多元料浆气化工艺水煤浆浓度的影响因素

2019-04-22赵伯平

中氮肥 2019年2期

赵伯平

（陕西陕化煤化工集团有限公司，陕西渭南 714100）

众所周知，水煤浆（简称煤浆）浓度是多元料浆气化工艺中极为关键的工艺指标，其在很大程度上决定着气化装置的运行效率与经济性。在现有的制浆工艺装备条件下，水煤浆浓度的提升（简称水煤浆提浓或煤浆提浓）是一项涉及面广、影响因素较多的系统工程，要做好此项工作，必须对水煤浆的基本特性、水煤浆浓度提升的影响因素、各种煤浆提浓工艺的优缺点有一个深入而全面的了解。以下笔者结合多年生产实践中得来的经验与有关资料，从几个方面就有关问题作一阐述，供业内参考。

1 多元料浆气化工艺用水煤浆的基本特性

多元料浆气化工艺用水煤浆的基本特性主要通过水煤浆中煤炭颗粒粒度及粒度分布、水煤浆中煤炭的含量（即煤浆浓度）、水煤浆的流变特性、水煤浆的稳定性四个方面表征。

1.1 水煤浆中煤炭颗粒粒度及粒度分布

水煤浆中煤炭颗粒粒度及粒度分布（俗称煤炭颗粒粒度级配）对气化效率、氧气消耗、灰渣残炭及煤浆浓度的影响巨大。从有利于燃烧和气化的角度出发，水煤浆中煤炭颗粒粒度越小，越有利于反应速率的提升，气化剂（氧气与水蒸气）消耗和灰渣残炭率越低，水煤气中有效气含量越高，其主要原因是煤炭颗粒在气化炉内停留时间只有0.7s左右。华东理工大学的于遵宏、王辅臣教授等指出，从有利于燃烧和气化的角度出发，要求水煤浆中煤炭的粒度上限（通过率≥98%）为300μm，最好小于74μm［1］。

良好的粒度分布能使水煤浆中大小不同的煤炭颗粒相互填充，尽可能地减少煤炭颗粒间的空隙，得到较高的堆积效率，而煤炭颗粒间空隙率的下降能够有效地降低制浆水的消耗，在采用同种原料及工艺的条件下，可以实现水煤浆浓度的提升，为气化装置的增产降耗打下良好的基础。

1.2 水煤浆中的煤炭含量（即煤浆浓度）

通常情况下，水煤浆作为多元料浆气化装置生产水煤气所用的原料之一，其浓度（质量浓度，下同）大于58%即可实现气化装置的经济运行。当然，从节能降耗的角度来说，水煤浆浓度越高越好。但实际生产中，制约水煤浆浓度提升的因素众多，且水煤浆浓度的提升也不是无限制的，提升到最适宜的浓度后，应努力保证整个制浆系统的平稳运行，否则将是不经济的。

气化用水煤浆是允许含有高达30%～40%的水分的，这里说的水分是水煤浆的全水分。首先是包括隐含在煤炭中的内在水分；其次，煤炭在进入制浆工段前要进行破碎处理，破碎时基于环保方面的考虑，要向煤炭表面喷淋少量的水，以避免扬尘污染环境，水煤浆的全水分中包含这部分水；另外，制浆时使用的制浆水（制浆水并不是原水，而是生产过程中产生的含有残炭及其他固体颗粒的工艺污水及废水）也包含在水煤浆的全水分中。华东理工大学的于遵宏、王辅臣教授等在《煤炭气化技术》一书中指出：30%～40%的水分在燃烧时造成的热量损失并不算大［1］。工程实践也表明，水煤浆中的水分约30%是要参加气化反应的［2］。因此，暂且不论水煤浆提浓的技术难度与经济代价，如果一味地提升水煤浆浓度，水煤浆中水含量过低，将不利于气化效率的提升，同等条件下会使氧气消耗上升，水煤气中有效气（H2＋CO）含量降低，不利于系统的经济运行。

1.3 水煤浆的流变特性

所谓流变特性，是指流体的流动特性。对于牛顿流体，流动时其粘度不随温度的变化而变化，不随速度梯度的变化而变化；而气化用水煤浆是一种非牛顿流体（非牛顿流体是指不满足牛顿粘性实验定律的流体），即其剪应力与剪切应变率之间不是线性关系。虽然众所周知水煤浆浓度越高，氧耗越低，气化效率越高，但为了便于水煤浆的泵送，并为水煤浆的雾化、燃烧、气化创造有利条件，要求水煤浆具有优良的流动性，否则水煤浆中的煤炭颗粒等会在泵送过程中沉降，造成煤水分层，影响水煤浆的雾化、燃烧、气化。水煤浆浓度提升后，在化学添加剂含量不变的条件下，水煤浆的流变特性会变差，此时可以通过增加化学添加剂的用量来改善水煤浆的流变特性，但当化学添加剂含量在既有工艺装备条件下无法加大且水煤浆流动性良好时，就没有必要再提升煤浆浓度了，因为此时煤浆浓度就是最适宜浓度；否则，浓度过高会导致煤浆粘度增大，管道输送阻力增加，更为严重的问题是会使工艺烧嘴物化性能下降。

此外，还要求煤浆具有“剪切变稀”的流变特性。所谓的“剪切变稀”的流变特性，是指在其流动时表现出较低的粘度，便于使用；当其处于静止状态时，又可表现出高粘度的特性，便于存放。

1.4 水煤浆的稳定性

水煤浆是一种固液两相混合物，不容易保持均匀状态，极易发生固、液两相分离的现象。通常要求水煤浆在储运过程中不产生“硬沉降”。所谓“硬沉降”，指的是无法通过搅拌使水煤浆重新恢复原态的沉降物。水煤浆抵抗硬沉降的性能，称为水煤浆的稳定性。对于长距离输送的水煤浆而言，其稳定期一般为3个月；而对于存储在气化装置附近的水煤浆来说，24h的稳定期就基本上能满足生产所需。水煤浆稳定性的调节，可以通过物理手段、化学手段来实现，其中，化学手段调节水煤浆稳定性就是调节水煤浆添加剂中稳定剂的成分及含量。对于长距离输送的水煤浆，其稳定性是通过物理手段或物理手段与化学手段相结合的方法来调节的。例如，建设中的神渭输煤管道（神木—渭南煤浆输送管道）工程所送的油水煤浆、焦水煤浆，其稳定性的调节就是通过物理手段与化学手段相结合的方法来实现的。

2 水煤浆浓度的影响因素

对于水煤浆而言，狭义的成浆性能指的就是成浆浓度；广义的成浆性能还包括浆体的流变性、稳定性、触变性、粘弹性。对于气化用水煤浆来说，由于多数采用气化炉炉前制浆，对其稳定性的要求并不是太高，但水煤浆入炉前需经工艺烧嘴雾化，因此对其流变性、触变性及粘弹性均有一定要求。就实际生产而言，多元料浆气化工艺用水煤浆浓度的影响因素主要有原料煤煤质、水煤浆中煤炭颗粒粒度及粒度分布（俗称煤炭颗粒粒度级配）、制浆工艺与设备、制浆添加剂及辅助剂。具体分析如下。

2.1 原料煤煤质对制浆浓度的影响

有关研究表明，高浓度气化用水煤浆制浆的难易受煤质影响较大，有的煤种在常规条件下很容易制成高浓度气化用水煤浆，而有的煤种在常规条件下很难制出高浓度气化用水煤浆，要想用其制出高浓度的水煤浆必须采用比较复杂的制浆工艺和设备，导致制浆成本上升，而如果制浆成本高于气化高浓度水煤浆所带来的收益，那就得不偿失了。华东理工大学的于遵宏、王辅臣教授等在《煤炭气化技术》一书中指出：煤阶越低，内在水分就越高，煤中O／C越高，亲水官能团越多，孔隙率越发达，哈氏可磨性指数（HGI）越小，煤中所含可溶性高价金属离子越多，煤的制浆难度越大；影响原料煤成浆性的理化指标很多，且这些指标相互之间关联密切［1］。因此，笔者认为，在对气化用水煤浆提浓前，应在全面了解煤的成浆规律后，对原料煤的理化指标［如煤阶、煤的变质程度、孔隙结构、分析基水分、灰分、挥发分、哈氏可磨性指数（HGI）以及煤的元素组成等］进行全面分析，综合考虑其对制出高浓度、低粘度气化用水煤浆的影响，可以采用公式C=67.848＋0.061366HGI－0.267763Mad－0.030864n0［1］［式中：C为可制浆浓度的最高值；HGI为制浆所用煤的哈氏可磨性指数；Mad为制浆所用煤的空气干燥基水分（质量分数）；n0为制浆所用煤的含氧量］对制浆浓度的最高值进行测算。

煤的变质程度、灰分、含水量等因素对煤炭颗粒表面的亲水性影响显著，从而影响颗粒与分散剂（制浆添加剂的主要成分之一）、水之间的作用，致使煤浆的粘度和稳定性大为不同。此外，原料煤的孔隙率、比表面积、O／C、可溶性矿物质含量、哈氏可磨性指数等对水煤浆的成浆性能也有很大影响。具体说明如下。

（1）水煤浆的含水量指的是水煤浆中全水分的含量，包括原料煤的内水、外水及（制浆）外加水。煤的内水分布在煤炭颗粒的内表面，其分子和煤表面的极性官能团有较强的结合力，煤的内水高低有时会有几倍至几十倍的差异，随着煤的内水的增大，煤的成浆浓度基本上呈逐渐下降的趋势；而原料煤的外水则分布于煤炭颗粒的外表面，受碎煤工艺、碎煤场所气象条件的影响。当水煤浆浓度一定时，原料煤的内水、外水偏高就会影响制浆外加水的添加量，从而影响水煤浆浓度的进一步提升，换句话说，原料煤的内水、外水偏高就很难制出高浓度、低粘度的气化用水煤浆。因此，要想提升水煤浆的浓度，笔者认为只有想法降低原料煤的外在水分，并向水煤浆中添加合适的添加剂。降低原料煤的外在水分，可以通过减少湿法碎煤工艺喷水量，采用密闭送煤等手段来减轻或消除碎煤工艺、碎煤场所气象条件对原料煤外在水分的影响。制浆外加水量（自由水含量）可用公式W=100%－c（1＋Mad）－b计算［式中：W为自由水含量；c为水煤浆（常温下剪切速率100s－1、表观粘度不超过1.2Pa·s时）的浓度，通过实验获得；Mad为制浆煤分析基内水；b为制浆煤分析基外在水分与煤浆中湿法制浆碎煤工艺喷淋水占比之和］；原料煤的添加比例可以用公式N=［1－（D＋E＋F）］×c1×100%计算（式中：N代表所添加原料煤在煤浆中的质量分数；D代表添加剂含量；E代表助熔剂含量；F代表pH调节剂含量；c1代表预期制浆浓度）。

（2）煤的孔隙率发达，则煤的比表面积大，在潮湿的环境下，发达的孔隙率会使煤炭内在水分增大，同时较高的比表面积又会导致制浆添加剂的消耗量增加；另外，发达的孔隙会聚集大量的气体，成浆后，水会慢慢渗入其中，出现煤浆“鼓包”、“发干”等现象，加剧水煤浆老化，给水煤浆制备、储存、输送带来困难。

（3）随着煤中O／C增大，煤的成浆浓度逐渐下降。

（4）原料煤中灰分越高，煤浆的粘度越低，稳定性越好，流动性就越好，但是灰分每升高1%，原料煤中可燃物就会相应降低1%，气化效率就会降低；另外，灰分过高会使泵、阀、工艺烧嘴的磨损加剧。

（5）华东理工大学的于遵宏、王辅臣教授等在《煤炭气化技术》一书中指出：实践证明，不溶性或难溶性矿物质对水煤浆流动性并无不良影响；而可溶性矿物质则不同，特别是高价金属阳离子，很少量就足以使水煤浆失去流动性［1］。

（6）实践证明，煤的哈氏可磨性指数增大，煤的成浆浓度上升。

（7）煤的岩相显微组分对水煤浆的性质影响较大；在相近灰分条件下，对于烟煤而言，较高的镜质组和较低的丝质组含量有利于煤的成浆浓度提升，有利煤浆的稳定性和流变性。

2.2 煤炭颗粒粒度级配对制浆浓度的影响

良好的煤炭颗粒粒度分布能使水煤浆中大小不同的煤炭颗粒相互填充，尽可能地减少煤炭颗粒间的空隙，得到较高的堆积效率，而较高的堆积效率不仅可使水煤浆中固体体积浓度增大，而且还可降低水煤浆的粘度，增强水煤浆的稳定性。煤炭颗粒粒度级配的分析通常是将粗、细颗粒两部分分别进行：大于200目的用湿法筛分，小于200目的用沉积分析法或激光粒度分析法分析，然后综合所得的结果即可得到完整的粒度分布。总之，煤炭颗粒粒度级配对水煤浆浓度的提升影响巨大。

2.3 制浆工艺与设备对制浆浓度的影响

在给定的原料煤及其可磨性条件下，磨机选型、磨机运行状况、制浆工艺、制浆水供应系统设备运行状况、添加剂供应系统设备性能及运行状况、送浆设备及其运行状况等对水煤浆浓度的提升都有巨大的影响。

2.3.1 制浆工艺

制浆工艺主要包括干法制浆、湿法制浆、干湿联合制浆、中浓度磨煤制浆、高－中浓度磨煤制浆以及结合选煤的制浆工艺等。制浆工艺的选择，取决于原料煤的性质及客户对水煤浆质量的要求。

气化用水煤浆制备通常选用湿磨工艺，其核心设备为磨机和低压煤浆泵，工艺流程为：原料煤＋添加剂＋助熔剂＋制浆水→磨机→滚筒筛→磨机出口槽→低压煤浆泵→煤浆贮槽。一般来说，湿磨工艺的磨煤粒度分布为：8目的达100%（通过率，质量分数；下同）、14目的达98%～100%、40目的达90%～95%、200目的达60%～70%、325目的达23%～25%。

2.3.2 水煤浆制备设备

水煤浆制备设备主要包括制浆水供应设备、原料煤输送计量设备、助熔剂供应设备、添加剂供应设备、制浆设备、滤浆设备、煤浆输送设备，具体情况简介如下。

（1）制浆水供应设备：包括制浆水槽、离心式水泵、制浆水供应管道及制浆水流量调节阀。其中，制浆水流量调节阀、离心式水泵能否长周期、稳定运行对煤浆提浓有很大的影响。

（2）原料煤输送计量设备：包括皮带秤和刮板式清扫链条机。原料煤输送计量设备的运行状况对水煤浆浓度的提升也有影响，如果这些设备频繁出现重大故障，就会导致磨机、低压煤浆泵长时间停运；而若水煤浆浓度较高且低压煤浆泵停运，低压煤浆泵出口、入囗管线就会发生堵塞，须用冲洗水对低压煤浆泵及其出口、入口管线进行冲洗作业，冲洗后管道内会存有部分冲洗水，当制浆系统重启时，若低压煤浆泵出口管线由地沟切至煤浆贮槽的时机掌握不当，浓度较低的水煤浆就会被送入煤浆贮槽，导致槽内煤浆浓度下降。

（3）助熔剂供应设备：包括助熔剂贮槽、圆盘给料机、螺旋送料机。助熔剂供应设备的运行状况对水煤浆浓度的提升影响不大。

（4）添加剂供应设备：包括添加剂制备槽、制备泵、添加剂贮槽、添加剂计量泵、添加剂供应管线。这些设备发生故障，就会导致添加剂供应不足，在添加剂浓度不变的情况下，为保证水煤浆具有良好的流变性，只好降低水煤浆浓度。

（5）制浆设备：包括磨机（磨机与滤浆设备滚筒筛合二为一）、稀油站、高低压油站、喷雾油站。稀油站在正常运行时向磨机减速机供油，高低压油站为磨机前后轴承提供润滑油，喷雾油站向小齿轮供油。这些设备的完好率、运行状况对水煤浆提浓有较大的影响：如果磨机滚筒衬板固定螺栓密封元件损坏，就会出现甩浆、渗浆现象，造成浪费，需通过更换密封元件、紧固螺栓予以消漏；如果磨机、低压煤浆泵停车时间过长，就要用冲洗水对其进行冲洗作业，上述操作频繁进行就会使水煤浆浓度下降；另外，制浆系统的主要设备——磨机的选型也对水煤浆浓度的提升有影响，通常棒磨机制出的水煤浆浓度较球磨机制出的水煤浆浓度低1～2个百分点。

（6）滤浆设备：一般可分为线下过滤装置和在线过滤装置。线下过滤装置主要应用在煤浆储备工序，包括罐体、梯形丝过滤柱、倾斜形刮刀、传动轴、驱动电机、电动排渣阀和延时控制装置；线下过滤装置的罐体体积庞大，能耗较高，不如滚筒筛过滤机。连续工作的制浆系统一般采用在线过滤装置，其工作原理为利用压差作用［如利用煤浆输送设备提供的压力或煤浆的自重结合机械运动（如滚筒筛的旋转运动、振动筛的振动）］使合格的水煤浆通过特殊不锈钢制成的多孔过滤介质（即过滤筛），一般用于连续制浆系统并适用于高浓度水煤浆的过滤，目前还没有通用产品。气化用水煤浆过滤设备一般为振动筛或滚筒筛，其能耗较低，可保证系统的稳定运行。陕西陕化煤化工集团有限公司（简称陕西陕化）的滤浆设备采用的是与磨机滚筒组合在一起的滚筒筛，利用水煤浆的自重结合滚筒筛的旋转运动使合格的水煤浆通过特殊不锈钢制成的多孔过滤介质（过滤筛）；为保证后系统的稳定运行，还增设了二级过滤装置。

（7）煤浆输送设备：实际生产中常用的煤浆输送设备有离心式低压煤浆泵、螺杆式煤浆泵、往复式隔膜煤浆泵。离心式低压煤浆泵因其具有处理量大、能承受高温高压、使用方便的优点而被一些企业在特定的条件下采用，但其存在密封性差、能耗高、检修费用高（其泵体与煤浆直接接触）的问题，同时对所输送煤浆的粘度有一定的要求。螺杆式煤浆泵具有流量连续均匀、脉动小、流量随压力变化小、运转平稳、无振动及噪音、允许输送物料粘度变化范围较宽、吸入性能好的优点，但存在螺杆螺旋面加工工艺复杂、价格昂贵的缺点。往复式隔膜煤浆泵属于加工技术难度大、产品附加值高的泵类产品之一，其可靠性与稳定性高，泵体磨损小，输送介质无外漏，能耗适中，检修频率低，日常维护费用低。目前国内大部分水煤浆气化装置配套的高压煤浆泵均采用隔膜泵，陕西陕化的低压煤浆泵、高压煤浆泵也采用的是隔膜泵。

2.4 添加剂及辅助剂对制浆浓度的影响

2.4.1 添加剂的种类及成分对制浆浓度的影响

为使水煤浆具有高浓度、低粘度、良好的流变特性以及较好的稳定性，制浆时加入适量的添加剂是十分必要的。常用的添加剂有阳离子型添加剂、阴离子型添加剂、非离子型添加剂。非离子型添加剂主要依靠表面活性剂来降低煤浆液体表面的张力，使水煤浆中煤炭颗粒表面润湿，控制煤炭颗粒表面的电荷，以降低煤炭颗粒表面的疏水性，并在煤炭颗粒之间形成一层水膜，以减小颗粒之间的摩擦阻力，改善水煤浆的流变特性。离子型添加剂主要依靠含极性基添加剂的静电吸附在水煤浆颗粒上降低煤炭颗粒表面的电荷，以改变水煤浆的特性。另外，添加剂的作用产生在煤水界面，其效能与煤炭的表面性质密切相关。

一般水煤浆添加剂的主要成分有：分散剂、稳定剂及其他一些辅助化学药剂（如消泡剂、pH调整剂、防霉剂、表面改性剂、促进剂）。添加剂配方对水煤浆的制浆成本有很大的影响，在这些药剂中，最重要的也是必不可少的为分散剂和稳定剂。

分散剂是一种可以促进水煤浆中煤炭颗粒在分散介质（水煤浆中的水）中均匀分散的化学药剂。常用的分散剂有聚羧酸盐、木质磺酸盐、腐殖酸盐、萘磺酸盐4种。加入分散剂的目的是防止分散相（水煤浆中的煤炭颗粒）沉淀，提高煤浆胶体体系的稳定性。在给定制浆条件（原料煤、制浆工艺、制浆设备、添加剂供应量及供应设备给定）下，添加剂中分散剂用量不足，水煤浆中的分散相就会沉淀，煤浆胶体体系的稳定性就会下降，就不可能制出高浓度、低粘度的合格水煤浆。

多元料浆气化装置使用的水煤浆是一种高浓度固液两相粗分散体系，稳定剂在体系中可以形成特殊的空间结构而产生机械阻力，防止水煤浆中高电荷煤炭颗粒的沉淀，以此提高水煤浆的稳定性。常用的稳定剂有聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素。在给定制浆条件（原料煤、制浆工艺、制浆设备、添加剂供应量及供应设备给定）下，添加剂中稳定剂用量不足，水煤浆中的分散相就会沉淀，煤浆胶体体系的稳定性就会下降，就不可能制出高浓度、低粘度的合格水煤浆。

多元料浆气化装置使用的水煤浆添加剂的化学药剂配方与原料煤煤质、水煤浆浓度的高低关系密切，当原料煤煤质发生较大变化或水煤浆浓度需大幅提升时，添加剂中的化学药剂配方就必须作出相应调整，化学药剂配方中各组分的含量需经过试验研究确定。

2.4.2 各类辅助剂对制浆浓度的影响

消泡剂的主要作用是消泡，常用的有醇类及磷酸酯类，通常只在以下2种情况下使用：第1种情况是添加剂配方中含有非离子型分散剂，因为此类分散剂同时具有很好的起泡性，会致使多元料浆气化装置使用的水煤浆中含有过多的气泡，影响水煤浆的流变特性；第2种是制浆原料煤为浮选煤，当其表面残留的起泡剂较多时，搅拌充气后会产生气泡，也会影响水煤浆的流变特性。在给定制浆条件（原料煤、制浆工艺、制浆设备、添加剂供应量及供应设备给定）下，添加剂中消泡剂用量不足，水煤浆中就会含有过多的气泡，水煤浆的流变特性就会变差，就不可能制出高浓度、低粘度的合格水煤浆。许多阴离子分散剂（如萘磺酸盐）同时具有良好的消泡作用，和非离子型分散剂联合使用，不但可以消泡，还可以减少分散剂的使用量，从而降低制浆成本。消泡剂用量大约是分散剂用量的10%（质量分数），最适宜的用量应通过试验获得。

pH调节剂的作用是调节溶液的酸碱度。多元料浆气化装置制浆时以弱碱性溶液环境为好，pH调节剂用量大小对制浆浓度影响较大。

防霉剂的作用是防止水煤浆添加剂在水煤浆长期储存过程中失效。由于多元料浆气化装置使用的水煤浆一般都是随制随用，即使储存，时间一般不会超过24h，因此防霉剂用量的大小对水煤浆浓度影响不大。

表面改性剂的作用是通过改变煤炭颗粒表面特性来提高煤的成浆性能。对于难制浆煤种，加入表面改性剂后，水煤浆的粘度和接触角均会得到一定的改善；而对于易制浆煤种，这种作用并不明显。

促进剂主要具有降低煤浆粘度、提高煤浆稳定性、改善煤浆流变特性、增强煤浆抗剪切能力的作用，其用量大小对水煤浆浓度的提升影响较大，用量充足，水煤浆的粘度和接触角均会得到一定的改善，煤浆的流变特性、抗剪切能力均会得到提升。

3 几种煤浆提浓工艺

华东理工大学的于遵宏、王辅臣教授等在《煤炭气化技术》一书中指出，据高－中浓度磨煤形式以及磨机的不同，煤浆提浓工艺有以下3种。

3.1 第1种煤浆提浓工艺

第1种煤浆提浓工艺（如图1）所制备的水煤浆，其粒度分布达到了较高的堆积效率，有利于制出质量较好的水煤浆，但还没有摆脱中浓度磨煤后产品还需过滤脱水的环节。所用设备是棒磨机＋球磨机及过滤、搅拌设备。

3.2 第2种煤浆提浓工艺

第2种煤浆提浓工艺（如图2）与第1种煤浆提浓工艺截然相反，粗磨是高浓度磨煤，细磨则是中浓度磨煤。原料煤破碎后与添加剂进入高浓度粗磨单元进行高浓度粗磨，得到的产品水煤浆分出一路加水后进入中浓度细磨磨机，一路进入搅拌器，搅拌均匀后进入过滤设备过滤除杂后得到成品煤浆；中浓度细磨磨机的产品则返回高浓度粗磨单元入口，与破碎后的原料煤、添加剂混合后，进入高浓度粗磨单元进行高浓度粗磨。这种工艺省去了后续的过滤、脱水及捏混环节，简化了生产工艺；细磨原料不直接来自破碎后的原料煤，这样可以减小细磨中的破碎比，很好地提高中浓度细磨的效率，且细磨产品返回高浓度粗磨磨机中，可改善粗磨磨机中高浓度煤浆的粒度分布，从而有利于制得高浓度、低粘度、高流变性的优质气化用煤浆。第2种煤浆提浓工艺中，粗磨磨机最好选用棒磨机，细磨磨机最好选用球磨机。

图1 第1种煤浆提浓工艺流程框图

图2 第2种煤浆提浓工艺流程框图

3.3 第3种煤浆提浓工艺

第3种煤浆提浓工艺（如图3）与第2种煤浆提浓工艺的区别在于中浓度细磨的原料来自破碎后的原料煤。第3种煤浆提浓工艺中，粗磨磨机最好选用棒磨机，细磨磨机最好选用球磨机。

图3 第3种煤浆提浓工艺流程框图

4 陕西陕化煤浆提浓实践

陕西陕化合成氨装置有4台多元料浆气化炉，开二备二，单台气化炉设计投煤量1500t／d；配套4套磨煤系统，开二备二，单套磨煤系统设计最大投煤量1560t／d（干基）。

4.1 制浆工艺

陕西陕化多元料浆气化装置制浆工艺：来自煤仓经破碎后的原料煤，经计量后与来自料仓的助熔剂、来自添加剂泵的添加剂、来自磨煤水泵的制浆水一并进入低速运转的棒磨机，各层介质顺筒体旋转方向转移一定的角度，自然形成的介质层按同心圆分布，并沿着同心圆轨迹升高，当介质超过自然休止角时，则像雪崩一样泄落下来，如此循环；在泄落式工作状态下，物料因破碎介质相互滑动时产生压碎和研磨作用而粉碎，从而制出合格的水煤浆；成浆后的水煤浆进入与筒体相连的滚筒筛上滤掉杂质，之后入磨机出口槽，搅拌均匀后由菲鲁瓦隔膜低压煤浆泵送至气化工段煤浆大槽备用。

4.2 煤浆提浓工艺

为提高气化效率、降低氧气消耗、提升企业的经济效益，陕西陕化于2018年二季度决定提升多元料浆气化装置用水煤浆的浓度。受多种因素（诸如资金、场地、技术）的限制，现有工艺及设备未作大的改动，只是在低压煤浆泵出口至磨机入口加装了1条煤浆回流管线，将低压煤浆泵出口产品水煤浆部分返回磨机，再与磨机内的原料混合进行二次研磨制浆，即借鉴了上述3种煤浆提浓工艺中的第2种，以期获得高浓度的水煤浆；为了防堵，在煤浆回流管线上设有冲洗水管线。

4.3 煤浆提浓过程中出现的问题及解决方案

从近几个月的运行情况来看，气化装置用水煤浆浓度有所提高，由早期的60%提至现在的62.8%，煤浆的粘度基本稳定在600～1200cP之间，气化装置能稳定运行，但由于经验有限及相关研发技术的缺失，煤浆提浓后多元料浆气化装置运行中也出现了以下几个方面的问题。

4.3.1 滚筒密封元件寿命短而致磨机频繁停检

磨机滚筒密封元件使用寿命有限，筒体衬板固定螺栓密封处时常出现泄漏，为保护环境、节约原料，磨机需频繁停车检修消除漏点。低压煤浆泵出口水煤浆部分返回磨机进行二次研磨，改善了煤浆的粒度分布，提高了颗粒的堆积效率，使煤浆浓度得到提高，在添加剂用量给定的条件下，水煤浆的粘度会有所增大，水煤浆的流变特性有所下降，而滚筒的规格是一定的，在特定条件下，其工作效率会下降。当磨机短时间停运检修时，滚筒筛停转，为防止低压煤浆泵出口、入口管线及泵本体堵塞，减少对整个系统的影响，低压煤浆泵仍需以最低工作转速运行，此种情况下，若不进行有效处理，低压煤浆泵出口返回磨机的产品水煤浆就会沿着滚筒杂质出口溢流至一楼地面，造成环境污染及原料浪费；为杜绝此类现象的出现，必须在磨机停运前将煤浆回流管线切出并冲洗，以防其堵塞，但频繁冲洗会对煤浆浓度的提升造成一定的影响。

解决方案：与磨机生产厂家联合研发适合陕西陕化制浆条件的磨机滚筒密封元件，延长其使用寿命；改善密封装置结构，做好检修计划，狠抓检修质量，切实做到计划检修，减少检修频次。

4.3.2 煤浆回流管线存在堵塞风险

受场地、设备布局、资金方面的限制，煤浆回流管线只能从低压煤浆泵出口阀前甩头向上紧贴一楼楼板向北向上穿过一楼楼板，由磨机机头进料管进入磨机，这种布局，在煤浆回流管线停运冲洗后仍然存在堵塞风险。

解决方案：在磨机停运前磨机出口槽提液位时，将煤浆回流管线切出，用冲洗水冲洗至煤浆回流管线全线壁温降至常温时再停冲洗水；检修结束磨机运行正常、磨机出口槽液位涨至60%以上时，打开冲洗水手阀冲洗煤浆回流管线3～5min，然后关闭冲洗水手阀，打开煤浆回流手阀，提高低压煤浆泵转速直至煤浆回流管线全线温度回升至磨机停运前的温度后，再将其转速与磨机出口槽液位联锁恢复。在工艺操作方面作出如上调整后，基本上可以防范煤浆回流管线停运冲洗后仍存在的堵塞风险。

4.3.3 煤浆回流管线冲洗水管上手阀配置不当

煤浆提浓技改实施初期，由于缺乏经验，煤浆回流管线冲洗水手阀选型、冲洗水配管出现过一些失误，主要体现在以下几个方面：①冲洗水手阀选用截止阀，在冲洗水停用期间，手阀出口端阀芯与阀壳之间的空间易积存煤浆，造成手阀打开困难，即使阀门可以打开，积存的煤浆也会造成冲洗水流道堵塞，开启初期需不断地敲击管道及阀体才能保证冲洗水的供应；②配管时手阀与管道没有采用法兰连接，而是直接焊接，这种连接方式无形中减小了管线的流通截面，即降低了冲洗水量，影响冲洗效果。

解决方案：①更换冲洗水手阀，将其由截止阀改为闸板阀；②重新配管，冲洗水管道与阀门采用法兰连接；③疏通冲洗水管线，保证冲洗水流量及压力达标。

4.3.4 添加剂供应量不稳定

系统运行初期，由于添加剂供应设备方面的原因，造成添加剂供应量不稳定，导致水煤浆的粘度上涨、流变性能下降（煤浆浓度最高为62.8%时，煤浆粘度高达1180cP，此时煤浆的流变性能极差），煤浆流动困难。

解决方案：做好新型添加剂配方的研发和添加剂供应设备的维护保养工作，保证添加剂供应量的稳定；在添加剂供应量不足时，工艺上及时作出相应的调整。

5 设想及建议

若不考虑诸多限制因素，参照上述第2种煤浆提浓工艺，陕西陕化煤浆提浓可按以下设想进行技改：①中浓度细磨机选用球磨机，高浓度粗磨机选用棒磨机；②在中浓度细磨机出口加装煤浆输送设备，将中浓度细磨产品送至高浓度粗磨单元；③配置煤浆泵冲洗管线及冲洗废水回收存储设备，将回收的冲洗废水送往制浆水供应单元循环使用；④设置安全可靠的添加剂供应系统，并选用适宜的添加剂（添加剂的成分及用量应根据原料煤煤种通过试验获得）。