供熱鍋爐用煤泥水煤漿制備技術在門克慶煤礦的應用

王海波

(中煤西安設計工程有限責任公司，陜西 西安 710054)

我國高度重視環境保護，發展綠色經濟。早在2001年11月，國家科技部和國家環?？偩致摵掀渌课颜絾印扒鍧嵞茉葱袆印薄８鶕覈鴩?，水煤漿由于在環保、節能、經濟方面的優勢，已成為潔凈煤技術中的重要組成部分。

門克慶煤礦鍋爐房位于工業場地內，原鍋爐房安裝規模為3×20 t/h蒸汽鏈條鍋爐及2×2.1 MW常壓熱水鍋爐。采暖季節運行3臺20 t/h蒸汽鍋爐，非采暖季節運行2×2.1 MW常壓熱水鍋爐，用于洗浴。原鍋爐房采用水浴除塵器，沒有脫硫、脫硝系統。2015年底國家發改委在對門克慶礦鍋爐進行檢查時發現3臺鍋爐熱能效未能達到節能評估報告84%的要求，要求整改；鍋爐排放達不到《鍋爐大氣污染物排放標準》(GB13271-2014)，必須對煙氣排放處理系統進行改造，使煙塵排放濃度不大于30 mg/Nm3、SO2排放濃度不大于200 mg/Nm3、NOx排放濃度不大于200 mg/Nm3。

從鍋爐供熱成本方面看，由高到低依次為天然氣鍋爐、重油鍋爐、生物質鍋爐、水煤漿鍋爐、燃煤鍋爐。為了執行國家的環保政策及考慮經濟性，門克慶煤礦決定將供熱燃煤鍋爐改為水煤漿鍋爐。該煤礦所有開采的原煤均進行洗選，產生了大量煤泥。但由于煤泥水分大、灰分高、顆粒細、粘度大等特性，不易利用，目前主要直接摻入混煤銷售，降低了煤炭產品的質量和銷售價格。結合原有鍋爐房升級改造的需求及洗選煤泥綜合高效利用的需要，在選煤車間主廠房南側新建1×18 t/h煤泥制漿系統，并利用原有鍋爐房主體結構及原鍋爐部分附屬設備，新建3×20 t/h熱效更高的水煤漿鍋爐系統，將煤泥制成的水煤漿供鍋爐燃燒。同時對鍋爐煙氣排放處理系統也進行改造，增加脫硫、脫硝系統。

1 水煤漿制備系統工藝及特點

1.1 煤泥特性

水煤漿制備原料為門克慶煤礦選煤廠產生的煤泥，其性質及粒度分布如表1和表2所示。

1.2 水煤漿的制備規模及運行時間

門克慶煤礦選煤廠每天生產時間僅為16 h，每天16：00至次日8：00為生產時間，次日8：00～16：00為停產檢修時間。為保證鍋爐所需水煤漿量為12 t/h，則在16 h內，水煤漿制備系統規模必須達到18 t/h。綜合以上考慮及分析，確定水煤漿制備系統規模為18 t/h，操作彈性為50%～110%，由1條生產線組成。

根據水煤漿生產特點及本工程的具體情況，水煤漿的工作制度和選煤廠一致，即生產時間為16 h，每天16：00至次日8：00為生產時間，次日8：00～16：00為停產檢修時間。

表1 煤泥基本性質分析

表2 煤泥粒度分布

1.3 制漿工藝流程

1.3.1 制漿原則工藝

原則工藝流程見圖1。以門克慶選煤廠煤泥作為制漿原料，采用分形級配高濃度制漿工藝，即原料煤泥經整形磨機研磨制備成水煤漿初級產品，其中部分水煤漿初級產品經細磨機研磨制備成細漿后返回至整形磨機，從而提高煤漿堆積效率及濃度。該工藝具有流程簡單、系統調節性強、粒度級配容易控制、生產安全穩定可靠、制備的煤漿質量高等特點。

圖1 水煤漿制備工藝原則流程示意

1.3.2 制漿工藝流程說明

選煤廠加壓過濾機下刮板輸送機煤泥通過帶式輸送機運至水煤漿制備車間煤泥緩沖倉，緩沖倉的煤泥通過電子膠帶秤計量后，與一定比例的生產工藝水、添加劑及經細磨機制備的細漿一同進入捏混機進行預混；預混的煤漿通過給料機輸送至整形磨機底部，研磨合格的煤漿從頂部溢流至過濾篩，經過濾后篩上雜物落入地面雜物車，篩下煤漿自流至強化均質煤漿槽。煤漿槽的大部分煤漿通過煤漿泵輸送至儲漿槽儲存，最后通過泵送至水煤漿鍋爐燃燒；煤漿槽的小部分煤漿通過配漿泵輸送至粗漿槽，與界區外的生產工藝水一起混合稀釋，稀釋后的煤漿通過粗漿泵輸送至細磨機進行再次研磨，研磨合格的細漿從頂部自流至細漿槽，細漿槽的煤漿通過細漿泵計量后返回至捏混機。

煤漿制備過程中添加劑的應用：添加劑由人工加至添加劑槽，并與外來的生產工藝水一起進行混合稀釋。系統運行過程中2臺添加劑槽交替輪流使用，稀釋合格的添加劑通過添加劑泵輸送至加入點。

1.3.3 制漿工藝特點

(1)制備的水煤漿產品質量高，與工藝相配套的裝備適應性廣、效率高，制備技術具有安全可靠、實施方便的特點。

(2)如表3、表4所示，采用本工藝制備的水煤漿產品濃度可達65%以上，煤漿粒度分布更加合理，流動性、穩定性和霧化性能顯著提高，有利于水煤漿管道遠距離輸送和長時間儲存。

(3)選用的整形研磨機和細磨機具有粒度適應范圍廣、研磨效率高和能耗低的優點，所制水煤漿粒度合理，鍋爐燃燒充分，灰渣殘炭量低，燃燒效率高。

(4)工藝系統及關鍵設備能長周期安全穩定運行，具有操作簡單、維修方便、維護成本低等特點。

2 自制水煤漿優勢

門克慶煤礦周邊沒有供鍋爐燃燒的水煤漿。此種水煤漿的生產企業大部分分布于山東、江蘇等地，外購水煤漿的鐵路、公路運輸成本很高。周邊的化工用水煤漿顆粒較粗，易沉淀，不方便運輸和儲存。外購水煤漿管道輸送雖然有對環境影響小、受氣候影響小等優點，但是輸送泵對所輸介質要求達到流體狀態，即要求水煤漿的含水率達到50%以上。但水煤漿含水率達到50%以上時，鍋爐無法正常燃燒，且門克慶煤礦供熱所需水煤漿用量不大，如果專門為其鋪設一條管線，投資巨大，經濟上不劃算。

表3 水煤漿產品性質

表4 水煤漿粒度分布

門克慶煤礦配套有選煤廠，該選煤廠煤泥年產量46萬t，而水煤漿鍋爐年消耗水煤漿30 528 t，年消耗煤泥量需要25 261.92 t，選煤廠的煤泥完全能夠滿足鍋爐使用。1 t水煤漿可代替0.90 t煤炭燃燒。由于水煤漿含有60%～70%的煤炭，所以1 t水煤漿可節省煤炭約27%。門克慶選煤廠的煤泥性質完全可以滿足制備水煤漿所需原料煤的要求，而煤泥價格遠低于原煤價格，充分利用煤泥生產水煤漿，可以大大節省成本。

鍋爐房布置在選煤廠生產區，位于塊煤矸石倉和產品儲煤倉之間，東南距塊煤矸石倉約50.0 m，西側距產品儲煤倉約100.0 m。制漿站布置在選煤廠主廠房南側，與主廠房聯建。從礦井選煤廠加壓過濾機下料槽排出的煤泥直接進入制漿站，制成的漿液再通過管路輸送到鍋爐房的儲漿槽。選煤廠與鍋爐房距離較近，就地取材，自行制備水煤漿，可大大減少煤泥的存儲成本和水煤漿的運輸成本。

根據目前市場行情，外購水煤漿價格為850～1 000元/t，而門克慶煤礦自行制備水煤漿成本為300元/t左右(包含設備投資、煤泥、水、添加劑、電)，每年至少可以節省成本約1 700萬元，為企業帶來了顯著的經濟效益。

3 結 語

水煤漿是煤炭高效與潔凈利用技術的產物，目前我國的水煤漿制備技術已經達國際先進水平，這項技術既解決了門克慶煤礦部分煤泥的出路問題，又解決了鍋爐用水煤漿運輸成本過高的問題。門克慶煤礦供熱改造配備的一套1×18 t/h水煤漿制備系統制備的水煤漿各項指標均能夠滿足3×20 t/h水煤漿鍋爐的需要，鍋爐的熱能效達到了國家節能標準；部分煤泥得到了合理利用，煤泥價值提高，供熱成本顯著降低；鍋爐煙氣增加脫硫、脫硝裝置后，煙氣達到了排放要求，順利通過了環保驗收。此次工業供熱改造項目實現了門克慶煤礦環境效益、經濟效益的雙提升。