分级研磨（升级版）制浆技术在内蒙古易高煤化科技有限公司的应用

张慧峰，高 翔，王挺业

（内蒙古易高煤化科技有限公司，内蒙古 鄂尔多斯 010321）

1 升级版制浆技术实施的背景

内蒙古易高煤化科技有限公司年产20万t甲醇项目采用水煤浆气化技术，煤浆制备系统由2条Φ3.2 m×4.8 m的棒磨机生产线组成，单台磨煤机处理原煤量为38 t/h，折合干煤量为64.6 t/h，制浆用原料煤为内蒙古准格尔旗当地煤。

由于传统制浆工艺煤浆粒度级配不合理，大颗粒相对偏多，使得水煤浆质量分数偏低（59%左右），且流动性和雾化性能差，气化所需煤耗和氧耗偏高，严重影响了后续气化与合成的效率。为了提高煤浆浓度，降低生产成本，2015年内蒙古易高煤化科技有限公司采用了国家水煤浆工程技术研究中心的分级研磨级配制浆技术（简称2.0版制浆技术），对制浆系统进行提浓技术改造，给原有2台棒磨机共同配置1套细浆制备系统（CYM-12000C立式超细磨机）。

经过一段时间的制浆生产，发现采用2.0版制浆技术提浓工艺后，煤浆质量分数提高了约3个百分点，达到预期目标。但由于2.0版制浆技术采用立式细磨机，在实际应用中存在能耗略高、研磨介质消耗量较大、操作弹性小等突出问题，国家水煤浆工程技术研究中心对原制浆系统进行了改造，将新研发的分级研磨级配制浆技术升级版（简称2.1版制浆技术）引入水煤浆制备系统中，并采用能源合同管理的模式对2.1版制浆技术进行了工业性应用。

2 2.1版制浆技术工艺流程及特点

2.1 工艺流程

2.1版制浆工艺流程与2.0版分级研磨工艺流程相同，只是对煤浆提浓核心设备立式细磨机进行了升级，将其替换成一台卧式超细磨机。2.1版分级研磨级配制浆工艺流程示意图见图1。

图1 2.1版分级研磨级配制浆工艺流程示意图

质量分数为45%～55%的粗浆通过煤浆泵加压计量后，被送入卧式超细磨机进料口，煤浆和研磨介质（钢球）在研磨盘带动下做圆周运动和“S”运动，由于研磨介质和煤粒的密度相差较大，煤粒和研磨介质出现速度差，在运动中研磨介质互相挤压煤粒，达到研磨效果。沿着物料流向，研磨介质和煤粒都“涌向”超细磨机出料端，在超细磨机出料端有一个动态涡轮分离器，其作用是将研磨介质和煤粒进行分离，煤浆由于离心力小，在设备中心位置；研磨介质由于离心力大，被“甩”到筒体四周，受到挤压后沿筒体内壁向超细磨机进料端反流，粒度合格的细浆通过筒体中心处过滤网出料。

2.2 卧式超细磨机与立式细磨机的比较

立式细磨机属于立式搅拌磨，卧式超细磨机是立式搅拌磨的升级产品，2种细磨机有不同的研磨方式和特点。

研磨方式：由于立式细磨机需要克服研磨介质的重力，消耗较多功耗，加之其研磨方式是“上下喘动”，磨损不均衡、截面线速度不均衡，煤浆沿轴上下短路，大颗粒在上面积累，最终导致溢流，经常需要人工清理，现场环境差，效率较低。随着研磨行业的发展，开发了卧式超细磨机，其研磨介质在研磨盘带动下，在径向做圆周运动，在轴向做“S”运动，将主要功耗消耗在研磨上，所以研磨效率大幅度提高。

进料浓度：立式细磨机进料质量分数控制在35%～41%，浓度过高时，浮力增大，瓷球被动上浮，研磨效率下降；浓度过低时，瓷球周边煤粒包裹不完全，瓷球互相磨损，消耗过大。卧式超细磨机由于研磨方式不一样，进料质量分数可以提高到45%～55%，从而提高了研磨效率。

研磨介质：立式细磨机采用的是“搅拌”运动方式，而卧式超细磨机采用的是“滚动”运动方式，两者启动及研磨过程对研磨介质的密度要求不同，卧式超细磨机所采用研磨介质的密度比立式细磨机大，此项目卧式超细磨机所采用的研磨介质是密度为7.8×103kg/m3的钢球，不再采用密度为2.7×103kg/m3的瓷球（原立式细磨机所用），研磨介质消耗下降30%。

出料方式：立式细磨机采用常压过滤出料，煤浆浓度高时，会出现筛网堵塞和溢流现象（常规每2 d需要用高压水枪清洗1次）；卧式超细磨机采用全封闭带压出料，压力一般可达0.20 MPa，避免清洗筛网。

研磨容积：改造前，立式细磨机有效研磨容积为11 m3，出料依靠溢流方式；改造后，卧式超细磨机有效研磨容积为1 m3，仅为立式细磨机的9%，依靠筛网过滤方式出料，不能通过筛网的煤浆将回流至细磨机入口继续研磨。

设备磨损：立式细磨机采用“搅拌”运动方式，其下端的研磨叶片要承受上层研磨介质重力，所以有更大的摩擦力，更易磨损。卧式超细磨机采用“滚动”运动方式，所以在垂直方向磨损是均匀的。

检修方式：立式细磨机的结构决定其检修需要较高的吊装空间，需要逐一将电机、减速机、辅机油泵、轴、上封盖等拆除，较复杂。卧式超细磨机采用了皮带传动，没有辅机，设备简单，检修时只需要用滑轨将研磨盘拉出即可。

3 2.1版制浆技术的工业试验及示范效果

3.1 制浆用煤质量分析

工业性制浆试验期间，制浆用煤为内蒙古阳塔煤，其煤质分析数据见表1。

表1 制浆用煤煤质分析

3.2 工业性制浆试验效果

卧式超细磨机经安装、投料试车、调试运转正常后，接入细浆制备系统，打通全程制浆生产线后，进行了工业性试验。不同制浆工艺制备出的水煤浆质量指标对比见表2。由表2可知，制浆系统升级后达到了预期效果，工艺参数无变化，效果跟升级前相同。

表2 不同制浆工艺制备出的水煤浆质量指标对比

3.3 卧式超细磨机运行效果

为了考察2.1版制浆工艺的运行效果和优势，对卧式超细磨机和原立式细磨机分别进行了72 h的满负荷标定。通过收集和整理相关数据，掌握超细磨机改造前后能耗、设备运行以及生产成本等方面的详细情况，对卧式超细磨机运行情况与原设计进行对比，考核设备是否满足煤浆提浓的粒度要求。对标定数据进行核算和分析，计算改造前后超细磨机节电率，作为能源合同管理节电效益的依据。

运行结果表明：采用卧式超细磨机替换立式细磨机后，在同等电压（6 000 V）状况下，工作电流由原来的52 A～56 A下降到26 A左右，节电超过50%，年节约电费80万元左右；研磨介质消耗下降30%，年节约费用10万元～20万元；备品备件更换费用下降20%～30%；人工劳动强度大幅度降低，人工干预减少，运行更平稳。

3.4 工业示范效果

2019年5月1日到8月31日，内蒙古易高煤化科技有限公司对采用升级版制浆工艺的水煤浆气化装置进行了工业示范运行，分级研磨结果表明：

（1）采用2.1版煤浆提浓工艺技术后，煤浆浓度大幅提高，煤浆质量分数由59.5%（不采用煤浆提浓技术时）提高到 63.5%～64.3%，煤浆黏度 700 mPa·s～1 000 mPa·s，并有很好的流动性和雾化性，可以降低水煤浆输送设备、管道、阀门以及气化炉喷嘴的磨损，提高了气化炉的运行效率。

（2）煤浆浓度的提高，使气化效率提高，气体成分中有效合成气量增加，进而提高甲醇的生产能力。试生产结果表明，和未采用煤浆提浓装置相比，采用2.1版煤浆提浓装置后，甲醇产量增加50 t/d～70 t/d。

（3）与立式细磨机相比，由于卧式超细磨机电耗、备品备件及维修费用大幅度降低，由此产生的效益超过100万元 /a。