多元料漿氣化工藝水煤漿濃度的影響因素

趙伯平

（陜西陜化煤化工集團有限公司，陜西 渭南 714100）

眾所周知，水煤漿（簡稱煤漿）濃度是多元料漿氣化工藝中極為關鍵的工藝指標，其在很大程度上決定著氣化裝置的運行效率與經濟性。在現有的制漿工藝裝備條件下，水煤漿濃度的提升（簡稱水煤漿提濃或煤漿提濃）是一項涉及面廣、影響因素較多的系統工程，要做好此項工作，必須對水煤漿的基本特性、水煤漿濃度提升的影響因素、各種煤漿提濃工藝的優缺點有一個深入而全面的了解。以下筆者結合多年生產實踐中得來的經驗與有關資料，從幾個方面就有關問題作一闡述，供業內參考。

1 多元料漿氣化工藝用水煤漿的基本特性

多元料漿氣化工藝用水煤漿的基本特性主要通過水煤漿中煤炭顆粒粒度及粒度分布、水煤漿中煤炭的含量（即煤漿濃度）、水煤漿的流變特性、水煤漿的穩定性四個方面表征。

1.1 水煤漿中煤炭顆粒粒度及粒度分布

水煤漿中煤炭顆粒粒度及粒度分布（俗稱煤炭顆粒粒度級配）對氣化效率、氧氣消耗、灰渣殘炭及煤漿濃度的影響巨大。從有利于燃燒和氣化的角度出發，水煤漿中煤炭顆粒粒度越小，越有利于反應速率的提升，氣化劑（氧氣與水蒸氣）消耗和灰渣殘炭率越低，水煤氣中有效氣含量越高，其主要原因是煤炭顆粒在氣化爐內停留時間只有0.7s左右。華東理工大學的于遵宏、王輔臣教授等指出，從有利于燃燒和氣化的角度出發，要求水煤漿中煤炭的粒度上限（通過率≥98%）為300μm，最好小于74μm［1］。

良好的粒度分布能使水煤漿中大小不同的煤炭顆粒相互填充，盡可能地減少煤炭顆粒間的空隙，得到較高的堆積效率，而煤炭顆粒間空隙率的下降能夠有效地降低制漿水的消耗，在采用同種原料及工藝的條件下，可以實現水煤漿濃度的提升，為氣化裝置的增產降耗打下良好的基礎。

1.2 水煤漿中的煤炭含量（即煤漿濃度）

通常情況下，水煤漿作為多元料漿氣化裝置生產水煤氣所用的原料之一，其濃度（質量濃度，下同）大于58%即可實現氣化裝置的經濟運行。當然，從節能降耗的角度來說，水煤漿濃度越高越好。但實際生產中，制約水煤漿濃度提升的因素眾多，且水煤漿濃度的提升也不是無限制的，提升到最適宜的濃度后，應努力保證整個制漿系統的平穩運行，否則將是不經濟的。

氣化用水煤漿是允許含有高達30%～40%的水分的，這里說的水分是水煤漿的全水分。首先是包括隱含在煤炭中的內在水分；其次，煤炭在進入制漿工段前要進行破碎處理，破碎時基于環保方面的考慮，要向煤炭表面噴淋少量的水，以避免揚塵污染環境，水煤漿的全水分中包含這部分水；另外，制漿時使用的制漿水（制漿水并不是原水，而是生產過程中產生的含有殘炭及其他固體顆粒的工藝污水及廢水）也包含在水煤漿的全水分中。華東理工大學的于遵宏、王輔臣教授等在《煤炭氣化技術》一書中指出：30%～40%的水分在燃燒時造成的熱量損失并不算大［1］。工程實踐也表明，水煤漿中的水分約30%是要參加氣化反應的［2］。因此，暫且不論水煤漿提濃的技術難度與經濟代價，如果一味地提升水煤漿濃度，水煤漿中水含量過低，將不利于氣化效率的提升，同等條件下會使氧氣消耗上升，水煤氣中有效氣（H2＋CO）含量降低，不利于系統的經濟運行。

1.3 水煤漿的流變特性

所謂流變特性，是指流體的流動特性。對于牛頓流體，流動時其粘度不隨溫度的變化而變化，不隨速度梯度的變化而變化；而氣化用水煤漿是一種非牛頓流體（非牛頓流體是指不滿足牛頓粘性實驗定律的流體），即其剪應力與剪切應變率之間不是線性關系。雖然眾所周知水煤漿濃度越高，氧耗越低，氣化效率越高，但為了便于水煤漿的泵送，并為水煤漿的霧化、燃燒、氣化創造有利條件，要求水煤漿具有優良的流動性，否則水煤漿中的煤炭顆粒等會在泵送過程中沉降，造成煤水分層，影響水煤漿的霧化、燃燒、氣化。水煤漿濃度提升后，在化學添加劑含量不變的條件下，水煤漿的流變特性會變差，此時可以通過增加化學添加劑的用量來改善水煤漿的流變特性，但當化學添加劑含量在既有工藝裝備條件下無法加大且水煤漿流動性良好時，就沒有必要再提升煤漿濃度了，因為此時煤漿濃度就是最適宜濃度；否則，濃度過高會導致煤漿粘度增大，管道輸送阻力增加，更為嚴重的問題是會使工藝燒嘴物化性能下降。

此外，還要求煤漿具有“剪切變稀”的流變特性。所謂的“剪切變稀”的流變特性，是指在其流動時表現出較低的粘度，便于使用；當其處于靜止狀態時，又可表現出高粘度的特性，便于存放。

1.4 水煤漿的穩定性

水煤漿是一種固液兩相混合物，不容易保持均勻狀態，極易發生固、液兩相分離的現象。通常要求水煤漿在儲運過程中不產生“硬沉降”。所謂“硬沉降”，指的是無法通過攪拌使水煤漿重新恢復原態的沉降物。水煤漿抵抗硬沉降的性能，稱為水煤漿的穩定性。對于長距離輸送的水煤漿而言，其穩定期一般為3個月；而對于存儲在氣化裝置附近的水煤漿來說，24h的穩定期就基本上能滿足生產所需。水煤漿穩定性的調節，可以通過物理手段、化學手段來實現，其中，化學手段調節水煤漿穩定性就是調節水煤漿添加劑中穩定劑的成分及含量。對于長距離輸送的水煤漿，其穩定性是通過物理手段或物理手段與化學手段相結合的方法來調節的。例如，建設中的神渭輸煤管道（神木—渭南煤漿輸送管道）工程所送的油水煤漿、焦水煤漿，其穩定性的調節就是通過物理手段與化學手段相結合的方法來實現的。

2 水煤漿濃度的影響因素

對于水煤漿而言，狹義的成漿性能指的就是成漿濃度；廣義的成漿性能還包括漿體的流變性、穩定性、觸變性、粘彈性。對于氣化用水煤漿來說，由于多數采用氣化爐爐前制漿，對其穩定性的要求并不是太高，但水煤漿入爐前需經工藝燒嘴霧化，因此對其流變性、觸變性及粘彈性均有一定要求。就實際生產而言，多元料漿氣化工藝用水煤漿濃度的影響因素主要有原料煤煤質、水煤漿中煤炭顆粒粒度及粒度分布（俗稱煤炭顆粒粒度級配）、制漿工藝與設備、制漿添加劑及輔助劑。具體分析如下。

2.1 原料煤煤質對制漿濃度的影響

有關研究表明，高濃度氣化用水煤漿制漿的難易受煤質影響較大，有的煤種在常規條件下很容易制成高濃度氣化用水煤漿，而有的煤種在常規條件下很難制出高濃度氣化用水煤漿，要想用其制出高濃度的水煤漿必須采用比較復雜的制漿工藝和設備，導致制漿成本上升，而如果制漿成本高于氣化高濃度水煤漿所帶來的收益，那就得不償失了。華東理工大學的于遵宏、王輔臣教授等在《煤炭氣化技術》一書中指出：煤階越低，內在水分就越高，煤中O／C越高，親水官能團越多，孔隙率越發達，哈氏可磨性指數（HGI）越小，煤中所含可溶性高價金屬離子越多，煤的制漿難度越大；影響原料煤成漿性的理化指標很多，且這些指標相互之間關聯密切［1］。因此，筆者認為，在對氣化用水煤漿提濃前，應在全面了解煤的成漿規律后，對原料煤的理化指標［如煤階、煤的變質程度、孔隙結構、分析基水分、灰分、揮發分、哈氏可磨性指數（HGI）以及煤的元素組成等］進行全面分析，綜合考慮其對制出高濃度、低粘度氣化用水煤漿的影響，可以采用公式C=67.848＋0.061366HGI－0.267763Mad－0.030864n0［1］［式中：C為可制漿濃度的最高值；HGI為制漿所用煤的哈氏可磨性指數；Mad為制漿所用煤的空氣干燥基水分（質量分數）；n0為制漿所用煤的含氧量］對制漿濃度的最高值進行測算。

煤的變質程度、灰分、含水量等因素對煤炭顆粒表面的親水性影響顯著，從而影響顆粒與分散劑（制漿添加劑的主要成分之一）、水之間的作用，致使煤漿的粘度和穩定性大為不同。此外，原料煤的孔隙率、比表面積、O／C、可溶性礦物質含量、哈氏可磨性指數等對水煤漿的成漿性能也有很大影響。具體說明如下。

（1）水煤漿的含水量指的是水煤漿中全水分的含量，包括原料煤的內水、外水及（制漿）外加水。煤的內水分布在煤炭顆粒的內表面，其分子和煤表面的極性官能團有較強的結合力，煤的內水高低有時會有幾倍至幾十倍的差異，隨著煤的內水的增大，煤的成漿濃度基本上呈逐漸下降的趨勢；而原料煤的外水則分布于煤炭顆粒的外表面，受碎煤工藝、碎煤場所氣象條件的影響。當水煤漿濃度一定時，原料煤的內水、外水偏高就會影響制漿外加水的添加量，從而影響水煤漿濃度的進一步提升，換句話說，原料煤的內水、外水偏高就很難制出高濃度、低粘度的氣化用水煤漿。因此，要想提升水煤漿的濃度，筆者認為只有想法降低原料煤的外在水分，并向水煤漿中添加合適的添加劑。降低原料煤的外在水分，可以通過減少濕法碎煤工藝噴水量，采用密閉送煤等手段來減輕或消除碎煤工藝、碎煤場所氣象條件對原料煤外在水分的影響。制漿外加水量（自由水含量）可用公式W=100%－c（1＋Mad）－b計算［式中：W為自由水含量；c為水煤漿（常溫下剪切速率100s－1、表觀粘度不超過1.2Pa·s時）的濃度，通過實驗獲得；Mad為制漿煤分析基內水；b為制漿煤分析基外在水分與煤漿中濕法制漿碎煤工藝噴淋水占比之和］；原料煤的添加比例可以用公式N=［1－（D＋E＋F）］×c1×100%計算（式中：N代表所添加原料煤在煤漿中的質量分數；D代表添加劑含量；E代表助熔劑含量；F代表pH調節劑含量；c1代表預期制漿濃度）。

（2）煤的孔隙率發達，則煤的比表面積大，在潮濕的環境下，發達的孔隙率會使煤炭內在水分增大，同時較高的比表面積又會導致制漿添加劑的消耗量增加；另外，發達的孔隙會聚集大量的氣體，成漿后，水會慢慢滲入其中，出現煤漿“鼓包”、“發干”等現象，加劇水煤漿老化，給水煤漿制備、儲存、輸送帶來困難。

（3）隨著煤中O／C增大，煤的成漿濃度逐漸下降。

（4）原料煤中灰分越高，煤漿的粘度越低，穩定性越好，流動性就越好，但是灰分每升高1%，原料煤中可燃物就會相應降低1%，氣化效率就會降低；另外，灰分過高會使泵、閥、工藝燒嘴的磨損加劇。

（5）華東理工大學的于遵宏、王輔臣教授等在《煤炭氣化技術》一書中指出：實踐證明，不溶性或難溶性礦物質對水煤漿流動性并無不良影響；而可溶性礦物質則不同，特別是高價金屬陽離子，很少量就足以使水煤漿失去流動性［1］。

（6）實踐證明，煤的哈氏可磨性指數增大，煤的成漿濃度上升。

（7）煤的巖相顯微組分對水煤漿的性質影響較大；在相近灰分條件下，對于煙煤而言，較高的鏡質組和較低的絲質組含量有利于煤的成漿濃度提升，有利煤漿的穩定性和流變性。

2.2 煤炭顆粒粒度級配對制漿濃度的影響

良好的煤炭顆粒粒度分布能使水煤漿中大小不同的煤炭顆粒相互填充，盡可能地減少煤炭顆粒間的空隙，得到較高的堆積效率，而較高的堆積效率不僅可使水煤漿中固體體積濃度增大，而且還可降低水煤漿的粘度，增強水煤漿的穩定性。煤炭顆粒粒度級配的分析通常是將粗、細顆粒兩部分分別進行：大于200目的用濕法篩分，小于200目的用沉積分析法或激光粒度分析法分析，然后綜合所得的結果即可得到完整的粒度分布?？傊?，煤炭顆粒粒度級配對水煤漿濃度的提升影響巨大。

2.3 制漿工藝與設備對制漿濃度的影響

在給定的原料煤及其可磨性條件下，磨機選型、磨機運行狀況、制漿工藝、制漿水供應系統設備運行狀況、添加劑供應系統設備性能及運行狀況、送漿設備及其運行狀況等對水煤漿濃度的提升都有巨大的影響。

2.3.1 制漿工藝

制漿工藝主要包括干法制漿、濕法制漿、干濕聯合制漿、中濃度磨煤制漿、高－中濃度磨煤制漿以及結合選煤的制漿工藝等。制漿工藝的選擇，取決于原料煤的性質及客戶對水煤漿質量的要求。

氣化用水煤漿制備通常選用濕磨工藝，其核心設備為磨機和低壓煤漿泵，工藝流程為：原料煤＋添加劑＋助熔劑＋制漿水→磨機→滾筒篩→磨機出口槽→低壓煤漿泵→煤漿貯槽。一般來說，濕磨工藝的磨煤粒度分布為：8目的達100%（通過率，質量分數；下同）、14目的達98%～100%、40目的達90%～95%、200目的達60%～70%、325目的達23%～25%。

2.3.2 水煤漿制備設備

水煤漿制備設備主要包括制漿水供應設備、原料煤輸送計量設備、助熔劑供應設備、添加劑供應設備、制漿設備、濾漿設備、煤漿輸送設備，具體情況簡介如下。

（1）制漿水供應設備：包括制漿水槽、離心式水泵、制漿水供應管道及制漿水流量調節閥。其中，制漿水流量調節閥、離心式水泵能否長周期、穩定運行對煤漿提濃有很大的影響。

（2）原料煤輸送計量設備：包括皮帶秤和刮板式清掃鏈條機。原料煤輸送計量設備的運行狀況對水煤漿濃度的提升也有影響，如果這些設備頻繁出現重大故障，就會導致磨機、低壓煤漿泵長時間停運；而若水煤漿濃度較高且低壓煤漿泵停運，低壓煤漿泵出口、入囗管線就會發生堵塞，須用沖洗水對低壓煤漿泵及其出口、入口管線進行沖洗作業，沖洗后管道內會存有部分沖洗水，當制漿系統重啟時，若低壓煤漿泵出口管線由地溝切至煤漿貯槽的時機掌握不當，濃度較低的水煤漿就會被送入煤漿貯槽，導致槽內煤漿濃度下降。

（3）助熔劑供應設備：包括助熔劑貯槽、圓盤給料機、螺旋送料機。助熔劑供應設備的運行狀況對水煤漿濃度的提升影響不大。

（4）添加劑供應設備：包括添加劑制備槽、制備泵、添加劑貯槽、添加劑計量泵、添加劑供應管線。這些設備發生故障，就會導致添加劑供應不足，在添加劑濃度不變的情況下，為保證水煤漿具有良好的流變性，只好降低水煤漿濃度。

（5）制漿設備：包括磨機（磨機與濾漿設備滾筒篩合二為一）、稀油站、高低壓油站、噴霧油站。稀油站在正常運行時向磨機減速機供油，高低壓油站為磨機前后軸承提供潤滑油，噴霧油站向小齒輪供油。這些設備的完好率、運行狀況對水煤漿提濃有較大的影響：如果磨機滾筒襯板固定螺栓密封元件損壞，就會出現甩漿、滲漿現象，造成浪費，需通過更換密封元件、緊固螺栓予以消漏；如果磨機、低壓煤漿泵停車時間過長，就要用沖洗水對其進行沖洗作業，上述操作頻繁進行就會使水煤漿濃度下降；另外，制漿系統的主要設備——磨機的選型也對水煤漿濃度的提升有影響，通常棒磨機制出的水煤漿濃度較球磨機制出的水煤漿濃度低1～2個百分點。

（6）濾漿設備：一般可分為線下過濾裝置和在線過濾裝置。線下過濾裝置主要應用在煤漿儲備工序，包括罐體、梯形絲過濾柱、傾斜形刮刀、傳動軸、驅動電機、電動排渣閥和延時控制裝置；線下過濾裝置的罐體體積龐大，能耗較高，不如滾筒篩過濾機。連續工作的制漿系統一般采用在線過濾裝置，其工作原理為利用壓差作用［如利用煤漿輸送設備提供的壓力或煤漿的自重結合機械運動（如滾筒篩的旋轉運動、振動篩的振動）］使合格的水煤漿通過特殊不銹鋼制成的多孔過濾介質（即過濾篩），一般用于連續制漿系統并適用于高濃度水煤漿的過濾，目前還沒有通用產品。氣化用水煤漿過濾設備一般為振動篩或滾筒篩，其能耗較低，可保證系統的穩定運行。陜西陜化煤化工集團有限公司（簡稱陜西陜化）的濾漿設備采用的是與磨機滾筒組合在一起的滾筒篩，利用水煤漿的自重結合滾筒篩的旋轉運動使合格的水煤漿通過特殊不銹鋼制成的多孔過濾介質（過濾篩）；為保證后系統的穩定運行，還增設了二級過濾裝置。

（7）煤漿輸送設備：實際生產中常用的煤漿輸送設備有離心式低壓煤漿泵、螺桿式煤漿泵、往復式隔膜煤漿泵。離心式低壓煤漿泵因其具有處理量大、能承受高溫高壓、使用方便的優點而被一些企業在特定的條件下采用，但其存在密封性差、能耗高、檢修費用高（其泵體與煤漿直接接觸）的問題，同時對所輸送煤漿的粘度有一定的要求。螺桿式煤漿泵具有流量連續均勻、脈動小、流量隨壓力變化小、運轉平穩、無振動及噪音、允許輸送物料粘度變化范圍較寬、吸入性能好的優點，但存在螺桿螺旋面加工工藝復雜、價格昂貴的缺點。往復式隔膜煤漿泵屬于加工技術難度大、產品附加值高的泵類產品之一，其可靠性與穩定性高，泵體磨損小，輸送介質無外漏，能耗適中，檢修頻率低，日常維護費用低。目前國內大部分水煤漿氣化裝置配套的高壓煤漿泵均采用隔膜泵，陜西陜化的低壓煤漿泵、高壓煤漿泵也采用的是隔膜泵。

2.4 添加劑及輔助劑對制漿濃度的影響

2.4.1 添加劑的種類及成分對制漿濃度的影響

為使水煤漿具有高濃度、低粘度、良好的流變特性以及較好的穩定性，制漿時加入適量的添加劑是十分必要的。常用的添加劑有陽離子型添加劑、陰離子型添加劑、非離子型添加劑。非離子型添加劑主要依靠表面活性劑來降低煤漿液體表面的張力，使水煤漿中煤炭顆粒表面潤濕，控制煤炭顆粒表面的電荷，以降低煤炭顆粒表面的疏水性，并在煤炭顆粒之間形成一層水膜，以減小顆粒之間的摩擦阻力，改善水煤漿的流變特性。離子型添加劑主要依靠含極性基添加劑的靜電吸附在水煤漿顆粒上降低煤炭顆粒表面的電荷，以改變水煤漿的特性。另外，添加劑的作用產生在煤水界面，其效能與煤炭的表面性質密切相關。

一般水煤漿添加劑的主要成分有：分散劑、穩定劑及其他一些輔助化學藥劑（如消泡劑、pH調整劑、防霉劑、表面改性劑、促進劑）。添加劑配方對水煤漿的制漿成本有很大的影響，在這些藥劑中，最重要的也是必不可少的為分散劑和穩定劑。

分散劑是一種可以促進水煤漿中煤炭顆粒在分散介質（水煤漿中的水）中均勻分散的化學藥劑。常用的分散劑有聚羧酸鹽、木質磺酸鹽、腐殖酸鹽、萘磺酸鹽4種。加入分散劑的目的是防止分散相（水煤漿中的煤炭顆粒）沉淀，提高煤漿膠體體系的穩定性。在給定制漿條件（原料煤、制漿工藝、制漿設備、添加劑供應量及供應設備給定）下，添加劑中分散劑用量不足，水煤漿中的分散相就會沉淀，煤漿膠體體系的穩定性就會下降，就不可能制出高濃度、低粘度的合格水煤漿。

多元料漿氣化裝置使用的水煤漿是一種高濃度固液兩相粗分散體系，穩定劑在體系中可以形成特殊的空間結構而產生機械阻力，防止水煤漿中高電荷煤炭顆粒的沉淀，以此提高水煤漿的穩定性。常用的穩定劑有聚丙烯酰胺、羧甲基纖維素。在給定制漿條件（原料煤、制漿工藝、制漿設備、添加劑供應量及供應設備給定）下，添加劑中穩定劑用量不足，水煤漿中的分散相就會沉淀，煤漿膠體體系的穩定性就會下降，就不可能制出高濃度、低粘度的合格水煤漿。

多元料漿氣化裝置使用的水煤漿添加劑的化學藥劑配方與原料煤煤質、水煤漿濃度的高低關系密切，當原料煤煤質發生較大變化或水煤漿濃度需大幅提升時，添加劑中的化學藥劑配方就必須作出相應調整，化學藥劑配方中各組分的含量需經過試驗研究確定。

2.4.2 各類輔助劑對制漿濃度的影響

消泡劑的主要作用是消泡，常用的有醇類及磷酸酯類，通常只在以下2種情況下使用：第1種情況是添加劑配方中含有非離子型分散劑，因為此類分散劑同時具有很好的起泡性，會致使多元料漿氣化裝置使用的水煤漿中含有過多的氣泡，影響水煤漿的流變特性；第2種是制漿原料煤為浮選煤，當其表面殘留的起泡劑較多時，攪拌充氣后會產生氣泡，也會影響水煤漿的流變特性。在給定制漿條件（原料煤、制漿工藝、制漿設備、添加劑供應量及供應設備給定）下，添加劑中消泡劑用量不足，水煤漿中就會含有過多的氣泡，水煤漿的流變特性就會變差，就不可能制出高濃度、低粘度的合格水煤漿。許多陰離子分散劑（如萘磺酸鹽）同時具有良好的消泡作用，和非離子型分散劑聯合使用，不但可以消泡，還可以減少分散劑的使用量，從而降低制漿成本。消泡劑用量大約是分散劑用量的10%（質量分數），最適宜的用量應通過試驗獲得。

pH調節劑的作用是調節溶液的酸堿度。多元料漿氣化裝置制漿時以弱堿性溶液環境為好，pH調節劑用量大小對制漿濃度影響較大。

防霉劑的作用是防止水煤漿添加劑在水煤漿長期儲存過程中失效。由于多元料漿氣化裝置使用的水煤漿一般都是隨制隨用，即使儲存，時間一般不會超過24h，因此防霉劑用量的大小對水煤漿濃度影響不大。

表面改性劑的作用是通過改變煤炭顆粒表面特性來提高煤的成漿性能。對于難制漿煤種，加入表面改性劑后，水煤漿的粘度和接觸角均會得到一定的改善；而對于易制漿煤種，這種作用并不明顯。

促進劑主要具有降低煤漿粘度、提高煤漿穩定性、改善煤漿流變特性、增強煤漿抗剪切能力的作用，其用量大小對水煤漿濃度的提升影響較大，用量充足，水煤漿的粘度和接觸角均會得到一定的改善，煤漿的流變特性、抗剪切能力均會得到提升。

3 幾種煤漿提濃工藝

華東理工大學的于遵宏、王輔臣教授等在《煤炭氣化技術》一書中指出，據高－中濃度磨煤形式以及磨機的不同，煤漿提濃工藝有以下3種。

3.1 第1種煤漿提濃工藝

第1種煤漿提濃工藝（如圖1）所制備的水煤漿，其粒度分布達到了較高的堆積效率，有利于制出質量較好的水煤漿，但還沒有擺脫中濃度磨煤后產品還需過濾脫水的環節。所用設備是棒磨機＋球磨機及過濾、攪拌設備。

3.2 第2種煤漿提濃工藝

第2種煤漿提濃工藝（如圖2）與第1種煤漿提濃工藝截然相反，粗磨是高濃度磨煤，細磨則是中濃度磨煤。原料煤破碎后與添加劑進入高濃度粗磨單元進行高濃度粗磨，得到的產品水煤漿分出一路加水后進入中濃度細磨磨機，一路進入攪拌器，攪拌均勻后進入過濾設備過濾除雜后得到成品煤漿；中濃度細磨磨機的產品則返回高濃度粗磨單元入口，與破碎后的原料煤、添加劑混合后，進入高濃度粗磨單元進行高濃度粗磨。這種工藝省去了后續的過濾、脫水及捏混環節，簡化了生產工藝；細磨原料不直接來自破碎后的原料煤，這樣可以減小細磨中的破碎比，很好地提高中濃度細磨的效率，且細磨產品返回高濃度粗磨磨機中，可改善粗磨磨機中高濃度煤漿的粒度分布，從而有利于制得高濃度、低粘度、高流變性的優質氣化用煤漿。第2種煤漿提濃工藝中，粗磨磨機最好選用棒磨機，細磨磨機最好選用球磨機。

圖1 第1種煤漿提濃工藝流程框圖

圖2 第2種煤漿提濃工藝流程框圖

3.3 第3種煤漿提濃工藝

第3種煤漿提濃工藝（如圖3）與第2種煤漿提濃工藝的區別在于中濃度細磨的原料來自破碎后的原料煤。第3種煤漿提濃工藝中，粗磨磨機最好選用棒磨機，細磨磨機最好選用球磨機。

圖3 第3種煤漿提濃工藝流程框圖

4 陜西陜化煤漿提濃實踐

陜西陜化合成氨裝置有4臺多元料漿氣化爐，開二備二，單臺氣化爐設計投煤量1500t／d；配套4套磨煤系統，開二備二，單套磨煤系統設計最大投煤量1560t／d（干基）。

4.1 制漿工藝

陜西陜化多元料漿氣化裝置制漿工藝：來自煤倉經破碎后的原料煤，經計量后與來自料倉的助熔劑、來自添加劑泵的添加劑、來自磨煤水泵的制漿水一并進入低速運轉的棒磨機，各層介質順筒體旋轉方向轉移一定的角度，自然形成的介質層按同心圓分布，并沿著同心圓軌跡升高，當介質超過自然休止角時，則像雪崩一樣泄落下來，如此循環；在泄落式工作狀態下，物料因破碎介質相互滑動時產生壓碎和研磨作用而粉碎，從而制出合格的水煤漿；成漿后的水煤漿進入與筒體相連的滾筒篩上濾掉雜質，之后入磨機出口槽，攪拌均勻后由菲魯瓦隔膜低壓煤漿泵送至氣化工段煤漿大槽備用。

4.2 煤漿提濃工藝

為提高氣化效率、降低氧氣消耗、提升企業的經濟效益，陜西陜化于2018年二季度決定提升多元料漿氣化裝置用水煤漿的濃度。受多種因素（諸如資金、場地、技術）的限制，現有工藝及設備未作大的改動，只是在低壓煤漿泵出口至磨機入口加裝了1條煤漿回流管線，將低壓煤漿泵出口產品水煤漿部分返回磨機，再與磨機內的原料混合進行二次研磨制漿，即借鑒了上述3種煤漿提濃工藝中的第2種，以期獲得高濃度的水煤漿；為了防堵，在煤漿回流管線上設有沖洗水管線。

4.3 煤漿提濃過程中出現的問題及解決方案

從近幾個月的運行情況來看，氣化裝置用水煤漿濃度有所提高，由早期的60%提至現在的62.8%，煤漿的粘度基本穩定在600～1200cP之間，氣化裝置能穩定運行，但由于經驗有限及相關研發技術的缺失，煤漿提濃后多元料漿氣化裝置運行中也出現了以下幾個方面的問題。

4.3.1 滾筒密封元件壽命短而致磨機頻繁停檢

磨機滾筒密封元件使用壽命有限，筒體襯板固定螺栓密封處時常出現泄漏，為保護環境、節約原料，磨機需頻繁停車檢修消除漏點。低壓煤漿泵出口水煤漿部分返回磨機進行二次研磨，改善了煤漿的粒度分布，提高了顆粒的堆積效率，使煤漿濃度得到提高，在添加劑用量給定的條件下，水煤漿的粘度會有所增大，水煤漿的流變特性有所下降，而滾筒的規格是一定的，在特定條件下，其工作效率會下降。當磨機短時間停運檢修時，滾筒篩停轉，為防止低壓煤漿泵出口、入口管線及泵本體堵塞，減少對整個系統的影響，低壓煤漿泵仍需以最低工作轉速運行，此種情況下，若不進行有效處理，低壓煤漿泵出口返回磨機的產品水煤漿就會沿著滾筒雜質出口溢流至一樓地面，造成環境污染及原料浪費；為杜絕此類現象的出現，必須在磨機停運前將煤漿回流管線切出并沖洗，以防其堵塞，但頻繁沖洗會對煤漿濃度的提升造成一定的影響。

解決方案：與磨機生產廠家聯合研發適合陜西陜化制漿條件的磨機滾筒密封元件，延長其使用壽命；改善密封裝置結構，做好檢修計劃，狠抓檢修質量，切實做到計劃檢修，減少檢修頻次。

4.3.2 煤漿回流管線存在堵塞風險

受場地、設備布局、資金方面的限制，煤漿回流管線只能從低壓煤漿泵出口閥前甩頭向上緊貼一樓樓板向北向上穿過一樓樓板，由磨機機頭進料管進入磨機，這種布局，在煤漿回流管線停運沖洗后仍然存在堵塞風險。

解決方案：在磨機停運前磨機出口槽提液位時，將煤漿回流管線切出，用沖洗水沖洗至煤漿回流管線全線壁溫降至常溫時再停沖洗水；檢修結束磨機運行正常、磨機出口槽液位漲至60%以上時，打開沖洗水手閥沖洗煤漿回流管線3～5min，然后關閉沖洗水手閥，打開煤漿回流手閥，提高低壓煤漿泵轉速直至煤漿回流管線全線溫度回升至磨機停運前的溫度后，再將其轉速與磨機出口槽液位聯鎖恢復。在工藝操作方面作出如上調整后，基本上可以防范煤漿回流管線停運沖洗后仍存在的堵塞風險。

4.3.3 煤漿回流管線沖洗水管上手閥配置不當

煤漿提濃技改實施初期，由于缺乏經驗，煤漿回流管線沖洗水手閥選型、沖洗水配管出現過一些失誤，主要體現在以下幾個方面：①沖洗水手閥選用截止閥，在沖洗水停用期間，手閥出口端閥芯與閥殼之間的空間易積存煤漿，造成手閥打開困難，即使閥門可以打開，積存的煤漿也會造成沖洗水流道堵塞，開啟初期需不斷地敲擊管道及閥體才能保證沖洗水的供應；②配管時手閥與管道沒有采用法蘭連接，而是直接焊接，這種連接方式無形中減小了管線的流通截面，即降低了沖洗水量，影響沖洗效果。

解決方案：①更換沖洗水手閥，將其由截止閥改為閘板閥；②重新配管，沖洗水管道與閥門采用法蘭連接；③疏通沖洗水管線，保證沖洗水流量及壓力達標。

4.3.4 添加劑供應量不穩定

系統運行初期，由于添加劑供應設備方面的原因，造成添加劑供應量不穩定，導致水煤漿的粘度上漲、流變性能下降（煤漿濃度最高為62.8%時，煤漿粘度高達1180cP，此時煤漿的流變性能極差），煤漿流動困難。

解決方案：做好新型添加劑配方的研發和添加劑供應設備的維護保養工作，保證添加劑供應量的穩定；在添加劑供應量不足時，工藝上及時作出相應的調整。

5 設想及建議

若不考慮諸多限制因素，參照上述第2種煤漿提濃工藝，陜西陜化煤漿提濃可按以下設想進行技改：①中濃度細磨機選用球磨機，高濃度粗磨機選用棒磨機；②在中濃度細磨機出口加裝煤漿輸送設備，將中濃度細磨產品送至高濃度粗磨單元；③配置煤漿泵沖洗管線及沖洗廢水回收存儲設備，將回收的沖洗廢水送往制漿水供應單元循環使用；④設置安全可靠的添加劑供應系統，并選用適宜的添加劑（添加劑的成分及用量應根據原料煤煤種通過試驗獲得）。

6 結束語

在給定的條件下，生產出高濃度、低粘度、流變性能良好的氣化裝置專用水煤漿，是我們氣化人不懈追求的目標，如何以最簡潔的工藝、最少的投入實現這一目標，還有待于我們在日常的生產實踐中不斷摸索與探究。以上論述只是筆者對氣化裝置用水煤漿提濃的一點點淺見，不當之處還懇請業界同仁批評指正。