jìn)行觀察，具體結(jié)果見表2。

從表1和表2可以得出：(1)常規(guī)制漿粒徑小于75 μm的占34.87%，小于45 μm的占25.56%，常規(guī)下的粒度偏粗，缺少粒度級配。(2)在常規(guī)制漿中，制漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60.51%時，漿態(tài)流動性較好；再次提高質(zhì)量分?jǐn)?shù)時，雖然黏度不大，但漿體流動性已趨向不流的狀態(tài)，8h后發(fā)生硬沉淀現(xiàn)象。綜合觀察，常規(guī)制漿工藝下成漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60.51%以下為宜。

表2 常規(guī)制漿工藝

2.2 三峰級配煤漿工藝成漿性試驗

在原有棒磨機(jī)制備的煤漿中填充一定比例的細(xì)漿和超細(xì)漿，煤漿粒度級配能實現(xiàn)三峰級配，制備的煤漿質(zhì)量更高，試驗結(jié)果見表3。與傳統(tǒng)單棒磨機(jī)制漿工藝(表2)相比，煤漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)更是提高4～8個百分點。

表3 三峰級配試驗數(shù)據(jù)

2.3 粒徑分布

傳統(tǒng)單棒磨機(jī)制漿，其煤漿中粒度比較均一，平均粒徑為100～150 μm。三峰級煤漿提濃工藝在大顆粒間填充了平均粒徑為30 μm的細(xì)顆粒和平均粒徑為5 μm的超細(xì)顆粒，大小顆粒能相互填充，減少顆粒間空隙，實現(xiàn)了煤漿顆粒的三峰級配，提高了煤漿堆積效率。不同制漿工藝下粒徑分布圖見圖1。

3 提濃技改實施

3.1 建設(shè)情況

煤漿提濃技改于2018年3月正式啟動，該系統(tǒng)主要由1臺CEXM315A型細(xì)磨機(jī)和1臺CECXM630A型超細(xì)磨機(jī)及其附屬煤漿槽、泵等設(shè)備組成。同年10月開始現(xiàn)場土建，2019年2月初完成土建項目，2月21日完成試車投料。

3.2 實施效果對比

煤漿提濃技改投用后，經(jīng)過優(yōu)化調(diào)整，煤漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)從60.9%逐步提到65%以上(最高為67%)。2019年5月2—9日完成相關(guān)性能測試。結(jié)果對比見表4。

(a) 單棒磨機(jī)制漿

(b) 三峰級配制漿

表4 煤漿提濃技改投用前后數(shù)據(jù)對比

3.3 經(jīng)濟(jì)效益

根據(jù)煤漿提濃前后合成氨日產(chǎn)量計算增產(chǎn)效益，每年按300 d運(yùn)行時間計算。提濃后日均合成氨增產(chǎn)為135.3 t。合成氨售價按2 200元/t(1～9月平均值)、單位制造成本按1 400元計算，合成氨年增產(chǎn)量收益金額為3 247.20萬元。提濃后噸氨耗煤降低0.086 t，日均合成氨產(chǎn)量為1 456.3 t,化工煤售價按380元/t計算，年節(jié)煤增益為1 427.75萬元。

4 結(jié)語

煤漿提濃技改為企業(yè)創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，在氣化裝置上實現(xiàn)制漿技術(shù)的突破，提升煤氣化生產(chǎn)技術(shù)水平，提高水煤漿氣化的效率和經(jīng)濟(jì)性，促進(jìn)煤炭的高效清潔利用。同時比氧耗、比煤耗、噸氨耗煤等數(shù)據(jù)大幅降低，減少了水煤漿對工藝燒嘴、激冷環(huán)、耐火磚等核心部件的磨損，延長設(shè)備及系統(tǒng)的運(yùn)行周期。該項目具有顯著的節(jié)能降耗、提產(chǎn)增效效果，企業(yè)增強(qiáng)了市場競爭和盈利能力，為資源利用、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型創(chuàng)造良好條件，為奎屯地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)作出貢獻(xiàn)。