提高水煤浆浓度的优化措施

孔德升，张志坤，王梦龙

(新能凤凰〔滕州〕能源有限公司 山东滕州 277527)

提高水煤浆浓度的优化措施

孔德升，张志坤，王梦龙

(新能凤凰〔滕州〕能源有限公司 山东滕州 277527)

分析了影响水煤浆浓度的主要因素，从优化煤质、降低煤浆黏度、优化煤浆粒度分布以及改造设备4个方面着手，制定了提高水煤浆浓度的优化措施。优化措施实施后，水煤浆质量分数由60.97%提高至61.33%，取得了较好的效果。

水煤浆；浓度；优化措施

新能凤凰(滕州)能源有限公司(以下简称新能凤凰公司)700 kt/a甲醇装置采用多喷嘴对置式水煤浆加压气化工艺制取原料气，配套建设了3套磨煤装置，为3台1 500 t/d四喷嘴气化炉供应水煤浆，采用2开1备模式运行。自2009年12月开车成功以来，气化装置运行较为稳定，目前已实现满负荷常态化运行。

高浓度的水煤浆具有气化效率和有效气成分含量高等特点，并且间接地实现了节能降耗，在同等负荷下扩大了生产能力、提高了企业经济效益。通过对装置实际运行数据的分析表明，水煤浆质量分数每提高1%，每1 000 m3(CO+H2)耗氧量减少5～10 m3、煤耗降低8～10 kg，甲醇产量至少可增加2.5%。由此可见，提高水煤浆浓度对装置的经济运行意义重大。

1 影响水煤浆浓度的主要因素

原料煤煤质特性是影响水煤浆制备的首要因素；其次，水煤浆黏度、粒度分布、设备因素等对水煤浆浓度也有较大影响。

1.1 煤质因素

原料煤中的水分对煤的输送、储存、使用和成浆都有一定的影响。

若原料煤外在水含量高，则容易发生煤储斗蓬煤、磨煤机入口溜管堵塞等问题，使制浆水煤比控制不稳定，水煤浆浓度会出现较大波动。张华新等[1]指出，煤的内水含量对气化过程的影响主要表现在成浆性能方面，即内水含量越高，制得的水煤浆浓度越低。这是因为煤的内水含量越高，煤中的水碳比越大，含氧官能团和亲水官能团越多，空隙率越大，煤的制浆难度越大。工业运行数据也充分证明了煤中内水含量与制得的水煤浆浓度成反比关系。综合技术与经济两方面考虑，水煤浆加压气化用原料煤的最高内水质量分数应以<8%为宜。

煤中灰分除使煤浆的有效成分含量降低外，对成浆性能也有一定的影响，主要表现为使煤质的均匀性变差，消弱了煤浆分散剂的分散性能，在相同的情况下，对提高水煤浆浓度不利。

煤的可磨性直接影响水煤浆粒度分布情况，可磨指数大的煤种容易研磨制浆，水煤浆中细粒子增多、黏度增大，通过筛网的能力变差，从而制约煤浆浓度的提高。贺永德等[2]指出，随着煤化程度加深，煤的可磨指数呈抛物线变化，一般在含碳质量分数为90%时达到最大值。水煤浆加压气化工艺使用的烟煤的可磨指数范围较大，选择可磨指数大的煤种是水煤浆加压气化工艺选择煤种的重要指标之一，一般要求原料煤可磨指数(哈氏可磨指数)≥50。

1.2 水煤浆黏度的影响

水煤浆浓度、黏度和粒度分布是衡量水煤浆质量的重要参数，而各参数间密切相关。黏度是表征水煤浆流动性能的物理量，黏度越大则水煤浆的流动性越差。新能凤凰公司磨煤系统一级和二级滚筒筛均采用3 mm×25 mm的固定尺寸筛网，水煤浆黏度增大将导致其通过筛孔的阻力增大，无法顺利通过筛孔的水煤浆便会从滚筒筛末端排出，出现淌浆现象。调节水煤浆黏度的常用方法是使用添加剂，但添加剂的调节能力有限，只能对特定的某种或几种煤种有较好的分散效果。工业数据显示，当水煤浆中粒径为0.043 mm的颗粒质量分数≥45%时，增加添加剂用量对水煤浆黏度的调控已经失去作用。当增加添加剂用量或更换添加剂仍无法减小水煤浆黏度时，只能通过降低水煤浆浓度来减小其黏度，以消除滚筒筛淌浆现象，维持气化装置水煤浆的供应量。

1.3 粒度分布的影响

高浓度的水煤浆不仅要求煤炭磨至一定的细度，还要求其具有良好的粒度分布，使大颗粒与小颗粒相互填充，尽可能减少煤粒间的空隙，从而可减少水的加入量，提高水煤浆浓度，且细颗粒进入大颗粒间的间隙中还可起到润滑作用[3]。刘猛等[4]采用神华煤制备水煤浆，分析了颗粒粒径比和小颗粒体积分数对双峰分布浆体黏度的影响，根据浆体黏度的关联式预测了水煤浆的黏度并与试验结果进行了比较，结果表明：①采用双峰分布的颗粒制取水煤浆可以有效降低浆体的黏度，同时可获得较大的浆体体积分数；②在相同的体积分数下，随着颗粒粒径比的增大，浆体的黏度迅速下降；③当小颗粒体积分数达到35%时，浆体的黏度最小。

2 水煤浆提浓优化措施

2.1 优化煤质

为提高水煤浆浓度，新能凤凰公司制定了新的煤种采购指标，即内水含量<7%(质量分数，下同)、全水含量<13%、可磨指数>50、灰分(干基)<8%。2013年，制得的水煤浆质量分数平均为61.33%，比2011年提高2.13%，取得了较为理想的效果。此外，通过出矿取样、进厂取样和入磨机前取样的三级煤质管理，强化了对煤质的监控，杜绝了运输途中换煤、混煤情况的发生。

配煤技术在煤灰黏温特性的调节上已经相当成熟，在满足气化用煤指标的前提下，可将配煤技术应用到可磨指数的调节上。在磨煤机钢棒级配和装棒量一定的情况下，将内水含量大的煤种与内水含量小的煤种按照一定比例混合，要求此比例下混煤的可磨指数>50、内水含量≤7%、灰分(干基)<8%。在工业运行中，原料煤从筒仓送至皮带输送机时进行混配比例的调节，从而保证了混煤的均匀性。

2.2 水煤浆降黏优化

所谓降黏优化，不是无限制地降低水煤浆黏度，而是在保证其良好流动性和稳定性的基础上，适当增大添加剂用量以降低其黏度，提升其在筛网中的通过能力。为此，制定了具体的降黏提浓方案，添加剂(平均含固质量分数>30%)添加率由0.148%逐渐增加至0.160%。2013年水煤浆分析数据见表1。

从表1可看出：第一季度至第三季度，随着添加剂添加率的增大，水煤浆黏度降低，水煤浆浓度呈上升趋势；第四季度，随添加剂添加率的进一步增大，水煤浆黏度略有上升，而水煤浆浓度有所降低。由此证明添加剂的添加量与水煤浆黏度存在一个最佳添加比例，超出此最佳比例之后继续增加添加剂，水煤浆降黏提浓效果趋于平缓。通过对运行数据的分析，水煤浆黏度控制在500～700 mPa·s能获得最佳的降黏提浓效果，在此黏度下能保证水煤浆有较好的流动性和稳定性。

表1 2013年水煤浆浓度分析数据

项目水煤浆质量分数/%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

添加剂具有润湿煤粒、分散胶凝状煤粒团、产生离子斥力和形成空间位阻分散体系的作用，能提高煤浆的流动性和稳定性。但由于单一添加剂并不能适应所有的煤种，故应根据煤种自身性质及经济性综合选择适宜的添加剂种类。但盼等[5]通过试验指出，应选取分子量大、磺化度高和抗剪切速率较好的添加剂，其在煤粒上的吸附较牢固，在一定剪切时间内，分散剂分子基本没有脱附现象，黏度没有明显上升，表现出较好的抗剪切性能；分子量低的添加剂则不能在煤粒表面充分吸附，分散效果不好。此外，适当提高水煤浆温度也利于分散降黏，但温度高于70 ℃时，添加剂容易从煤粒表面脱附。

2.3 水煤浆粒度优化

2012年与2013年水煤浆粒度分布数据对比见表2。

由表2可知，2012年的水煤浆中粗颗粒比重偏大。为此，2013年对磨煤机的钢棒添加量和钢棒级配进行了调整，通过增加磨煤机钢棒量和增加Φ75 mm粗棒比例，使一级和二级滚筒筛滤除的大颗粒煤粒大幅减少，水煤浆中粒径在0.450～1.350 mm的煤粒质量分数由5.10%提高至9.15%，水煤浆质量分数提升了0.36%。

表2 2012年与2013年水煤浆粒度分布数据对比

项 目水煤浆粒度分布/%(质量分数)2012年2013年粒径/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煤浆质量分数/%60.9761.33

2.4 设备改造

(1)称重给料机下料口改造

在称重给料机下料口处增设箅子板，用以拦截原料煤中较大的杂物，由巡检工巡检清理。改造后，再未发现大块杂物堵塞磨煤机进料管的事故，保证了水煤浆浓度的稳定和气化炉水煤浆的供应量。

(2)一级和二级滚筒筛下料口改造

缩小一级滚筒筛与其下部大颗粒收集管的间隙，并增大大颗粒收集管坡度，确保一级滚筒筛正常的筛分效果。在二级滚筒筛下部的大颗粒管线与水煤浆管线之间增设挡板，防止大颗粒煤粒反溢进入大煤浆槽；在大颗粒管线顶部增设冲洗设施，消除了大颗粒煤粒堆积进入大煤浆槽的现象。

3 结语

水煤浆浓度提升后气化炉关键运行指标对比见表3。

表3 水煤浆浓度提升后气化炉关键运行指标对比

项 目设计指标运行数据水煤浆质量分数/%≥58.0061.33有效气(CO+H2)体积分数/%82.1083.04精甲醇产量/(t·h-1)83.394.0比耗氧402366比耗煤621541灰渣中残碳质量分数/%≤10.000.47

通过优化煤质、水煤浆降黏提浓、优化煤浆粒度分布和设备改造4个方面的优化改进，水煤浆质量分数提高了0.36%，有效气产量增加，有效气含量上升，双系统满负荷运行时的精甲醇产量平均增产约2 t/h，经济效益显著。

[1] 张华新，刘汉勇.水煤浆气化用煤要求及煤种选择与采样程序[J].大氮肥，2002(6)：373- 376.

[2] 贺永强.现代煤化工技术手册[M].北京：化学工业出版社，2003：52.

[3] 陈迎.木质素添加剂与华亭煤、义马煤混合制取水煤浆[J].安徽化工，2002(4)：9- 10.

[4] 刘猛，陈良勇，段钰锋.煤浆浓度和颗粒分布对煤浆黏度预测的影响[J].燃料化学学报,2009(3)：266- 270.

[5] 但盼，邱学青，周明松.温度及剪切时间对水煤浆表观黏度及流变性影响[J].煤炭科学技术，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，从事煤气化生产工作；ds519520@163.com

TQ546.2

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1006- 7779(2017)01- 0038- 04

2014- 09- 09)