摘要：煤浆在化工企业的生产中应用广泛，若其浓度偏低，不仅会降低气化效率，增加气化过程中的煤耗和氧耗，还会制约后续系统的生产规模，进而增加企业的生产成本。经计算，每减少进入气化炉的1 t水，可节约的热量能增加有效合成气量450 m3，并减少O2消耗225 m3。因此，采用煤浆提浓技术来提升煤浆浓度，减少进入气化炉的水量，是提升后续气化效率、降低企业产品能耗及生产成本的有效途径，能为企业带来显著的经济效益。

　　关键词：煤水煤浆；分级研磨制浆工艺；堆积效率；比煤耗；比氧耗

　　1煤浆提浓的意义

　　煤浆在化工企业的生产中应用广泛，若其浓度偏低，不仅会降低气化效率，增加气化过程中的煤耗和氧耗，还会制约后续系统的生产规模，进而增加企业的生产成本。以潞安化工集团寿阳化工有限责任公司年产20万t乙二醇项目为例，气化装置采用2台晋华炉，单台炉投煤量约750 t/d。煤浆制备系统由2台Φ3.4 m×5.8 m棒磨机生产线组成，气化原料采用陕蒙地区低阶煤，内在水含量较高，煤浆粒度级配不尽合理，水煤浆浓度仅为59%左右，且流动性、稳定性和雾化性能较差。这不仅降低了气化效率，还使气化所需煤耗和氧耗偏高，限制了后续系统生产规模，增加企业生产成本。

　　提高煤浆浓度符合国家相关产业支持政策，可以扩大生产企业原料选择范围，满足企业自身节能降耗需求，大幅节约生产成本，减少CO2排放，对节能减排和技术创新具有积极意义。

　　2煤浆提浓技术

　　2.1煤浆粒度级配理论研究

　　高浓度水煤浆要求煤炭磨至一定细度，浓度高且流动性好[1]。粒度分布合理，使大小颗粒相互充填，减少空隙，提高堆积效率。掌握好水煤浆粒度分布是制备关键。煤浆中颗粒填充示意图，如图1所示。

　　堆积效率λ与粒度分布是水煤浆制备的基础理论。等径球体堆积中，正四面体堆积效率最高，λ为0.74；正六面体堆积效率最低，λ为0.52。随机紧密堆积时，λ平均约0.60。实际颗粒为非球体，堆积效率更低，尤其是多角形煤粒，堆积效率接近等径球体正六面体堆积。多种离散粒径颗粒混合堆积时，小颗粒能充填大颗粒空隙，提高堆积效率，要求粒孔比至少达到5。

　　2.2煤浆提浓工艺原理分析

　　第一代磨浆工艺采用单磨机制浆，将碎煤等送入磨机中进行磨解。该工艺磨矿效果有限，粒度分布均一，平均粒径为100～150μm。第二代工艺采用双峰级配工艺，该工艺是煤粉经过两个磨机分别制取不同粒径的水煤浆后混合获得高浓度水煤浆的过程。该工艺通过填充细颗粒减少空隙，提高堆积效率，使煤浆浓度提升约2个百分点。第三代采用“三峰级配”煤浆提浓技术[2]，该技术通过分级研磨、粒径控制、三峰级配和添加剂优化，提高煤浆的堆积效率。具体来说，该技术通过优化煤浆的粒度分布，进一步提高堆积效率，可提高煤浆浓度3~5百分点[3]，并大幅改善煤浆流动性、稳定性和雾化性能。不同制浆工艺下粒度分布图，如图2所示。

　　2.3水煤浆制浆工艺技术指标分析

　　试验表明，第一代传统单棒磨机制浆工艺、第二代煤浆提浓工艺（双峰级配）和第三代煤浆提浓工艺（三峰级配）在同是低阶煤原料煤的情况下，煤浆浓度、表现黏度、流动性、比氧耗变化、比煤耗变化等方面差异明显，其工艺技术指标对比如表1所示。

　　2.4煤浆提浓后对气化系统影响的分析

　　煤浆浓度是影响气化转化效率的主要因素。煤浆浓度低会增加气化煤耗和氧耗，降低气化转化效率，增加运行成本。

　　2.4.1煤浆提浓后对气化效果影响理论分析

　　水煤浆气化过程复杂，主要包括两个主要反应：C+O2=CO2+395.2 kJ和C+0.5O2=CO+110.5 kJ，这两个反应为气化炉提供所需热量[4]。气化炉内水分包括水煤浆中的水和激冷水，前者参与气化反应，后者不参与。水煤浆中的水需从50℃加热至1 250℃,消耗大量热量，这些热量主要由上述两个放热反应提供。

　　在固定进气化炉干煤量时，提高煤浆浓度会减少进入气化炉的水分，从而减少热量消耗。为保证气化炉热量平衡，部分碳仅需生成CO而非CO2，这提高了有效气中CO含量，降低了CO2含量[5]。因此，提高煤浆浓度最终能增加有效合成气总产量并降低氧气消耗量。

　　2.4.2煤浆提浓后对气化影响的工业实际运行结果

　　计算表明：进气化炉的水每减少1 t，节约的热量可增加有效合成气量450 m3，减少O2消耗225 m3。分析表明，提高煤浆浓度能降低气化比煤耗和比氧耗，提升有效合成气比例及总量。实践结果显示，煤浆浓度每增1%，1 000 m3有效合成气（CO＋H2）比煤耗降5~8 kg，比氧耗降7~9 m3。理论与实际运行结果相符，均显示提高煤浆浓度对气化系统有积极影响，能有效降低能耗，提高有效合成气比例及总量。因此，采用煤浆提浓技术提高煤浆浓度，减少进气化炉水量，成为降低企业产品能耗和生产成本的有效途径。

　　3煤浆提浓成功案例情况

　　目前，第二代煤浆提浓技术已在多家煤化工企业得到应用，安全、稳定、可靠，可提高煤浆浓度1.5～2个百分点。第三代煤浆提浓技术可提高煤浆3～5个百分点[6]，已经有企业开始应用，经调研，部分煤化工企业水煤浆提浓工艺情况统计如表2所示。

　　3.1中煤陕西榆林能源化工有限公司三代提浓项目

　　中煤陕西公司60万t烯烃项目于2014年投产，采用GE水煤浆气化技术。原煤浆制备系统存在粒度级配不合理、浓度低及性能差等问题，已经采用三代煤浆提浓技术实施改造。改造后，4台细磨机和2台超细磨等设备顺利开车，煤浆浓度提高至65.5%~67%，有效气体体积分数增至82.0%～84%，且煤浆性能显著改善。此外，利用细磨与超细磨作用解决了化工污泥难处理问题，目前小时处理量约15 m3（固含量质量分数5%），通过性能考核验收。

　　3.2山西阳煤丰喜泉稷能源有限公司三代提浓项目

　　山西阳煤丰喜泉稷能源有限公司设计年产30万t甲醇、52万t尿素，采用水冷壁水煤浆加压气化技术。原煤浆制备系统存在粒度级配不合理、浓度低及性能差等问题，导致气化效率低、煤耗和氧耗高。为降本增效，泉稷公司采用第三代煤浆提浓技术，已经改造投入使用。改造后，细磨机和超细磨等设备顺利开车，煤浆浓度提高至64%以上，气化系统有效气体体积分数增至82.0%以上，且煤浆性能显著改善，此改造有效提升了气化效率，降低了能耗。

　　4结论

　　1）水煤浆提浓技术符合国家能源发展战略和国家产业政策，符合山西省的相关产业规划和区域规划，可以大幅降低企业能耗，减少CO2的排放，是国家鼓励建设类项目，具有显著的经济效益和社会效益。

　　2）三峰级配煤浆提浓技术是第二代煤浆提浓技术的升级，煤浆粒度级配能实现三峰级配，制备的煤浆质量更高，与第一代制浆工艺技术相比，煤浆浓度提高3～5个百分点，能大幅度降低气化能耗，同时对工艺相配套的装备适应性更广、效率更高、单机规模更大，技术具有安全可靠、改造方便、经济效益显著的特点。

　　3）企业采用先进三峰级配煤浆提浓技术，不但提高煤浆浓度，实现节能提效；而且煤浆的流变性和雾化性能大幅提高，从而优化了棒磨机和气化炉的操作，延长了设备检修单次运行周期，不产生二次污染，符合企业绿色发展要求，还可以为企业带来间接经济效益。

参考文献

　　[1]苏鑫.水煤浆提浓技术及其工业应用[J].煤质技术，2020，35（4）：52-57.

　　[2]周永涛.三峰分形级配水煤浆提浓技术研究[J].洁净煤技术，2018，24（1）：63-68.

　　[3]刘钦聚.三种水煤浆提浓工艺的分析和比较[J].煤化工，2022，50（3）：26-29.

　　[4]张杰.水煤浆提浓技术的应用及对气化炉运行效率的影响[D].北京：北京化工大学，2016.

　　[5]赵斌.煤浆提浓技术在水煤浆气化中的应用[J].中国科技期刊数据库工业A，2022（5）：68-70.

　　[6]何红兴.浮选煤泥制备水煤浆技术研究及工业应用[J].煤化工，2023，51（2）：16-20.