煤浆提浓试验研究

高志刚，王建忠，荣令坤，谭 丽

(1．神华包头煤化工有限责任公司，内蒙 古包头 014010；2．内蒙古科技大学 矿业与煤炭学院，内蒙古 包头 014010)

煤浆提浓试验研究

高志刚1，王建忠2，荣令坤2，谭 丽2

(1．神华包头煤化工有限责任公司，内蒙 古包头 014010；2．内蒙古科技大学 矿业与煤炭学院，内蒙古 包头 014010)

为了提高气化水煤浆浓度，采用新配方HD-8A添加剂，进行了神华上湾煤制浆过程中添加剂添加量、煤浆pH值与煤浆浓度关系的实验室研究，并在对制浆设备工艺参数调整的基础上进行了工业性试验。工业性试验结果表明:在HD-8A添加剂用量为3‰，煤浆pH值为8.35条件下，煤浆浓度可提高1.17个百分点；煤浆浓度每提高1个百分点，煤气有效成分(CO+H2)占比可提高1.1个百分点，比煤耗可降低10.08 kg/ kNm3，比氧耗可降低12.68 Nm3/kNm3,且甲醇产量有所提高。

水煤浆；水煤浆添加剂；添加剂用量；煤浆pH值；煤浆浓度；比煤耗；比氧耗

1 概述

神华包头煤化工有限责任公司成立于2005年12月31日，是“十一五”期间国家核准的第一个特大型煤制烯烃工业化示范工程，是当时世界首套、全球最大的煤制烯烃项目。该项目以水煤浆为原料，采用美国GE公司水煤浆加压气化技术，煤浆制备采用原煤一次湿磨成浆工艺，2010年5月一次试车成功以来，煤浆浓度一般控制在59.0%～60.5%，煤浆粘度较好，性能稳定。为了进一步提高气化炉的产气量，降低消耗，控制生产成本，对煤浆浓度就有了进一步的要求。为了探索煤浆提浓的技术途径，公司成立了煤浆提浓攻关小组，先期在实验室采用新配方HD-8A添加剂进行了添加剂用量、煤浆的pH值对煤浆浓度和粘度影响的试验研究，并在此基础上进行了工业试验。

2 煤浆提浓试验研究

图1所示为煤浆制备采用的原煤一次湿磨成浆工艺：首先，来自热电中心卸储煤装置的原料煤由破碎机破碎至10 mm左右的颗粒，通过胶带输送机输送到气化装置1#～6#磨煤机煤储斗缓冲；之后，经过煤称重给料机计量，进入湿式溢流型棒磨机内，加入一定比例的水和添加剂进行研磨；研磨后的料浆由棒磨机出料端经过滚筒筛筛分出较粗的煤粒和杂质成为合格的煤浆流入到小煤浆槽，最后由低压煤浆泵将合格料浆输送到大煤浆槽内储存，以供气化炉生产使用。

图1 煤浆制备工艺流程简图Fig.1 Process flowsheet of CWS preparation

水煤浆是一种粗颗粒悬浮体，且煤炭属于疏水性物质，因此要使浆体具有良好的流变性和稳定性，即使是易成浆的煤种，若不加入化学添加剂，要制得所希望的水煤浆是不可能的[1，2]。为了使水煤浆在正常使用中具有较低的粘度，较好的流动性，静止时又具有较高的粘度，不易产生沉淀，在制浆过程中一般会添加少量的化学添加剂[3]。水煤浆添加剂就是用来改善煤水界面的相容性，以提高水煤浆的浓度，改善水煤浆的流动性和稳定性[4-6]。根据添加剂在水煤浆中的作用不同，水煤浆添加剂成分可分为分散剂、稳定剂和助剂三大类，需要根据煤质的变化来选择和确定水煤浆添加剂各成分的配比[7,8]。

针对神华包头煤化工有限责任公司使用的神华上湾煤煤质分析结果，与添加剂生产厂家进行合作，通过调整添加剂的配方，进行了煤浆提浓的研究。

2.1 试验材料和试验过程

2.1.1 试验煤样

试验煤样采自神华包头煤化工有限责任公司制浆磨煤机前的称重给料机，其工业分析数据如表1所示。试验前，将原料煤定量加入容积为15 L的实验室用球磨机进行制粉，通过控制研磨时间，得到所需粒度分布的煤粉，煤粉粒度分布见表2。

表1 试验煤样工业分析结果Table 1 Proximate analysis result of coal sample wB/%

表2 试验煤粉粒度分布Table 2 Particle size distribution of coal powder sample

2.1.2 试验用煤浆添加剂

试验用HD-8A添加剂是由水煤浆添加剂厂家根据现场使用的煤种进行调整后的新配方，其技术规格见表3。

2.1.3 试验过程

将具有相同粒度分布的煤粉加入自来水和由添加剂配制的不同浓度的料浆，用搅拌器均化10 min， 然后测定料浆的各项性能参数。其中：煤浆表观粘度采用NXS-4C型粘度计测定，煤浆pH值采用PHS-3C型pH计测定，静置24 h后用插棒法观察煤浆稳定性情况；煤浆流动性采用目测方法。

表3 煤浆提浓试验用煤浆添加剂技术规格Table 3 Technical specification of additive for test of increasing concentration of CWS

2.2 结果与讨论

2.2.1 HD-8A添加量对煤浆浓度和粘度的影响

表4是在保持煤浆粘度基本不变的情况下，HD-8A添加量与煤浆浓度关系表，其中添加量为HD-8A原液与煤浆的质量之比。表5是在保持煤浆浓度基本不变的情况下，HD-8A添加量与煤浆粘度的关系表。

表4 HD-8A添加量与煤浆浓度的关系Table 4 The relation between dosage of HD-8A additive and concentration of CWS

表5 HD-8A添加量与煤浆粘度的关系Table 5 The relation between dosage of HD-8A additive and viscosity of CWS

由表4和表5可以看出，当HD-8A添加量增加时，煤浆浓度有所提高，煤浆粘度有所下降，但当HD-8A添加量达到3‰以后，煤浆粘度变化不大。从试验效果来看，HD-8A添加量在3‰比较合适。

2.2.2 pH值对煤浆浓度和粘度的影响

表6为HD-8A添加量为3‰、保持煤浆粘度基本稳定的情况下的煤浆浓度与pH值的关系。表7为HD-8A添加量3‰、保持煤浆浓度稳定的情况下的煤浆粘度与pH值的关系。

表6 煤浆pH值与浓度的关系Table 6 The relation between PH value and concentration of CWS

表7 煤浆浓度与pH值的关系Table 7 The relation between concentration and PH value of CWS

由表6可知，HD-8A添加量不变，煤浆粘度基本不变，调高煤浆的pH值可以提高制浆浓度。表7表明，HD-8A添加量不变，煤浆浓度基本不变，调高煤浆的PH值，煤浆粘度降低明显。

综上所述，调整添加剂用量和煤浆pH值对煤浆提浓确有积极意义，要想制备高浓度、低粘度的水煤浆，适当提高添加剂用量和水煤浆的pH值尤为重要。因此，后续试验将HD-8A添加剂的加入量(浆基)由2.5‰提高到3.0‰，并通过在HD-8A添加剂原液中加入纯碱(NaOH)，将添加剂原液pH值范围由8.0～11.0提高至了9.0～14.0，间接提高了煤浆的pH值，最后得到了煤浆浓度达到61.0%～62.0%，且流动性、稳定性及pH值各项指标均符合要求的气化水煤浆。最终将调配好的水煤浆添加剂投入到生产中。

3 煤浆提浓工业试验

在实验室研究确定了煤浆添加剂(呈液态)的种类、添加量和pH值以后，为顺利进行后续的煤浆提浓的工业性试验，攻关小组对煤浆制备系统设备参数进行了一系列调整准备：

(1)对煤称重给料机进行了调校。煤称重给料机是给磨煤机输送原料煤并进行称量的设备，该机调校的好坏直接影响磨煤机供料的精确与稳定以及操作时水煤比的稳定控制，因此需要定期对煤称重给料机电子称进行零点校正。此外，还对煤称重给料机料门调节装置——料位伐进行了调整，使煤称重给料机胶带输出煤层在合适的高度，以保证下料均匀。

(2) 对磨机给水调节阀进行改造。由于1#～6#磨煤机给水调节阀原设计选型前后压差为0.1 MPa，但在实际生产过程中调节阀前后压差为0.3 MPa，因此造成调节阀在正常生产过程中工作不稳定，波动较大，不易控制，操作时严重影响水煤比的控制。通过与设计厂家沟通，对阀门的CV值进行了重新设计，并对阀体、阀芯进行更换，最终使磨机给水稳定，使煤浆提浓得到了保证。

(3) 调整钢棒的级配。由于运行初期磨煤机钢棒的装填质量只有100 t/台，加上长时间的磨损，致使钢棒的装填量不足，不能满足制备合格煤浆浓度的要求，导致煤浆的粒度整体偏粗，并且滚筒筛筛分出来的大颗粒煤粒也偏多，不但影响煤浆的性能，而且造成了浪费。因此进入磨煤机筒体内部对每种规格的钢棒进行检查测量，并抽出直径低于30 mm的钢棒和断棒，计算出每种规格钢棒的损失量，并补充相应规格的钢棒，使每台磨煤机钢棒总质量在120～140 t之间，装填质量比符合3∶4∶3的要求，从而确保了磨煤机在正常负荷下制备出的煤浆过筛通过率达到了最佳粒度级配(<2.36 mm为100%，<1.18 mm为98%～100%，<0.42 mm为90%～95%，<0.074 mm为40%～45%，<0.044 mm为25%～35%)，使煤浆的堆积密度达到最大，从而制备出浓度较高的煤浆。

(4) 对磨煤机滚筒筛冲洗水程序进行修改。磨煤机滚筒筛冲洗水是为了防止滚筒筛筛孔堵塞而设置的，原设定程序为磨煤机正常运行间隔30 min，冲洗30 s，即间隔半小时滚筒筛冲洗6周。通过生产实际运行发现，磨煤机滚筒筛冲洗水量偏大，进而影响了煤浆浓度的提高，为了减小冲洗水量，现将冲洗水程序修改为间隔20 min冲洗15 s，即20 min冲洗3周。改造后，每台磨煤机滚筒筛冲洗水每小时减少15 s冲洗时间，每台磨煤机滚筒筛冲洗水量减少约0.2 t/h，避免了因磨煤机滚筒筛冲洗水量过大而造成的煤浆浓度的降低。

上述准备工作完成后，煤浆提浓的工业性生产试验从2012年3月1日开始进行了两个月。表8所示为煤浆提浓前后的煤浆分析数据对比(数据来自神华包头煤化工有限责任公司LIMS系统)。

由表8可知，通过调整煤浆制备系统各设备工况、使用新配方HD-8A添加剂、增大添加剂用量到3.0‰以及提高煤浆pH值(提浓前煤浆平均pH值为8.1，提浓后平均pH值为8.35)，提浓后的煤浆平均浓度比提浓前提高约1.17个百分点，而煤浆平均粘度变化不大，变化幅度在18～39 mPa·s之间。

表8 煤浆提浓前后煤浆分析数据Table 8 Data analysis of original CWS and that of increased concentration

4 煤浆提浓经济效益分析

为了阐述煤浆提浓的意义，分别对煤浆提浓前后生产运行72 h内煤浆总负荷、煤浆浓度、氧气消耗量、合成气产量等生产运行指标进行了统计对比分析，如表9所示。其中，合成气产量采用甲醇装置进合成压缩机新鲜气流量累计表151FIQ116进行统计，甲醇产量采用合成稳定塔塔底产出的MTO级甲醇流量累计表151FIQ111进行统计。

由表9可知，煤浆提浓后的经济效果主要有：

(1)煤浆浓度提高了1.17个百分点，合成气有效气成分增加了1.784个百分点。

表9 煤浆提浓前后的生产运行指标Table 9 Production indexes of original CWS and that of increased concentration

(2)比煤耗降低了16.33 kg/ kNm3，按照设计每小时生产53×104 Nm3合成气，全年生产8 000 h计算，可节约干基原料煤6.92万t。

(3)比氧耗降低了20.54 Nm3/kNm3，按照设计每小时生产53×104 Nm3合成气，全年生产8 000 h计算，可节约氧气量8 708.96万Nm3。

(4)煤浆产气量提高了0.06 kNm3/m3，按照气化每小时总负荷煤浆量为425 m3，每吨MTO甲醇消耗合成气有效气量为1.996 kNm3，每年可多产MTO甲醇102 204.4 t。

(5)可以推算出煤浆浓度每提高1个百分点，合成气有效气成分(CO+H2)可提高1.10个百分点，比煤耗可降低10.08 kg/kNm3，比氧耗可降低12.68 Nm3/ kNm3。

综上可见，煤浆浓度的提高增加了合成气的产量，提高了合成气的有效含量，降低了比煤耗和比氧耗，提高了甲醇产量，降低了消耗，提高了系统效率，具有良好的经济效益，从而也充分说明水煤浆气化过程中提高煤浆浓度的意义重大。

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Study on increasing concentration of CWS

GAO Zhi-gang1，WANG Jian-zhong2，RONG Ling-kun2，TAN Li2

(1. Shenhua Baotou Coal Chemical Co.,Ltd.,Baotou,Inner mongolia 014010,China;2. College of Mineral Engineering,Inner mongolia University of Science and Technology,Baotou,Inner mongolia 014010,China)

In order to improve concentration of CWS for gasification，the relations of CWS concentration to dosage of new additive HD-8A or pH value of coal slurry was studied in the laboratory about production process of CWS in Shangwan of Shenhua. In addition,industrial test were carried out on the basis of adjusting process parameters of the equipment for CWS preparation. The industrial test result shows that: concentration of CWS is increased 1.62% in conditions of 3‰ dosage of new additive HD-8A and 8.35 pH value of coal slurry; when concentration of CWS is increased 1%,proportion of effective gas (CO+H2) is increased 1.1%,coal consumption is reduced 10.08kg producing 1 KNm3coal gas,oxygen consumption per unite gas production is also decreased 12.68Nm3at the same time the methanol production is increased.

CWS; additive of CWS; dosage of additive; PH value of coal slurry; concentration of CWS; coal consumption per unite gas production; oxygen consumption per unite gas production

1001-3571(2015)02-0016-04

TQ536

A

2015-02-25

10.16447/j.cnki.cpt.2015.02.005

高志刚(1976—)，男，安徽省淮南市人，工程师，从事GE水煤浆气化研究工作。

E-mail：gaozhigang@csclc.com Tel：0472-5332946