王建軍，常 宣

(1.煤科院節(jié)能技術(shù)有限公司，北京 100013；2.陜西延長石油榆林凱越煤化有限責任公司，陜西 榆林 719000)

水煤漿是由不同粒度分布的煤、一定量的水和添加劑經(jīng)過剪切等手段制備出的液態(tài)混合物，是一種新型低污染流體燃料或原料，既可作為液體燃料替代煤和石油用于燃燒又可替代煤用作氣化原料[1-4]。經(jīng)過30余年的研究與攻關我國水煤漿技術(shù)得到很大發(fā)展，形成了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)與設備，水煤漿制備技術(shù)達到國際先進水平[5]。

水煤漿氣化技術(shù)在中國已經(jīng)取得成功且有大量應用案例。從最初引進的國外GE-Texaco氣化技術(shù)，到現(xiàn)在國內(nèi)自行開發(fā)的多元料漿氣化、多噴嘴氣化等技術(shù)都在大大小小煤化工企業(yè)成功開車[6，7]。據(jù)統(tǒng)計，截至2020年底，我國以水煤漿進料的氣化爐投產(chǎn)數(shù)量近500余臺，年耗煤漿量2億t 以上，且未來大型煤化工項目較多采用水煤漿氣化。因此，水煤漿技術(shù)在煤化工領域仍會不斷發(fā)展。水煤漿發(fā)展之初多以中等變質(zhì)程度的煤為主，但這類煤資源有限、價格高制約了水煤漿的發(fā)展。我國低階煤資源豐富，低階煤活性好、適于氣化，但含氧官能團多、內(nèi)水含量高，屬于難成漿煤種，必須采用特殊的水煤漿制備工藝，才能制備出符合氣化要求的較高濃度水煤漿[8]。為此，煤科院在第一代單磨機制漿技術(shù)的基礎上，于2005年開發(fā)出了第二代分級研磨制漿技術(shù)[9]，該技術(shù)可以使同煤種的制漿濃度提高3個百分點左右，并廣泛用于水煤漿燃燒和氣化中。

為了進一步提高水煤漿氣化效率[10-13]，煤科院于2015年開發(fā)了第三代間斷級配高濃度水煤漿制備技術(shù)，該技術(shù)可以使同煤種的低階煤制漿濃度在第二代制漿技術(shù)的基礎上再提高1～3個百分點[14]。2020年，該技術(shù)應用于陜西延長石油榆林凱越煤化有限責任公司(以下簡稱“榆林凱越”)年產(chǎn)60萬t甲醇項目制漿系統(tǒng)中[15，16]，取得了良好的效果。

1 間斷級配制漿技術(shù)

1.1 間斷級配制漿原理

水煤漿行業(yè)一般采用棒磨機或球磨機濕法磨礦制備水煤漿，其制備出的煤漿屬于連續(xù)粒度分布。第二代分級研磨提濃工藝是將棒磨機制備的部分煤漿加入臥式或者立式超細磨機中制備出細漿再返回到棒磨機系統(tǒng)，其仍屬于連續(xù)粒度分布。

間斷級配制漿工藝是針對改造和新建項目的煤化工企業(yè)為提高煤漿濃度從而提高氣化效率和企業(yè)經(jīng)濟效益而開發(fā)的第三代高濃度水煤漿制備技術(shù)。研究表明，在連續(xù)粒度分布中不適合成漿的粒級(0.075～0.1mm)煤粉占比較大，這是造成連續(xù)分布的煤粉成漿濃度低的主要原因。間斷級配制漿工藝即剔除連續(xù)分布中0.075～0.1mm的顆粒段，使粗顆粒的最小粒徑比細顆粒的最大粒徑大，實現(xiàn)雙峰分離。這種間斷粒度分布可以使細顆粒完全填充到粗顆粒中，使制備出的水煤漿有較高的濃度[17]。

1.2 間斷級配制漿工藝

采用間斷級配的方式制備水煤漿，就是要將粗煤粉粒度盡可能放大，細煤粉粒度足夠小，使得粗煤粉中的最小粒徑與細煤粉中的最大粒徑有間斷，這樣可以保證細煤粉能夠完全填充到粗煤粉中，進而提高煤漿濃度。同時，間斷級配可以優(yōu)化煤漿的粒度分布，可使水煤漿分散體系形成良好的懸浮狀態(tài)，細顆粒對大顆粒具有一定的潤滑與動力耗散作用，能夠降低漿體的表觀黏度，改善煤漿流動性和穩(wěn)定性。

間斷級配制漿技術(shù)是根據(jù)現(xiàn)場條件和煤質(zhì)的不同，共開發(fā)出三種制漿工藝[17，18]，該項目主要采用的制漿工藝如下：將破碎至一定粒度的原料煤、水、添加劑送入棒磨機中研磨后送入超細磨機中進行超細研磨；利用新開發(fā)的選擇性高細破碎機將原煤破碎至一定粒度后，用篩分分級系統(tǒng)將煤粉分選成合格的粗粒級，再將超細研磨制備成的超細漿與粗粉進行配漿，最終實現(xiàn)間斷級配制漿目的。制漿工藝如圖1所示。

圖1 間斷級配制漿工藝

2 工程概況

榆林凱越60萬t/a甲醇項目制漿系統(tǒng)，設計之初采用常規(guī)棒磨機制漿工藝，成漿濃度僅為60%左右，且穩(wěn)定性和流動性較差，氣化效率較低，氣化煤耗和氧耗偏高。榆林凱越于2019年采用煤科院第二代煤漿提濃技術(shù)對原有煤漿制備系統(tǒng)制漿工藝進行優(yōu)化升級，增加超細磨機制備超細漿，具備了實現(xiàn)第三代間斷級配制漿的基本條件。

氣化車間煤漿制備系統(tǒng)共有3臺3.4m×5.8m的棒磨機，制漿系統(tǒng)以本地煤為原料(表1)，3臺棒磨機必須全開，才能滿足氣化系統(tǒng)水煤漿量的需求。由于沒有備車，如果單臺磨機出現(xiàn)故障停機超過8h，氣化大煤漿槽液位就低于工藝指標，這時后續(xù)氣化和合成就要降低負荷，影響后續(xù)產(chǎn)品產(chǎn)量。原有氣化車間場地緊張，不具備新增加一臺棒磨機的位置。為此，需結(jié)合現(xiàn)有場地情況制訂一套解決成品漿不足的方案。

表1 榆林凱越原料煤主要指標

經(jīng)過深入的技術(shù)比較、分析和已具備的基本條件，決定采用煤科院“第三代間斷級配制漿技術(shù)”，新上一套水煤漿制備生產(chǎn)線。該項目利用氣化車間701系統(tǒng)原煤倉下部閑置空間增加一套粗粉制備系統(tǒng)，從原煤倉底部往下依次布置全封閉皮帶秤、一級反擊式破碎機、二級多輥式破碎機、粗粉振動篩、雙軸攪拌器和均質(zhì)熟化槽，讓粗粉逐層下落，以現(xiàn)有702煤漿提濃系統(tǒng)的超細漿做支撐，在雙軸攪拌器混合攪拌并落至均質(zhì)槽中，在均質(zhì)槽中經(jīng)過攪拌熟化成為合格的成品漿。

3 運行方式

3.1 原料煤準備(以3#棒磨機故障檢修為例)

1#、2#、3#分別對應三臺棒磨機，當3#棒磨機需要檢修時，3#棒磨機處理的45t/h原煤分成兩部分，70%進入新上的粗粉單元制備原料粗粉，30%的量平分進入1#和2#棒磨機；三條線分配為：1#棒磨機的處理量為45t/h+(45t/h ×30%÷2)=51.75t/h，2#棒磨機生產(chǎn)線45t/h+(45t/h×30%÷2)=51.75t/h，新建三代配漿線為45t/h×70%=31.5t/h，細漿來自1#和2#棒磨機生產(chǎn)線，保證135t/h總投煤量不變。

3.2 超細煤漿制備

破碎后的原料煤輸送至1#和2#棒磨機，1#和2#棒磨機線保持原有生產(chǎn)模式，負荷由原來45t/h提高到51.75t/h，處理總煤量為103.5t/h，按設定的煤漿濃度加入水和添加劑，經(jīng)兩臺棒磨機研制成原料粗漿，自流落入煤漿緩沖槽。在煤漿緩沖槽抽出相當于原煤37.82t/h的煤漿，經(jīng)過加水稀釋，在臥式細磨機中研磨成細漿；其中一半細漿去1#和2#棒磨機進口用以提高煤漿濃度；另外一半細漿去新建系統(tǒng)的雙軸攪拌器處與粗粉攪拌制備成品水煤漿。按照間斷級配的粒徑要求，超細煤漿顆粒粒徑基本小于45μm。超細煤漿生產(chǎn)實際數(shù)據(jù)見表2。

表2 超細磨機細漿的主要指標

3.3 粗粉制備系統(tǒng)

在每個原煤倉下部新增加3臺S630A/B/C皮帶秤，當棒磨機檢修時，此棒磨機相對應的新增皮帶秤將原料煤稱重后送入粗煤粉一級破磨機入口，經(jīng)一級、二級破碎并經(jīng)震動篩分得到粒徑D97≤1mm的原料粗粉，最小粒徑不小于200μm。

3.4 細漿與粗粉的攪拌和均質(zhì)

合格的原料粗粉由于重力作用落入雙攪拌軸混合器與來自細磨機的超細煤漿按照6(粗粉)∶4(細漿)攪拌混合，超細煤漿與粗粉經(jīng)均質(zhì)槽進行均質(zhì)和熟化，煤漿完全混合均勻后通過低壓煤漿泵輸送至氣化爐前大煤漿槽，作為氣化原料漿。由于細漿的顆粒粒徑基本小于45μm，粗粉的最小粒徑也在200μm以上，實現(xiàn)了中間粒徑的間斷，細顆?？梢酝耆畛涞酱诸w粒中，水煤漿濃度得到提高。

4 工藝性能分析

將本次實施的第三代間斷級配制漿工藝與常規(guī)第一代、第二代水煤漿制備工藝制備的水煤漿性能進行了比較，結(jié)果見表3，粒度對比如圖2所示。

表3 三種水煤漿制漿工藝對比結(jié)果(白鷺礦和銀河礦1∶1混煤)

圖2 三種水煤漿制漿工藝的粒度對比

由表3可以看出，間斷級配制漿技術(shù)制備的水煤漿濃度最高、流動性、穩(wěn)定性最好，噸漿電耗最低，是三種制漿工藝中最理想的制漿工藝。需要說明的是：煤漿濃度與黏度關系密切，隨著煤漿濃度的提高，煤漿黏度增大，這與制漿工藝無關，表3中數(shù)據(jù)是實測數(shù)據(jù)，如果要統(tǒng)一表觀黏度，那就是小于1300mPa·s即可。

通過圖2可以看出，常規(guī)單棒磨機制漿工藝和第二代分級研磨制漿工藝中的煤漿顆粒是連續(xù)粒度分布，而間斷級配高濃度水煤漿制備技術(shù)制備的水煤漿，由于引入細磨機和專用破碎機設備，水煤漿的中間顆粒有所減少，細漿顆粒和粗粉顆粒略有增加。該技術(shù)將選擇性粗磨制得的粗粉和細磨機制備的細漿進行有機組合，煤漿濃度可提高5個百分點左右，整體粒徑變細，-45μm的粒徑明顯增加，氣化燒嘴的流變性和霧化性能顯著改善。從而實現(xiàn)不同粒級煤顆粒的分級與研磨，通過調(diào)整超細磨煤漿的配入比例，可以調(diào)整水煤漿制備過程的濃度和流動性，同時整體綜合磨礦效率大幅提高，制漿所需的電耗與常規(guī)單磨機制漿工藝對比略有降低。

5 結(jié) 語

該技術(shù)可以分別針對新建項目和改造項目制定不同的設計優(yōu)化方案，在工業(yè)推廣中能夠因地制宜，根據(jù)現(xiàn)場實際情況選擇合適的技術(shù)，也為制漿技術(shù)多元化打開了新的思路。榆林凱越一年多的運行情況表明，該套工藝滿足單臺棒磨機檢修時，可以向氣化系統(tǒng)提供足量、合格的成品水煤漿，保證氣化系統(tǒng)和甲醇合成系統(tǒng)負荷不減量，達到了預期的效果。