煤浆提浓技术在锦疆化工气化装置中的应用

田拥军，王晓刚，贾克辉

(奎屯锦疆化工有限公司，新疆奎屯 833200)

水煤浆作为洁净燃料和气化原料，一直受到国家及地方政府部门的重视，而水煤浆技术是国家洁净煤计划中的一项重要技术，已取得长足发展[1]。现代煤化工行业中，水煤浆气化原料用煤也以低阶煤为主，但由于其内在水分高、可磨性差，属于难成浆煤种。采用常规的单磨机制浆工艺，其成浆质量分数普遍偏低(57%～60%)，显著降低了水煤浆的气化效率，严重影响水煤浆的经济性和市场竞争力[2]。近年来,国内外都在进行低阶煤提浓的研究，在煤浆添加剂选择、配煤研究、研磨设备的研制及试用、提浓工艺的优化等方面，取得了较好的成果。研究表明：提高煤浆浓度，可显著降低气化过程的比煤耗和比氧耗，提高气化效率和有效气产率，提升企业的经济效益[3]。

1 煤浆提浓技改背景

奎屯锦疆化工有限公司(简称锦疆化工)项目设计年产40万t合成氨、70万t尿素。煤浆制备系统以当地混煤为制浆原料，干煤处理能力为79.8 t/h，由2台Φ3.6×6.0 m棒磨机生产线组成(2台全开)。由于采用单棒磨制浆工艺，粒度级配不尽合理，水煤浆浓度偏低，且流动性、稳定性和雾化性能不佳，气化效率较低。同时，气化所需煤耗和氧耗也偏高，加剧了气化炉喷嘴的磨损，增加了气化炉的停车次数与运行成本。为降本增效，提高企业产品竞争力，锦疆化工从2016年开始改造煤浆制备系统。经过气化煤质分析、技术比对、成浆试验、实地考察，最终采用三峰级配煤浆提浓技术[4]对现有煤浆制备系统进行改造，以实现煤浆产品有效提浓。新增的煤浆提浓系统属于原煤制备浆系统的“外挂式”子系统，该系统的停运并不影响原有煤浆制备系统的正常运行。

2 新疆黑山混煤实验情况

2.1 常规制浆工艺成浆性实验

该实验模拟工业生产装置制浆,粒径分布见表1。

表1 常规制浆工艺粒径分布

按照浆体不同的质量分数加入添加剂，添加剂用量为0.3%(干基/干粉，质量分数)，并对浆体黏度、流动性和稳定性进行观察，具体结果见表2。

从表1和表2可以得出：(1)常规制浆粒径小于75 μm的占34.87%，小于45 μm的占25.56%，常规下的粒度偏粗，缺少粒度级配。(2)在常规制浆中，制浆质量分数为60.51%时，浆态流动性较好；再次提高质量分数时，虽然黏度不大，但浆体流动性已趋向不流的状态，8h后发生硬沉淀现象。综合观察，常规制浆工艺下成浆质量分数为60.51%以下为宜。

表2 常规制浆工艺

2.2 三峰级配煤浆工艺成浆性试验

在原有棒磨机制备的煤浆中填充一定比例的细浆和超细浆，煤浆粒度级配能实现三峰级配，制备的煤浆质量更高，试验结果见表3。与传统单棒磨机制浆工艺(表2)相比，煤浆质量分数更是提高4～8个百分点。

表3 三峰级配试验数据

2.3 粒径分布

传统单棒磨机制浆，其煤浆中粒度比较均一，平均粒径为100～150 μm。三峰级煤浆提浓工艺在大颗粒间填充了平均粒径为30 μm的细颗粒和平均粒径为5 μm的超细颗粒，大小颗粒能相互填充，减少颗粒间空隙，实现了煤浆颗粒的三峰级配，提高了煤浆堆积效率。不同制浆工艺下粒径分布图见图1。

3 提浓技改实施

3.1 建设情况

煤浆提浓技改于2018年3月正式启动，该系统主要由1台CEXM315A型细磨机和1台CECXM630A型超细磨机及其附属煤浆槽、泵等设备组成。同年10月开始现场土建，2019年2月初完成土建项目，2月21日完成试车投料。

3.2 实施效果对比

煤浆提浓技改投用后，经过优化调整，煤浆质量分数从60.9%逐步提到65%以上(最高为67%)。2019年5月2—9日完成相关性能测试。结果对比见表4。

(a) 单棒磨机制浆

(b) 三峰级配制浆

表4 煤浆提浓技改投用前后数据对比

3.3 经济效益

根据煤浆提浓前后合成氨日产量计算增产效益，每年按300 d运行时间计算。提浓后日均合成氨增产为135.3 t。合成氨售价按2 200元/t(1～9月平均值)、单位制造成本按1 400元计算，合成氨年增产量收益金额为3 247.20万元。提浓后吨氨耗煤降低0.086 t，日均合成氨产量为1 456.3 t,化工煤售价按380元/t计算，年节煤增益为1 427.75万元。

4 结语

煤浆提浓技改为企业创造了可观的经济效益，在气化装置上实现制浆技术的突破，提升煤气化生产技术水平，提高水煤浆气化的效率和经济性，促进煤炭的高效清洁利用。同时比氧耗、比煤耗、吨氨耗煤等数据大幅降低，减少了水煤浆对工艺烧嘴、激冷环、耐火砖等核心部件的磨损，延长设备及系统的运行周期。该项目具有显著的节能降耗、提产增效效果，企业增强了市场竞争和盈利能力，为资源利用、产业转型创造良好条件，为奎屯地区经济发展和环境保护作出贡献。