戴愛軍，袁善錄，杜彥學 ，葛啟明 ，劉 瑜

（1.西北化工研究院有限公司，陜西 西安 710061；2.西安元創(chuàng)化工科技股份有限公司，陜西 西安 710061；3.湖南金磨科技有限責任公司，湖南 長沙 410012）

水煤漿氣化是實現煤炭清潔利用的有效途徑之一。常規(guī)氣化水煤漿含有質量分數60%左右的原料煤，其水分在30%以上，故噸漿發(fā)熱量較低，在氣化爐內氣化過程中單位產品能耗較高。高濃度料漿制備是通過改變傳統(tǒng)的一次濕磨料漿制備工藝，引入細磨或循環(huán)研磨工序[1]，達到調整料漿粒度級配的目的，實現粒度級配優(yōu)化，提高煤顆粒堆積效率，得到高濃度料漿。高濃度料漿比普通水煤漿質量分數高約3個百分點以上，其發(fā)熱量更高，氣化時單位產品能耗較低。

磨礦特性是影響高濃度料漿制備和選配磨礦電機的關鍵因素。本文在實驗室高濃度料漿制備的研究基礎上[2]，進行了高濃度料漿制備磨礦特性研究，以獲得研磨過程中的相關參數，為工業(yè)化放大應用提供基礎設計的依據和參考。

1 實 驗

1.1 實驗原料

煤樣：某企業(yè)生產用煤；制漿水：自來水；添加劑：萘磺酸甲醛縮聚物。

1.2 實驗儀器和分析方法

實驗儀器：SDJC-100 顎式破碎機、XMB-Φ240×300 型球磨機、SDTGA-5000a 工業(yè)分析儀、可磨指數測定儀、JM-260 立式螺旋攪拌磨機（容積10 L 和50 L）、BT-2002 激光粒度儀、分樣篩、烘箱、真空泵、FA2004N分析天平。

原料煤質分析按照GB/T 474—2008、GB/T 212—2008、GB/T 2565—2014 等進行。原料煤粉的粒度采用分樣篩進行分析，用篩上剩余煤粉的質量除以總質量，即為篩上率；用100%減去最上層篩的篩上率，即為最上層篩的篩下率，也叫通過率，第二層篩的篩下率為用100%減去最上層篩的篩上率以及第二層篩的篩上率，其他層的篩下率依此類推。一段磨礦產生的料漿采用濕法篩分進行分析，二段磨礦產生的料漿采用BT-2002 激光粒度儀進行分析。

1.3 原料分析

實驗煤樣的煤質分析結果見表1。

表1 煤質分析結果

從表1可知，實驗煤樣的可磨指數（HGI）為 68，說明該煤樣的可磨性中等。

2 結果與討論

2.1 磨礦時間

煤粒通過磨機研磨達到所需粒度的時間，即為磨礦時間。磨礦時間與原料煤的可磨指數關系密切，可磨指數越高的煤，達到同樣粒度的時間越短，反之，則時間越長[3]。在實驗室高濃度料漿制備的研究基礎上，采用兩級磨礦工藝進行研磨，第一級研磨要求粒度＜45 μm 的煤粉的質量分數達95%，第二級研磨要求粒度＜20 μm 的煤粉的質量分數達95%。通過實驗，確定滿足粒度要求所需要的磨礦時間，防止因磨礦時間不足或過長，導致煤粉粒度級配的不合理，影響料漿整體性能。原料煤（280 g）經顎式破碎機粉碎成一定粒度的煤粉，然后經球磨機研磨成具有一定粒度分布的煤粉，選用 20 目、40 目、80 目、120 目、160 目、200目和325 目（孔徑約45 μm）的分樣篩對其粒度進行篩分分析，粒度分布見表2。

表2 一級磨礦入料粒度分布

2.1.1 一級磨礦時間

以表2 中煤粉和萘磺酸甲醛縮聚物為固體原料，加入自來水配制成質量分數為48%的料漿。利用JM-260 型50 L 立式螺旋攪拌磨機對上述料漿研磨攪拌一定時間后（第一級磨礦），利用分樣篩測定其粒度分布，主要考察45 μm 以下粒徑顆粒的質量分數。每次稱取相同質量的上述料漿，一次實驗完成后，對研磨介質進行清洗，確保對相同質量的料漿進行研磨，維持磨機內相同的填充效率。粒徑＜45 μm 煤粉的質量分數隨磨礦時間的變化曲線見圖1。

由圖1 可知，經過一定時間的研磨后，粒徑＜45 μm的煤粒的含量明顯上升，說明磨礦效果良好；磨礦時間超過18 min 后，曲線慢慢趨于平緩，變化幅度下降，說明磨礦介質對該料漿的研磨作用減弱，并且即使時間再延長，其粒度變化也不大；當磨礦時間19 min時，粒徑＜45 μm 的煤粒質量分數約為95%，達到設定實驗要求。

圖1 粒徑＜45 μm 煤粉的質量分數隨磨礦時間的變化曲線

2.1.2 二級磨礦時間

第二級磨礦設備為JM-260 型10 L 立式螺旋攪拌磨機。原料采用第一級磨礦產生的粒徑＜45 μm 的煤粒質量分數為96.26%的料漿（對應的第一級磨礦時間20 min），為了防止在第二級磨礦過程中因平均粒徑變細而導致料漿黏度迅速增大、流動性變差，將其加水稀釋至固體質量分數為35%后使用；產品粒度采用BT-2002 激光粒度儀進行測試。D95粒徑（煤粉累積粒度分布達到95%時對應的粒徑）隨磨礦時間的變化曲線見圖2。

圖2 D95 粒徑隨磨礦時間的變化曲線

由圖2 可知，采用粒徑＜45 μm 的煤粒質量分數為96.26%的料漿作為第二級磨礦的原料時，通過磨礦介質的連續(xù)研磨，可使其平均粒徑下降；隨著研磨時間的延長，D95粒徑逐漸變?。谎心?50 min 后，D95粒徑變化幅度很小，說明研磨介質已經不能將該料漿煤粒的粒徑研磨至更小，如果需要更細小的顆粒，必須更換研磨介質。磨礦時間為35 min 時，D95粒徑約為20 μm，符合第二級磨礦設定條件。

2.2 磨礦能耗

磨礦單位能耗是確定磨機電機功率的關鍵參數，在選配電機時至關重要，影響料漿制備系統(tǒng)整體裝機規(guī)模和工業(yè)化運行成本。在進行前述磨礦時間測試實驗的同時，還對磨礦單位能耗進行了測量。第一級立式磨機單位磨礦能耗的測試結果見圖3，第二級立式磨機單位磨礦能耗的測試結果見圖4。

結合圖1 和圖3 可以看出，隨著磨礦時間的延長，料漿中的顆粒粒徑逐漸變小，且粒徑變化幅度也逐漸變小，粒徑＜45 μm 的顆粒含量逐漸增加，磨機的單位能耗也隨之增大。當入一級磨礦原料粒徑從＜45 μm 的質量分數占 27.93%研磨到粒徑＜45 μm 的質量分數占95%時，電耗約為16.0 kWh/t。

圖3 第一級磨礦能耗曲線

圖4 第二級磨礦能耗曲線

由圖4 可知，以第一級磨礦產品粒徑＜45 μm 的質量分數占96.26%的料漿為原料，進行第二級磨礦研磨，當D95=20 μm 時，單位磨礦能耗約為36.0 kWh/t。

3 結論和建議

在球磨機制粉的基礎上，通過兩級磨礦研磨，能夠將煤粒研磨至一定粒度分布，符合高濃度料漿制備條件。當第一級磨礦研磨19 min，能耗約為16.0 kWh/t，第二級磨礦研磨35 min，能耗約為36.0 kWh/t 時，兩級磨礦均可得到符合要求的粒度分布，可為工業(yè)化應用提供參考。

在工業(yè)化實施過程中，要根據原料煤的可磨性及要求達到的粒度級配，有針對性地進行詳細的磨礦實驗，以確定該原料煤的磨礦特性，為工業(yè)化應用工藝條件和設備選擇提供參考依據。