磨煤机钢棒对制备高质量水煤浆的影响因素及操作控制

目前我国许多煤化工项目采用水煤浆加压气化工艺，而制备高质量的水煤浆是水煤浆加压气化工艺技术应用的关键。简介水煤浆加压气化工艺之煤浆制备流程及对水煤浆品质的要求，分析水煤浆制备质量的主要影响因素，并结合某厂ＧＥ水煤浆加压气化装置煤浆制备的生产实际，分析与探讨制备高质量水煤浆所需把控的原料煤煤质、煤浆添加剂配制及其添加量、磨煤机内钢棒级配、磨煤机进煤量与进水量调整等关键操控点，以便为业内提供一些参考与借鉴。

一直以来， “富煤、贫油、少气”的化石能源资源禀赋决定了我国必须大力发展煤化工项目。目前我国许多煤化工项目采用水煤浆加压气化工艺，所谓水煤浆加压气化工艺，就是将水煤浆和氧化剂经工艺烧嘴以非常高的流速喷向气化炉内，使煤炭在高温高压环境下发生不完全氧化反应，生成粗合成气，这是当今较为成熟的煤气
化技术之一，而制备高质量的水煤浆是水煤浆加压气化工艺技术应用的关键。以下结合某厂ＧＥ水煤浆加压气化装置煤浆制备的实际生产情况就有关问题进行探讨。
１　煤浆制备流程与水煤浆质量要求
１.１　煤浆制备流程
某厂采用ＧＥ水煤浆加压气化工艺（气化压力６.５ＭＰ、气化温度１３５０℃），制备水煤浆的原料包括原料煤（粒径小于１０ｍｍ）、工艺水、煤浆添加剂。主要设备包括耐压式称重给料机、单室湿式溢流型棒磨机、离心式低压煤浆泵、隔膜计量式添加剂泵。
储煤装置将粒径小于１０ｍｍ的原料煤通过皮带送至煤储斗，经称重给料机称量后送入磨煤机。添加剂原液由罐车送入厂区，经分析合格后卸入添加剂地下槽，加新鲜水配制成所需浓度，然后由添加剂泵送往磨煤机。低压灰水、真空过滤机滤液、研磨水池渣水、新鲜水、ＭＴＯ净化水和ＭＴＯ废碱液进入研磨水槽形成工艺水，工艺水由研磨水池泵加压经磨煤机补水调节阀进入磨煤机。原料煤、工艺水、添加剂在磨煤机内充分混合、研磨，形成浓度为６０％ ～６２％的水煤浆。水煤浆经滚筒筛滤去大颗粒后流入煤浆出料槽，由低压煤浆泵送入煤浆大槽备用。
１.２　水煤浆质量要求
１.２.１　水煤浆的浓度
水煤浆的浓度实质上指的是水煤浆中的含固量。煤浆浓度低，相应地粘度也低，虽然有利于泵送，但进入气化炉的有效成分即煤量减少，发热量降低，同时高含量水分蒸发吸收大量的热量，造成气化炉炉温下降，操作人员为维持炉温，就必然增加氧气量，使比氧耗增大，气化效率降低；反之，入炉煤浆浓度高，带入气化炉的煤量增加，气化炉炉温和压力增高，反应速率加快，粗合成气产量增大。实际生产中，水煤浆加压气化装置
所用煤浆浓度一般控制在６０％ ～６２％。
１.２.２　水煤浆的流动性
水煤浆的流动性可以用表观粘度来表示。水煤浆的表观粘度大，其流动性就差，不利于泵送，气化炉烧嘴中中心氧对煤浆的雾化效果也差。实践表明，在煤浆中加入表面活性剂，即加入煤浆添加剂，可降低水煤浆的粘度，改善水煤浆的流动性。实际生产中，水煤浆加压气化装置所用水煤浆的粘度一般３００～１２００ｃＰ。

１.２.３　水煤浆的稳定性
水煤浆的稳定性其实就是指煤粒在水中的悬浮能力。水煤浆是一种分散的悬浮体系，煤粒受重力作用会沉降，尤其是在水煤浆低速流动或静置时，容易发生分层、沉淀。水煤浆的稳定性与煤粒粒度分布和煤的亲水性有关，煤粒粒度越小，表面亲水性越强，其稳定性就越好，但粘度会增大，流动性变差。实际生产中，合格的水煤浆要求静置２４ｈ后析水率≤５％ （质量分数）且无硬性沉淀。
１.２.４　水煤浆的粒度分布
水煤浆的粒度分布是成浆的关键因素之一。水煤浆中粗颗粒多，煤浆表观粘度下降，流动性好，但易分层、沉淀；水煤浆中细颗粒多，煤浆稳定性好，但流动性变差。对水煤浆加压气化反应而言，煤颗粒越小，反应越完全，气化效果越好。因此，水煤浆要有适宜的粒度分布，大小颗粒比例要协调，以实现大小颗粒的互相填充。实际生产中，水煤浆加压气化工艺对水煤浆粒度分布（通过率）的要求为：８目的１００％、１４目的９８％、４０目的９０％、２００目的３５％ ～４５％、３２５目的２５％ ～３５％。
１.２.５　水煤浆的ｐＨ
水煤浆加压气化工艺中，如水煤浆呈酸性，会对管道、机泵等产生腐蚀；如水煤浆呈强碱性，会引起管道结垢而造成堵塞。因此，水煤浆加压气化工艺对水煤浆的ｐＨ是有一定要求的，适宜的水煤浆ｐＨ有利于添加剂与煤粒的相互作用，从而可提高水煤浆的质量。实践表明，添加剂在碱性环境下使用效果好，故水煤浆加压气化
工艺通常要求将水煤浆的ｐＨ控制在７～９。
２　水煤浆制备质量的主要影响因素
２.１　原料煤煤质
煤的形成年代越长，煤的内水含量越低，哈氏可磨性指数越高，制成的煤浆粘度就越小，流动性越好，越容易制备高浓度水煤浆，但稳定性相对差一些；而年轻的煤，其变质程度较轻，毛细管发达，内在水含量高，亲水性强，反应活性好，但成浆性较差。比较适合水煤浆加压气化工艺制浆的原料煤，其内水含量应在８％以下。
２.２　磨煤机内钢棒级配
稳定的转速下，磨煤机内部的钢棒与煤沿筒体旋转方向转动一定高度，当钢棒与煤被抛到一定高度后，其克服不了自身重力与堆积角时就会快速落下，钢棒不断对煤进行挤压研磨，在工艺水与煤浆添加剂的作用下形成一定配比和浓度的水煤浆。磨煤机是生产煤浆的重要设备，其运行质量及钢棒级配直接影响水煤浆的质量。实际生产中，需根据煤浆浓度、粒度分布、煤的可磨性指数确定磨煤机钢棒级配，以制备出优质煤浆。
２.３　煤浆添加剂
煤属于疏水性物质，在水中具有热力学不稳定性，容易团聚，从而使水煤浆粘度增大、流动性变差。添加剂的主要作用是改变煤粒的表面性质，降低煤粒表面的电荷量，在煤粒表面形成一层水膜，使煤粒充分润湿和均匀分布在少量水中，从而提高煤浆的流动性，即选用合适的添加剂有助于提高煤浆的浓度。但需注意的是，添加
剂加入后可能会改变煤浆的稳定性。煤浆的流动性和稳定性与原料煤的种类有着密切的关系，因此必须通过煤种分析实验确定适宜的添加剂。
３　高质量煤浆制备的操作控制
３.１　及时跟踪原料煤的煤质
某厂气化装置主要采用神府东胜补连塔矿区和上湾矿区的原煤（煤质分析数据见表１） 作为气化原料，神府东胜煤的主要特点是“四低”（低硫、低磷、低灰分、低灰熔点） 和“四高”（高水分、高发热量、高惰质组分含量、高ＣａＯ含量），有利于制备出高质量水煤浆。
　　生产实践中，当矿层变层或开采地点变化时，原料煤煤质分析数据会发生变化，若发现不及时而未对煤制备工序作相应的调整，会造成水煤浆性质发生变化而“跑浆”（“跑浆” 即煤浆没有从滚筒筛筛孔进入煤浆出料槽，而是从磨煤机滚筒筛后部流到地面上），污染现场环境，同时也影响气化反应的正常进行。因此，加强原料煤的质量管控，定时分析原料煤的水分、固定碳、灰分、挥发分等指标，及时跟踪分析结果，是制备高质量水煤浆的前提。

３.２　把关煤浆添加剂质量与添加量
３.２.１　添加剂的质量要求
某厂气化装置水煤浆制备使用的添加剂之效成分为木质素磺酸钠，其质量指标要求为：固含量３２％，ｐＨ≥１２，密度１１９３ｋｇ／ｍ３。
３.２.２　添加剂配制及添加量确定
添加剂每批来料４０ｔ左右，当罐车到达现场时，操作人员先联系分析人员进行原液分析，合格后视添加剂地下槽内液位确认是否可以卸车，然后配合槽车司机将添加剂卸入地下槽内。该厂有２个容积为２２９ｍ３ 的添加剂地下槽，正常生产时只用１个添加剂地下槽，当在用添加剂地下槽液位降至２３％时，操作人员必须严格按照操作规程以水／添加剂原液＝３５（体积比） 进行添加剂的配制，一般配制浓度为７８％左右备用。
添加剂的添加量按照吨煤浆添加０２５％（质量分数）计算，其计算公式为Ｑ＝ （Ａ＋Ｂ）×３２％ ×０２５％） ／Ｗ （式中：Ｑ为添加剂的添加量，ｍ３／ｈ；Ａ为给煤量，ｔ／ｈ；Ｂ为给水量，ｍ３／ｈ；Ｗ为配制后的添加剂浓度）。实际生产中，须控制好各台磨煤机的添加剂进料量。
３.３　控制好磨煤机内钢棒级配与装填量
某厂气化装置所用磨煤机筒体尺寸为４３００ｍｍ （内径） ×４５ｍｍ （壁厚） ×６０００ｍｍ（长度），有效容积７６ｍ３，钢棒材质为６５Ｍｎ，吨煤磨损速率０.００５ｋｇ；钢棒规格为７５ｍｍ、６５ｍｍ、５０ｍｍ，７５ｍｍ、６５ｍｍ、５０ｍｍ钢棒质量比为３０∶４０∶３０，最大装棒量１７０ｔ，推荐装棒量１４０ｔ。实际生产中磨煤机装棒量一般为１２０ｔ，日常定时进行煤浆粒度分布测定，据煤浆粒度分布结果判断钢棒的磨损情况，及时添加或更换钢棒，以确保煤浆浓度在６０％ ～６２％。

４　结束语
综上所述，通过选用优质原料煤与添加剂，把控好磨煤机内钢棒级配，严格按照规定浓度配制添加剂，控制添加剂的添加量，并据滚筒筛挂浆和低压煤浆泵电流情况及时进行磨煤机进煤量与进水量的调整，就可以配制出高质量的水煤浆，为ＧＥ水煤浆加压气化装置的稳定、优质运行创造好条件。

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