王海波

(中煤西安设计工程有限责任公司，陕西 西安 710054)

我国高度重视环境保护，发展绿色经济。早在2001年11月，国家科技部和国家环保总局联合其他部委已正式启动“清洁能源行动”。根据我国国情，水煤浆由于在环保、节能、经济方面的优势，已成为洁净煤技术中的重要组成部分。

门克庆煤矿锅炉房位于工业场地内，原锅炉房安装规模为3×20 t/h蒸汽链条锅炉及2×2.1 MW常压热水锅炉。采暖季节运行3台20 t/h蒸汽锅炉，非采暖季节运行2×2.1 MW常压热水锅炉，用于洗浴。原锅炉房采用水浴除尘器，没有脱硫、脱硝系统。2015年底国家发改委在对门克庆矿锅炉进行检查时发现3台锅炉热能效未能达到节能评估报告84%的要求，要求整改；锅炉排放达不到《锅炉大气污染物排放标准》(GB13271-2014)，必须对烟气排放处理系统进行改造，使烟尘排放浓度不大于30 mg/Nm3、SO2排放浓度不大于200 mg/Nm3、NOx排放浓度不大于200 mg/Nm3。

从锅炉供热成本方面看，由高到低依次为天然气锅炉、重油锅炉、生物质锅炉、水煤浆锅炉、燃煤锅炉。为了执行国家的环保政策及考虑经济性，门克庆煤矿决定将供热燃煤锅炉改为水煤浆锅炉。该煤矿所有开采的原煤均进行洗选，产生了大量煤泥。但由于煤泥水分大、灰分高、颗粒细、粘度大等特性，不易利用，目前主要直接掺入混煤销售，降低了煤炭产品的质量和销售价格。结合原有锅炉房升级改造的需求及洗选煤泥综合高效利用的需要，在选煤车间主厂房南侧新建1×18 t/h煤泥制浆系统，并利用原有锅炉房主体结构及原锅炉部分附属设备，新建3×20 t/h热效更高的水煤浆锅炉系统，将煤泥制成的水煤浆供锅炉燃烧。同时对锅炉烟气排放处理系统也进行改造，增加脱硫、脱硝系统。

1 水煤浆制备系统工艺及特点

1.1 煤泥特性

水煤浆制备原料为门克庆煤矿选煤厂产生的煤泥，其性质及粒度分布如表1和表2所示。

1.2 水煤浆的制备规模及运行时间

门克庆煤矿选煤厂每天生产时间仅为16 h，每天16：00至次日8：00为生产时间，次日8：00～16：00为停产检修时间。为保证锅炉所需水煤浆量为12 t/h，则在16 h内，水煤浆制备系统规模必须达到18 t/h。综合以上考虑及分析，确定水煤浆制备系统规模为18 t/h，操作弹性为50%～110%，由1条生产线组成。

根据水煤浆生产特点及本工程的具体情况，水煤浆的工作制度和选煤厂一致，即生产时间为16 h，每天16：00至次日8：00为生产时间，次日8：00～16：00为停产检修时间。

表1 煤泥基本性质分析

表2 煤泥粒度分布

1.3 制浆工艺流程

1.3.1 制浆原则工艺

原则工艺流程见图1。以门克庆选煤厂煤泥作为制浆原料，采用分形级配高浓度制浆工艺，即原料煤泥经整形磨机研磨制备成水煤浆初级产品，其中部分水煤浆初级产品经细磨机研磨制备成细浆后返回至整形磨机，从而提高煤浆堆积效率及浓度。该工艺具有流程简单、系统调节性强、粒度级配容易控制、生产安全稳定可靠、制备的煤浆质量高等特点。

图1 水煤浆制备工艺原则流程示意

1.3.2 制浆工艺流程说明

选煤厂加压过滤机下刮板输送机煤泥通过带式输送机运至水煤浆制备车间煤泥缓冲仓，缓冲仓的煤泥通过电子胶带秤计量后，与一定比例的生产工艺水、添加剂及经细磨机制备的细浆一同进入捏混机进行预混；预混的煤浆通过给料机输送至整形磨机底部，研磨合格的煤浆从顶部溢流至过滤筛，经过滤后筛上杂物落入地面杂物车，筛下煤浆自流至强化均质煤浆槽。煤浆槽的大部分煤浆通过煤浆泵输送至储浆槽储存，最后通过泵送至水煤浆锅炉燃烧；煤浆槽的小部分煤浆通过配浆泵输送至粗浆槽，与界区外的生产工艺水一起混合稀释，稀释后的煤浆通过粗浆泵输送至细磨机进行再次研磨，研磨合格的细浆从顶部自流至细浆槽，细浆槽的煤浆通过细浆泵计量后返回至捏混机。

煤浆制备过程中添加剂的应用：添加剂由人工加至添加剂槽，并与外来的生产工艺水一起进行混合稀释。系统运行过程中2台添加剂槽交替轮流使用，稀释合格的添加剂通过添加剂泵输送至加入点。

1.3.3 制浆工艺特点

(1)制备的水煤浆产品质量高，与工艺相配套的装备适应性广、效率高，制备技术具有安全可靠、实施方便的特点。

(2)如表3、表4所示，采用本工艺制备的水煤浆产品浓度可达65%以上，煤浆粒度分布更加合理，流动性、稳定性和雾化性能显著提高，有利于水煤浆管道远距离输送和长时间储存。

(3)选用的整形研磨机和细磨机具有粒度适应范围广、研磨效率高和能耗低的优点，所制水煤浆粒度合理，锅炉燃烧充分，灰渣残炭量低，燃烧效率高。

(4)工艺系统及关键设备能长周期安全稳定运行，具有操作简单、维修方便、维护成本低等特点。

2 自制水煤浆优势

门克庆煤矿周边没有供锅炉燃烧的水煤浆。此种水煤浆的生产企业大部分分布于山东、江苏等地，外购水煤浆的铁路、公路运输成本很高。周边的化工用水煤浆颗粒较粗，易沉淀，不方便运输和储存。外购水煤浆管道输送虽然有对环境影响小、受气候影响小等优点，但是输送泵对所输介质要求达到流体状态，即要求水煤浆的含水率达到50%以上。但水煤浆含水率达到50%以上时，锅炉无法正常燃烧，且门克庆煤矿供热所需水煤浆用量不大，如果专门为其铺设一条管线，投资巨大，经济上不划算。

表3 水煤浆产品性质

表4 水煤浆粒度分布

门克庆煤矿配套有选煤厂，该选煤厂煤泥年产量46万t，而水煤浆锅炉年消耗水煤浆30 528 t，年消耗煤泥量需要25 261.92 t，选煤厂的煤泥完全能够满足锅炉使用。1 t水煤浆可代替0.90 t煤炭燃烧。由于水煤浆含有60%～70%的煤炭，所以1 t水煤浆可节省煤炭约27%。门克庆选煤厂的煤泥性质完全可以满足制备水煤浆所需原料煤的要求，而煤泥价格远低于原煤价格，充分利用煤泥生产水煤浆，可以大大节省成本。

锅炉房布置在选煤厂生产区，位于块煤矸石仓和产品储煤仓之间，东南距块煤矸石仓约50.0 m，西侧距产品储煤仓约100.0 m。制浆站布置在选煤厂主厂房南侧，与主厂房联建。从矿井选煤厂加压过滤机下料槽排出的煤泥直接进入制浆站，制成的浆液再通过管路输送到锅炉房的储浆槽。选煤厂与锅炉房距离较近，就地取材，自行制备水煤浆，可大大减少煤泥的存储成本和水煤浆的运输成本。

根据目前市场行情，外购水煤浆价格为850～1 000元/t，而门克庆煤矿自行制备水煤浆成本为300元/t左右(包含设备投资、煤泥、水、添加剂、电)，每年至少可以节省成本约1 700万元，为企业带来了显著的经济效益。

3 结 语

水煤浆是煤炭高效与洁净利用技术的产物，目前我国的水煤浆制备技术已经达国际先进水平，这项技术既解决了门克庆煤矿部分煤泥的出路问题，又解决了锅炉用水煤浆运输成本过高的问题。门克庆煤矿供热改造配备的一套1×18 t/h水煤浆制备系统制备的水煤浆各项指标均能够满足3×20 t/h水煤浆锅炉的需要，锅炉的热能效达到了国家节能标准；部分煤泥得到了合理利用，煤泥价值提高，供热成本显著降低；锅炉烟气增加脱硫、脱硝装置后，烟气达到了排放要求，顺利通过了环保验收。此次工业供热改造项目实现了门克庆煤矿环境效益、经济效益的双提升。