濕法水煤漿制備工藝存在的問題及優(yōu)化

王民亭，李 峰，陳世亮

（中國神華煤制油化工有限公司咸陽化工分公司，陜西 咸陽 712000）

生產(chǎn)工藝

濕法水煤漿制備工藝存在的問題及優(yōu)化

王民亭，李 峰，陳世亮

（中國神華煤制油化工有限公司咸陽化工分公司，陜西 咸陽 712000）

本文對傳統(tǒng)的高濃度濕法水煤漿制備工藝技術(shù)中存在的煤漿濃度低、電耗高、水耗高及pH調(diào)節(jié)劑消耗高等問題進(jìn)行了工藝優(yōu)化。優(yōu)化后，制漿水系統(tǒng)每年可節(jié)約新鮮水36.72萬t、40%的NaOH溶液減少消耗1080t；水煤漿平均濃度由61.8%提高到62.8%，平均提高了1%。停止加入石灰石后，灰水硬度從1300mg·L-1降低為800mg·L-1左右，緩解了系統(tǒng)結(jié)垢問題。添加劑分層現(xiàn)象及磨煤機(jī)動密封泄漏問題得到有效解決，節(jié)能增效效果顯著，對濕法水煤漿制備工藝的改進(jìn)具有重要意義。

水煤漿；制漿工藝；棒磨機(jī)；添加劑；消耗

我國是一個(gè)煤炭資源豐富而石油資源匱乏的國家，煤炭是化工、鋼鐵、電力等產(chǎn)業(yè)最主要的原料和燃料。水煤漿由65%～70%左右的煤、30%～35%左右的水和少量添加劑混合制備而成，燃燒效率較高，是低污染、廉價(jià)的潔凈液體燃料，可以方便地泵送、儲運(yùn)和霧化燃燒。燃燒時(shí)的火焰溫度比油低，產(chǎn)生的氮氧化物比油少，具有代油、環(huán)保和節(jié)能等綜合效益，可替代重油，緩解石油短缺的能源安全問題，是中國潔凈技術(shù)的一項(xiàng)重要內(nèi)容[1-2]。在相同熱值下水煤漿與燃油相比，其價(jià)格僅為重油的一半左右，因此水煤漿技術(shù)是一種投資省、成本低、見效快、簡單易行和成熟度高的代油技術(shù)，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

目前水煤漿技術(shù)的應(yīng)用包括燃油鍋爐改燒水煤漿[3-4]、水煤漿氣化合成氣體等。除了燃燒，水煤漿還能通過氣化工藝更好地利用。水煤漿氣化后，用煤氣代替煤作為工業(yè)和民用燃料，既可以提高煤的綜合利用率和熱效率，還可以大大減輕煤燃燒時(shí)對環(huán)境造成的污染[5-6]。因此，煤的氣化是當(dāng)前潔凈煤技術(shù)中的首選項(xiàng)目之一[7]。

本文對某600 kt·a-1煤制甲醇項(xiàng)目中，棒磨機(jī)濕法水煤漿制備工藝存在的煤漿濃度低、電耗高、水耗高及pH調(diào)節(jié)劑消耗高等問題進(jìn)行了優(yōu)化。優(yōu)化后節(jié)能增效效果顯著，生產(chǎn)更為穩(wěn)定，為濕法水煤漿制備工藝的改進(jìn)提供了實(shí)踐依據(jù)。

圖1 水煤漿制備系統(tǒng)工藝流程Fig.1 Process flow of coal slurry preparation system

1 水煤漿制備工藝流程

水煤漿制備工藝流程見圖1。煤貯斗內(nèi)粒徑小于10mm的碎煤粒經(jīng)煤稱量給料機(jī)稱量送入磨煤機(jī)H1；助溶劑料斗內(nèi)的助溶劑(純度大于96%的石灰石粉末)經(jīng)圓盤喂料機(jī)稱量后送入磨煤機(jī)。添加劑槽中質(zhì)量濃度為15%的添加劑水溶液經(jīng)添加劑計(jì)量泵輸送至磨煤機(jī)中。pH值調(diào)節(jié)劑槽中質(zhì)量濃度為40%的NaOH水溶液作為水煤漿的pH值調(diào)節(jié)劑，由pH值調(diào)節(jié)劑泵計(jì)量后送入磨煤機(jī)中。自甲醇精餾來的殘液、低溫變換冷凝液和新鮮水進(jìn)入制漿水槽混合，作為水煤漿制備的工藝水，正常情況下用新鮮水量來維持制漿水槽液位。制漿水經(jīng)制漿水泵送入磨煤機(jī)，通過調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)制漿水流量。

原料煤、制漿水、助溶劑、添加劑和pH值調(diào)節(jié)劑一同送入磨煤機(jī)中，研磨成一定粒度的、濃度約為60%～64%、黏度為300～1300cp的合格水煤漿。水煤漿經(jīng)滾筒篩分離除去3mm以上的大顆粒后溢流至磨煤機(jī)出料槽中，磨煤機(jī)出料槽中的攪拌器使煤漿始終處于均勻懸浮狀態(tài)，防止靜止分層，再由低壓煤漿泵送至氣化裝置煤漿槽中備用。

2 水煤漿制備工藝中存在的問題

2.1 制漿水系統(tǒng)

在設(shè)計(jì)中制漿用水主要為新鮮水（約51t·h-1）和系統(tǒng)回收的甲醇精餾殘液（約7t·h-1）、變換低溫冷凝液（約 10t·h-1）等。

水煤漿pH值的設(shè)計(jì)指標(biāo)為7～9，采用添加NaOH溶液的方法來調(diào)節(jié)，其添加量約為0.15t·h-1。磨煤裝置滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，每天需消耗新鮮水1224t·d-1，消耗40%濃度的NaOH溶液3.6t·d-1。

氣化裝置每天外排灰水1632t·d-1，以達(dá)到水系統(tǒng)平衡和系統(tǒng)灰水中硬度、總?cè)芄毯康姆€(wěn)定。因灰水pH值在8.2～8.5之間，若將灰水作為制漿用水，既能滿足制漿過程對新鮮水的需求量，還能發(fā)揮灰水高pH值的特點(diǎn)，使其在制漿過程中起到調(diào)節(jié)水煤漿pH值的作用。

2.2 添加劑易分層

由于添加劑在添加劑槽中大量存儲，長期處于靜止?fàn)顟B(tài)，容易發(fā)生分層現(xiàn)象，生產(chǎn)中多次因添加劑槽內(nèi)添加劑分層沉淀，造成添加劑泵出口流量不穩(wěn)定，嚴(yán)重影響磨煤機(jī)的正常運(yùn)行及水煤漿品質(zhì)。

2.3 煤漿濃度偏低

在表1中，每月水煤漿平均濃度在61.4%～62.1%范圍內(nèi)，低于62%的次數(shù)為12～38次，波動較大。5個(gè)月平均濃度為61.8%，低于62%的次數(shù)平均值為23.4次。水煤漿的濃度直接影響氣化爐的負(fù)荷、氧耗、煤耗、冷煤氣效率、氣化過程、碳轉(zhuǎn)化率、有效氣體組成等各項(xiàng)指標(biāo)，提高水煤漿濃度對企業(yè)降本增效具有重要作用。

表1 優(yōu)化前水煤漿質(zhì)量濃度及其低于62%的次數(shù)Table 1 The mass concentration and the times of less than 62% of coal water slurry before optimization

2.4 磨煤機(jī)動密封泄漏

磨煤機(jī)進(jìn)料口動密封因長期運(yùn)轉(zhuǎn)，密封性能變差，導(dǎo)致制漿水和細(xì)煤灰大量泄漏，造成環(huán)境污染和原料煤浪費(fèi)。

2.5 灰水硬度較高

石灰石主要起到降低灰熔點(diǎn)的作用。水煤漿中加入石灰石，使得氣化水系統(tǒng)硬度較高，達(dá)到1300mg·L-1左右，灰水管道及氣化水系統(tǒng)結(jié)垢嚴(yán)重。

2.6 磨煤機(jī)入料口易堵煤

在生產(chǎn)負(fù)荷較高時(shí)，原料煤量較大，磨煤機(jī)入料口容易出現(xiàn)堵煤現(xiàn)象，導(dǎo)致煤稱量給料機(jī)跳車，且疏通難度大、時(shí)間長，迫使制漿系統(tǒng)停運(yùn)。

3 采取的優(yōu)化措施及優(yōu)化效果

3.1 制漿水系統(tǒng)的優(yōu)化措施及效果

針對制漿水系統(tǒng)的問題，經(jīng)過分析論證，采取如下優(yōu)化措施：

1）將氣化外排灰水配管引至磨煤裝置制漿水槽內(nèi)，替代原流程中的新鮮水，以維持整個(gè)制漿水槽內(nèi)液位。原新鮮水管線留用，作為緊急情況下補(bǔ)水用。

2）在簡單地只將氣化外排灰水引至制漿水槽內(nèi)替代原有原水磨煤，而未改變變換低溫冷凝液的去處時(shí)，多次發(fā)生制漿水泵葉輪內(nèi)壁及進(jìn)出口管道結(jié)垢問題，嚴(yán)重影響到整個(gè)磨煤裝置的穩(wěn)定運(yùn)行。

對制漿水管道垢片、氣化外排灰水和變換低溫冷凝液進(jìn)行取樣分析可知，將灰水與變換低溫冷凝液在制漿水槽內(nèi)混合，通過制漿水泵送往磨煤機(jī)過程中，會在泵吸入口管道、葉輪內(nèi)壁及泵出口管線形成碳酸鹽結(jié)垢，造成泵打量嚴(yán)重不足，嚴(yán)重影響到整個(gè)磨煤裝置的穩(wěn)定運(yùn)行。

為有效解決此問題，重新對變換低溫冷凝液管線進(jìn)行配管設(shè)計(jì)，即將變換冷凝液直接配管引至磨煤機(jī)內(nèi)使用，不再將其送往制漿水槽內(nèi)，從根本上解決兩種廢水相互混合后形成碳酸鹽結(jié)垢的問題。同時(shí)為方便精確計(jì)量進(jìn)入磨煤機(jī)的變換冷凝液水量，在總管上增設(shè)了一臺電磁流量計(jì)。

3）甲醇精餾送來的殘液中含有大量的石蠟，石蠟因溫度降低易附著在制漿水管道內(nèi)壁上，而氣化灰水的濁度一般控制在≤100mg·L-1，當(dāng)這兩股水通過同一條管道時(shí)，灰水中夾帶的少量細(xì)灰將被管道內(nèi)壁附著的石蠟吸附，逐漸在管道內(nèi)壁上形成一層比較蓬松且薄厚不均勻的（石蠟+細(xì)煤灰）垢片，從而影響制漿水系統(tǒng)的正常供給，磨煤裝置乃至整個(gè)氣化裝置被迫降負(fù)荷運(yùn)行。

為有效解決此問題，在系統(tǒng)停車檢修中，將甲醇精餾殘液直接配管引至磨煤機(jī)內(nèi)使用，同時(shí)在精餾殘液管道沿途增配蒸汽伴熱，防止因溫度降低造成石蠟在管道上附著，從根本上解決灰水中細(xì)煤灰與石蠟結(jié)垢的問題。同時(shí)為方便精確計(jì)量進(jìn)入磨煤機(jī)的甲醇精餾殘液量，在總管上增設(shè)了一臺電磁流量計(jì)。

4）因氣化灰水pH值普遍在8.2～8.5之間，將原設(shè)計(jì)中用新鮮水磨煤改為用灰水磨煤后，無需再向系統(tǒng)補(bǔ)加40%濃度的NaOH溶液，便可實(shí)現(xiàn)對水煤漿pH值的有效調(diào)節(jié)，故原設(shè)計(jì)流程中的pH值調(diào)節(jié)系統(tǒng)可停止運(yùn)行。

按以上方案對制漿水系統(tǒng)工藝流程進(jìn)行優(yōu)化后，按每年運(yùn)行300d計(jì)算，可減少新鮮水消耗量36.72萬t·a-1，減少40%濃度的NaOH溶液消耗量1080t·a-1，同時(shí)降低了電耗。將氣化灰水、甲醇精餾殘液、變換低溫冷凝液三路水分別單獨(dú)進(jìn)行計(jì)量后送入磨煤機(jī)內(nèi)使用，可有效杜絕制漿水系統(tǒng)管道結(jié)垢問題。工藝流程優(yōu)化前制漿水管道投用7d后，就出現(xiàn)明顯的泵葉輪和進(jìn)出口管道結(jié)垢現(xiàn)象，嚴(yán)重影響制漿系統(tǒng)穩(wěn)定生產(chǎn)。優(yōu)化后，制漿水泵葉輪及進(jìn)出口管道在連續(xù)運(yùn)行3個(gè)月后未見明顯結(jié)垢現(xiàn)象，期間泵出口流量穩(wěn)定，制漿系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，未發(fā)生因水系統(tǒng)的供給不足而造成的系統(tǒng)減負(fù)荷事件。

3.2 添加劑分層現(xiàn)象的優(yōu)化措施及效果

在添加劑槽頂部增加1臺漿式攪拌器，使其處于長期運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，對添加劑槽內(nèi)的液體進(jìn)行攪拌，使添加劑混合得更加均勻，且不易產(chǎn)生分層沉淀，有效避免了添加劑泵入口的堵塞問題，確保了水煤漿品質(zhì)。

3.3 提高水煤漿濃度的優(yōu)化措施及效果

針對水煤漿濃度偏低的問題，經(jīng)過分析論證，采取如下優(yōu)化措施：

1）保證原料煤煤質(zhì)穩(wěn)定?；曳旨皟?nèi)水含量差別較大的原料煤不定期出現(xiàn)，煤質(zhì)波動大，若水煤比調(diào)節(jié)不及時(shí)，煤漿濃度會出現(xiàn)較大波動。對煤質(zhì)差別較大的原料煤分開存儲，及時(shí)查看磨煤機(jī)滾筒篩中的掛漿情況，根據(jù)掛漿情況及時(shí)調(diào)整制漿水流量。

2）增加抽風(fēng)機(jī)，減小滾筒篩中水蒸氣的聚集。甲醇精餾殘液及低溫變換冷凝液中含有大量水蒸氣及不凝氣，進(jìn)入磨煤機(jī)中，影響操作人員查看滾筒篩掛漿情況。在滾筒篩頂部增加抽風(fēng)機(jī)，將水蒸氣及不凝氣及時(shí)抽出，可提高操作人員對滾筒篩掛漿情況判斷的準(zhǔn)確性。

3）調(diào)整鋼棒配比，確保煤漿粒度達(dá)標(biāo)。隨著磨煤機(jī)運(yùn)行時(shí)間的增加，鋼棒逐漸變細(xì)，當(dāng)鋼棒研磨至＜Φ40mm時(shí)，斷棒現(xiàn)象嚴(yán)重，研磨至Φ30mm時(shí)，斷棒更多。斷棒在磨機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動中將其它棒墊起，造成磨煤效率下降，煤漿中的大顆粒較多，煤漿的穩(wěn)定性較差，濃度降低。為此，定期對煤漿粒度進(jìn)行分析，根據(jù)煤漿粒度分布情況及時(shí)添加鋼棒，同時(shí)揀出斷棒。

4）將濃度不合格的水煤漿送入廢漿槽。在開車時(shí)，水煤比偏差較大，濃度較低，可將其送入廢漿槽，檢測分析合格后再送入煤漿槽。停車時(shí)則用新鮮水沖洗煤漿管線及煤漿泵，沖洗時(shí)及時(shí)切入廢漿槽，防止對煤漿槽內(nèi)的合格煤漿造成影響。

5）控制制漿水流量穩(wěn)定。在閥門出現(xiàn)異?；蛑茲{水泵故障時(shí)，制漿水流量波動較大，水煤比失衡。因此，及時(shí)維修閥門或開啟備用制漿水泵是維持制漿水流量的必要措施。

6）避免煤貯斗底部架橋。通常情況下，原料煤外水含量在10%左右，濕度較低，不容易架橋；而在濕度較高、煤貯斗內(nèi)儲煤較多時(shí)，容易導(dǎo)致煤貯斗底部架橋，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致煤稱量給料機(jī)跳車，使得水煤比偏差較大。根據(jù)原料煤的含水量，及時(shí)啟動煤貯斗振動器和調(diào)整制漿水流量，煤貯斗底部架橋的問題得到解決。

表2 優(yōu)化后水煤漿質(zhì)量濃度及其低于62%的次數(shù)Table 2 The mass concentration and the times of less than 62% of coal water slurry after optimization

由表2可知，采取以上優(yōu)化措施后，每月水煤漿平均濃度提高到62.4%～62.8%，每月低于62%的次數(shù)在1～8次，且趨于穩(wěn)定。5個(gè)月的平均濃度為62.6%，低于62%的次數(shù)平均值為5.4次。與優(yōu)化前相比，煤漿濃度提高了0.8%，低于62%的次數(shù)平均值降低了18次。

3.4 磨煤機(jī)動密封泄漏的優(yōu)化措施及效果

在動密封處增加密封氣，用工廠空氣作為氣源，經(jīng)過長期運(yùn)行，泄漏現(xiàn)象未再出現(xiàn)，有效解決了泄漏問題，同時(shí)達(dá)到節(jié)能效果。

3.5 灰水硬度較高的優(yōu)化措施及效果

選擇灰熔點(diǎn)低于1300℃的原料煤，并控制煤質(zhì)穩(wěn)定，停止加入石灰石后，灰水的硬度降低到800mg·L-1左右，灰水管道及氣化水系統(tǒng)結(jié)垢情況得到緩解，同時(shí)降低了制漿成本。

3.6 磨煤機(jī)入料口易堵煤的優(yōu)化措施及效果

在磨煤機(jī)入料口增加一路制漿水，連續(xù)不斷地對入料口進(jìn)行沖洗，同時(shí)起到潤滑作用。優(yōu)化后，有效解決了入料口堵煤問題，使得水煤漿制備系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定。

4 結(jié)論

1）制漿水系統(tǒng)優(yōu)化效果較好，每年可節(jié)約新鮮水36.72萬t，減少消耗40%濃度的NaOH溶液1080t。

2）水煤漿平均濃度由61.8%提高到62.8%，平均提高了1%。

3）停止加入石灰石后，灰水硬度從1300mg·L-1降低為800mg·L-1左右，緩解了系統(tǒng)結(jié)垢問題；

4）添加劑分層現(xiàn)象、磨煤機(jī)動密封泄漏及磨煤機(jī)入料口堵塞問題得到有效解決，節(jié)能增效效果顯著。

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Existing Problems and Optimization of Coal Water Slurry Preparation by Wet Process

WANG Minting, LI Feng, CHEN Shiliang
(Xianyang Chemical Company, China Shenhua Coal to Liquid and Chemical Co. Ltd., Xianyang 712000, China)

TQ 546.1

B

1671-9905(2017)11-0059-04

陳世亮（1984-），男，陜西安康人，碩士研究生，工程師，從事煤氣化工藝技術(shù)工作。E-mail:piaocsl@163.com

2017-07-31