废焦粉掺配高浓度水煤浆的影响因素分析

张永龙

摘 要：讨论了废焦粉与煤炭掺配制取水煤浆过程中，煤质、焦粉特性、添加剂对水煤浆成浆性的影响，通过改变焦煤配比，调整工艺和优选添加剂，使工业用水煤浆的平均浓度由58%提升至60%以上，提高了2%。

关键词：焦粉；水煤浆；成浆性；粒度分布

新疆地区煤炭资源丰富，发展煤化工具有明显的地缘优势。近年来，随着煤化工技术的不断发展，具有清洁环保的水煤浆加压气化技术不断得到应用和推广，成为煤炭清洁化高效利用的典范，水煤浆是由大约58-62%的煤、41-37%的水和1%的添加剂通过物理加工得到的一种低污染、高效率、可管道输送的代油煤基流体燃料。它改变了煤的传统燃烧方式，显示出了巨大的环保节能优势。尤其是近几年来，采用废物资源化的技术路线后，利用煤泥和工业废水等研制成功的环保水煤浆，可以在不增加费用的前提下，大大提高了水煤浆的环保效益。在我国丰富煤炭资料的保障下，水煤浆也已成为替代油、气等能源的最基础、最经济的洁净能源。新疆地区煤炭普遍存在内水高、煤质年轻，在发展水煤浆气化技术过程中造成煤浆的低成浆性，使得气化生产好氧量增加，成本升高，发展受到限制，多数企业采用固定床等气化工艺，造成环保的污染、清洁生产得不到保障。为解决该问题，公司利用在电石生产过程中产生的大量废焦末，与原料煤进行掺配，制取高浓度的水煤浆工艺技术，通过对掺配工艺的优化、添加剂的优选

1 焦煤混配工艺流程简述

利用废焦粉与原料煤配制水煤浆的工艺流程，如图1。首先原料煤通过皮带输送机由煤场输送至气化工段煤仓中；电石厂的废焦粉由于粒度小，扬尘大，通过封闭罐车灌装后，通过气力输送至焦仓中。其次，原料煤与焦粉按照7：3的比例通过各自的称重机向磨机中投原料，同时连续添加水和比例的添加剂，最终分别得到煤浆和焦浆；第三通过煤浆泵和焦浆泵提升至焦煤混合器中进行充分混合，并加入比例助剂，以达到较好的成浆性，最终得到>60%的气化用水煤浆，合格的水煤浆进入大煤浆槽中储存，再通过高压煤浆泵送至气化炉工艺烧嘴与氧气进入气化炉中反应，最终得到合成气。

2 煤质与焦粉性质分析

如下表，为煤炭和焦粉数据分析，从数据中看出，煤炭的内水含量较高，该煤种在单独使用时，最高的煤浆浓度只能达到54%，粘度1420Cp，在气化生产过程中造成消耗氧气的升高；而焦粉的质量中水份含量少，固定碳高，极易形成高浓度的水煤浆，然而焦粉属于煤的干馏产物，硬度高，可磨指数只有58，是煤炭的一半，属于极难研磨物质，因此在利用中受到极大的限制，掺混比例低，利用量少等缺点。

由于焦粉的低可磨指数，在工艺选择上更倾向于分开研磨，混合制浆的工艺，经过工业化验证，在同一个磨机中混磨煤焦，煤焦比例最高只能达到9：1，焦粉的利用率显著下降，而采用分开研磨混合制浆工艺后，煤焦比例提升至7：3，利用率显著提升。

3 工艺控制指标影响因素

水煤浆的浓度、粘度和粒度分布是判定质量的重要指标，水煤浆浓度直接影响了气化效率和氧气消耗量，低浓度的水煤浆燃烧低，耗氧高，装置运行经济性差；高粘度的煤浆输送压力高，管道阻力增大，给气化运行安全带来威胁；煤浆粒度分布是决定水煤浆浓度和流动性的重要因素[1]，粒度分布大，燃烧彻底，低渣含碳量低，粒度分布要求75μm内的颗粒大于60%以上。

3.1 煤浆浓度的控制

最终的煤浆浓度取决于煤浆与焦浆的比例控制，焦粉固定碳含量高，制得的焦浆浓度最高达到67%，而新疆煤炭只能达到54%，在配制时严格按照重量比进行称重计量，同时保证加入的水及添加剂的比例稳定，只有焦浆和煤浆浓度稳定，才能得到最终煤浆浓度的稳定，另外由于煤与焦是分开研磨，混合器和助剂的加入较为关键，必须降低混合液的亲水基团，才能得到焦煤结合较好的水煤浆。

3.2 粒度分布的控制

该工艺中的水煤浆粒度分布制备主要取决于焦浆的粒度分布，焦粉属于难磨物质，因此粒度分布较差，为了将焦粉的影响降低到最小，除了利用大磨机，增加研磨的停留时间外，还需对磨机中的钢棒的种类进行改换，适当减少大的钢棒，利用小钢棒进行细致研磨。原料废焦粉粒度发生变化时，尽量囤积焦沫，粒度变大后及时补加焦沫，该焦沫平常来自电石除尘系统，在该系统中起到调节废焦粉粒度变化的作用。

3.3 粘度的控制

水煤浆的粘度不仅与添加的添加剂有关，还与添加的助剂有关系，当粘度增加时，适当降低助剂的量，该工艺中磨机中的添加剂是不要求去变换，粘度的变化主要是对助剂进行调整。另外粒度分布也决定了粘度的变换，因此，当检测粒度分布发生变化时，适当调整煤浆的粒度分布，尽量不要动焦浆的粒度分布，焦粉属于难磨物质，调整会造成整个系统的指标变化。

4 结语

通过对焦粉和原料煤制浆过程中的工艺控制指标分析，找出了合理的工艺配置方案，并在关键设备和添加剂的用量方面进行了优化和合理投加，最终保证了水煤浆的控制指标，同时给气化炉的安全、高效稳定运行奠定了基础。