水煤浆加压气化装置煤浆制备单元存在的问题及改造措施

水煤浆加压气化装置煤浆制备单元存在的问题及改造措施

李 鑫（国能榆林化工有限公司，陕西 榆林 7 1 9 3 0 0 ）

摘要：把水煤浆加压气化技术引进国内之后，取得了突出的应用成果，给能源加工等领域的发展带来了强劲动力。经过实践研究分析发现，此技术应用过程中容易发生煤浆含量过高、高压煤浆泵垫缸引起气化炉跳车等问题，应当联合各种先进的化工技术，不断提高水煤浆加压气化技术运用效果。本文重点分析了水煤浆加压气化装置煤浆制备单元中存在的问题，并提出相应的改造方案。

关键词：水煤浆；加压气化装置；煤浆制备单元；问题；改造措施

中图分类号：TQ545 文献标识码：A

1 煤浆方面

1.1 煤浆浓度

（1）煤浆浓度的影响因素。①原料煤的内、外在水分含量；②添加剂不够稳定；③原料煤和工艺水、添加剂的使用比例；④原料煤的成浆能力；⑤钢棒使用比例以及磨损状态。

（2）煤浆浓度的控制方法。①保证原料煤质量的稳定性，同时控制外在水含量不超出规定标准。如果原料煤内水分所占比例太高或者是太低时，就需要对工艺水的总用量予以调整。②对煤浆中所使用的添加剂浓度加以调控，同时还要注重对其中有效成分的比例进行严格调控。③在原料煤中水分占比、添加剂浓度保持相对稳定的条件下，则需要尽可能做到对各材料使用量的稳定控制。若是生产负荷出现变动，就需要同时对各类材料的用量都进行适当的变动[1]。④调节添加剂用量与钢棒配合比。⑤调节钢棒配合比或者替换现有钢棒。

1.2 煤浆粘度

（1）影响煤浆粘度的因素。①若煤浆平均粒度较小时，煤浆粘度则会相应的提高，反之亦然。②煤浆浓度提高的情况下，煤浆粘度也会相应提高，反之亦然。③在合理范围内，提高添加剂的使用量，会导致煤浆粘度下降，反之亦然。

（2）煤浆粘度的控制方法。①在由于煤浆粒度过小而使得煤浆粘度增大的情况下，可以相应的增加煤浆粒度，从而实现煤浆粘度的调小，反之亦然。不过，若是通过调整导致煤浆力度分布不符合工艺指标之时，则不可采取此种办法，而是需要尝试通过调节钢棒配比来实现煤浆粘度的控制。②若是由于添加剂使用量不合理而导致粘度变化，则可通过调节添加剂用量来实现煤浆粘度的控制。但是，当对添加剂用量作出调节后，发现煤浆粘度的变化效果不明显时，就要继续分析寻找其他原因，采取其他办法加以调节[2]。

1.3 煤浆粒度分布

（1）影响煤浆粒度分布的主要因素。①在适当范围内，原料煤的硬度越高，则将煤磨细的难度也就越高，因此煤浆粒度会相对较粗，反之亦然。②钢棒级配和装棒量会对煤浆粒度的分布状态带来直接性影响，当原料煤煤种相同的情况下，对钢棒级配和装棒量进行调整，是实现煤浆粒度分布有效调整的关键方式之一。③煤浆粒度会随着生产负荷的提高而同步提高，即二者呈正比例关系。④入磨机原料煤粒度较大时，相应的出料煤浆粒度也会相对较大，反之亦然。

（2）煤浆粒度的调节方法。①把控好原料煤的质量，特别是其硬度不可出现过于明显的波动。否则，就需要通过调节生产负荷、钢棒级配和装棒量来实现对煤浆粒度分布的控制。②控制好钢棒级配，使之符合实际生产情况，而且需要定期添加新的钢棒。在实际生产作业中，若是煤浆粒度偏大，此时就可适当增加部分直径偏小的钢棒；反之，则需要增加直径偏大的钢棒。③要将生产负荷控制在较为稳定的状态，在煤浆粒度偏小或是偏大的情况下，则需要相应的调节原料煤的粒径大小。考虑到会对煤浆粒度的分布状态造成影响的因素相对比较多，在实际操作过程中，如发现煤浆粒度变化，应当第一时间调查清楚具体的原因之后，再采取相应的措施进行处理。

2 高压煤浆泵垫缸导致气化炉跳车

2.1 问题原因

经过调查分析得知，国能榆林化工有限公司发生此项问题的具体原因为，煤浆中有着较多大块的煤粒与金属杂物，使得煤浆泵单向阀门无法顺利回座，导致打量变小。此外，煤浆内还分布着沉积的

煤浆硬块，使得煤浆泵的进口管道产生阻塞问题，而这也是导致打量欠缺的一项核心要素[3]。

（1）煤浆中大的煤颗粒和金属杂物的来源。在棒磨机保持正常状态下运作时，一些研磨不足的大粒径煤粒、断裂的钢棒、铁丝等金属物质会顺着棒磨机的滚筒筛内进入到大颗粒进料管内，后续再流向收集槽内。针对生产情况展开仔细研究分析得知，当前的进料管所设坡度太过平缓，而在受到煤浆包裹之下的大颗粒物质流往进料管之后，流动的速度会相对放慢，从而更加容易粘附于进料管的四壁上，引发进料管阻塞问题。大颗粒进料管以及煤浆进料入口中间虽然有安设一处挡板作为阻隔之用，但是其与滚筒筛中间间隔了大概20 mm 的距离，而在进料管内的物料逐渐堆聚到一定的高速之后，此时不能正常排出的大颗粒物体与金属物质便会顺着此处空隙掉落到煤浆进料入口之中，后续再协同煤浆一起进入到磨机出料槽内，最后在低压煤浆泵的处理下转移到二级滚筒筛内。与此同时，二级滚筒筛之中的大颗粒进料管也同样有此类问题，也就导致大粒径煤浆和金属物质流入到煤浆槽内。

（2）煤浆槽内煤浆硬块产生的原因。在生产工艺链上，有设置一处半径为5.5 m 的煤浆槽。棒磨机制取的水煤浆在流入煤浆泵之前，会暂时在该槽中短期存储。为避免煤浆长期静置而发生沉积作用，有在煤浆槽中安设搅拌器。而经过现场调查后了解到，因为长期运行，搅拌器桨叶发生了严重的磨损，当搅拌器运行之后，煤浆槽中靠近槽壁大约1 m 范围内的煤浆都为静止状态，如此就使得其发生了沉积，从而凝聚成了硬块物质，而且会在槽底沿着槽壁逐渐堆聚，在到达相对比较高的高度以后自动脱落下来，由煤浆夹带其一同通往煤浆泵的进口位置，使进口管道发生堵塞。

2.2 改造措施

清除煤浆中大的煤颗粒和金属杂物。为了规避大粒径煤粒和金属物质由棒磨机滚筒筛的进料入口与煤浆进料通道之中的空隙流入至入磨机的出料槽内，则需要在滚筒筛的冲洗水阀位置设置一道冲洗

水的工序，并将相关冲洗设备安设在大颗粒进料口周围。如此不仅能够实现对滚筒筛的自动化冲刷清理，同时也能够对大颗粒进料管加以冲刷，避免进料管道发生阻塞问题[4]。并且还需要对进出料通道口中间的空隙位置安装隔板，在不给滚筒筛的正常运转带来影响的基础上，使得此隔板尽可能接近滚筒筛，以此起到隔离大粒径煤粒和金属物质，防止其进入至出料槽的作用。另外，也要在二级滚筒筛的出口部位安设冲洗设备，从而实现对粗颗粒进料管的自动化冲洗，避免其发生阻塞问题。通过采取上述一系列措施，在后续的生产作业中再未出现过大粒径煤粒和金属物质，由此便做到了对煤浆泵垫缸跳车问题的彻底解决。

3 磨煤机开停车初期无法回收不合格煤浆

3.1 问题分析

将磨煤机开启前，需要往其中添加水直到溢流，在确定好出料槽液位以后，然后把煤浆泵启动，这时磨煤机之中就会存在大量的水。将磨煤机开启之后，以40 t/h 的速度投放原料煤，因为磨煤机中充满水，再加上出料槽中也都是水，因此这时所制成的煤浆各方面指标都不达标。结合具体操作经验，磨煤机维持此种运行状态大约为30 min，此时制成的煤浆全都通往研磨水池，总量大概是20 t。因为煤浆属于一种沉淀性物质，在磨煤机停机之后，应当把运输煤浆的设备与管路全面冲刷清理干净。所以，当磨煤机停止运行之后，再利用清水进行冲刷的过程中，磨煤机、储料槽、低压煤浆泵、管线等位置残余的煤浆不会继续运输到系统中，而是会切换成研磨水池，总量大概是15 t。由上可知，磨煤机启停机时，输送到研磨水池的煤浆数量一共为35 t 左右，这些物料未能获得

有效使用，不仅浪费了资源，也会造成生产成本的提高。

3.2 改造措施

为实现节约能源、降低能耗的目标，可以分别在制煤系统的三台煤浆泵出口管道上安设一根管线与煤浆流量计，然后再与磨煤机的进料口进行连接，

实现彼此间的互相接通与切换。假如1# 与3# 磨煤机正处于正常运作的状态，3# 磨煤机需要切换成2# 磨煤机，则具体操作方式如下：

（1）2# 磨煤机启动时制成的不达标煤浆全都投入3# 磨煤机，当2# 磨煤机制浆浓度达标之后，再把煤浆通往煤浆槽中，对2# 和3# 磨煤机之间的连通管线使用清水清洗干净。

（2）将3# 磨煤机停机之前，冲洗环节需要把残余的煤浆通往启动状态的2# 磨煤机，对制浆过程进行把控，一直到3# 磨煤机残余的煤浆完全冲洗干净，再将隔离阀闭合，直接停止3# 磨煤机的

运转。根据上述改进措施，便可把停止运作后磨煤机残余煤浆以及初步启动阶段制备的不达标煤浆充分回收与利用。为避免如此操作会对煤浆浓度的控制带来干扰，此流程的磨煤操作应当将滚筒筛的滴浆作为直接的判定标准。这是由于气化炉内的煤浆与O2 按照固定比例发生反应，若是二者比例设置不当，就会使得气化炉的运行受到影响，有可能引起安全事故，而滚筒筛滴浆则表示此时煤浆浓度相对较高[5]。

4 配煤比例

（1）第一阶段。在试车的初期阶段，所用原料煤均为锦界煤。当气化炉稳定运行一周以上（判断标准为渣口压差与合成气成分稳定，排渣顺畅，灰水碱度与硬度等指标达标），通过生产指挥中心、技术质量部以及甲醇事业部进行综合评价之后，方可进入到下阶段。

（2）第二阶段。把西湾煤和锦界煤依照3 ∶ 7的比例混合均匀，进行为期一周的试烧，若观察气化炉运行稳定之后，便可进入到下阶段。

（3）第三阶段。将西湾煤和锦界煤依照7 ∶ 3的比例混合均匀，进行为期一周的试烧，若观察气化炉运行稳定之后，便可进入到下阶段。

（4）第四阶段（待定）。把原料煤全都替换成西湾煤，进行为期一周的试烧，若观察气化炉运行稳定之后，便可进入到正常生产环节。

（5）若气化炉运行期间出现堵渣、超温等问题，需立刻停止使用现下的配煤比例，调整成上一阶段的配煤比例。按照前期试验结果，锦界煤、西湾煤之间成浆性能比较接近，吨煤耗用水煤浆添加剂（浓度为30%）的指标为6%±2%，煤浆浓度、粘度、酸碱值与流动性、稳定性都比较接近。最终确定的煤浆性能指标如表1 所示。

表1 煤浆性能指标

控制项目单位指标范围

浓度% 61±1

PH - 7-9

粘度cp 300-1200

粒度分布

8 目% 100

14 目% ≧ 98

40 目% ≧ 90

200 目% ≧ 30

325 目% ≧ 25

5 结语

综上所述，水煤浆加压气化技术存在煤种适应范围广、碳转化率高、煤气效率高等优势，是当前应用的主流技术之一，有着较高的应用价值。但与此同时，水煤浆加压气化装置煤浆制备单元也存在

一些常见的问题，应当对其进行合理改进，以此确保配制的水煤浆质量符合实际生产要求，保证加压气化装置能够安全、稳定、持续的运转。

参考文献：

[1] 张明，张福亭. 鲁奇碎煤加压气化工艺在煤制天然气项目中的应用分析[J]. 中氮肥，2022(06):5-8.

[2] 杨宇. 德士古水煤浆气化运行中安全环保问题优化对策[J]. 化工设计通讯，2020,46(09):13-14.

[3] 郭煜. 德士古水煤浆加压气化技术运行中的问题和处理对策[J]. 云南化工，2020,47(01):117-118.

[4] 侯铠鹏. 制备高质量水煤浆的影响因素及操作控制[J]. 中氮肥，2019(06):12-14.

[5] 马晓龙. 水煤浆加压气化工艺技术优化[J]. 化工设计通讯，2019,45(10):12-13.