水煤漿制備過程的研究與實(shí)踐..

1、水煤漿制備過程的研究與實(shí)踐張永 1、李洪峰 2、鄭學(xué)鵬 1、張釗 1、董浩 1（ 1.山東華魯恒升化工股份有限公司 德州 253024 ；2.寧波萬華聚氨酯有限公司 寧波315800 ）摘要：通過對制漿過程的分析，明確了棒磨機(jī)、球磨機(jī)的運(yùn)行原理及優(yōu)缺點(diǎn)。用 實(shí)踐案例，說明了棒磨機(jī)的參數(shù)匹配及運(yùn)行狀態(tài)的改進(jìn)方法，并對磨煤機(jī)的繼續(xù) 改進(jìn)和分段研磨技術(shù)開發(fā)提出了期望。關(guān)鍵詞： 磨煤機(jī) 改進(jìn) 參數(shù)匹配 分段研磨Study and Practiceof the Coal Water Slurry Making PracticeAbstract: Through the analysis of the s

2、lurrying process, it defines the operating principle of rod mill and ball mill, it elaborates the advantages and disadvantages of this principle clearly. The practical case has explained the parameter match and improved method of rod mill s operation. Besides, continuing improvement and the segmente

3、d grinding technology development of the coal mill are expected. Keywords:coal mill, improvement, parameter match, segmented grinding1. 前言在當(dāng)前的煤漿加壓氣化裝置中，無論是 GE 和西北院的單燒嘴頂噴結(jié)構(gòu)，還 是華東理工大學(xué)的四燒嘴對噴結(jié)構(gòu)， 其煤漿的制備工序基本都采用棒磨機(jī)為主體 設(shè)備，少數(shù)單位采用球磨機(jī)、立式攪拌磨機(jī)等設(shè)備與棒磨機(jī)配合使用。而制售商 品煤漿的單位，因?yàn)槊簼{的儲運(yùn)時間較長，對穩(wěn)定性要求非常高，通常采用球磨 機(jī)制漿。2. 兩種磨煤機(jī)的工作原理

4、2.1球磨機(jī)的工作原理球磨機(jī)以研磨球?yàn)槟ソ?，磨介球以半拋落方式運(yùn)行，有較多的球被拋出做自 由落體運(yùn)動，落到底部和其它球產(chǎn)生撞擊，靠球與球之間的撞擊和擠壓實(shí)現(xiàn)研磨 效果。磨介球在材質(zhì)選擇方面，可以選擇高硬度、耐磨性好的材料。鋼球和物料運(yùn)動圖球磨機(jī)磨介為球狀，接觸點(diǎn)狹小而研磨剛性大，研磨效率較低，均勻性低， 煤漿中粗粒子和超細(xì)粒子均較多，制出的煤漿粒度分布曲線較寬，流動性、穩(wěn)定 性較好。但篩分出的粗粒子廢漿量大，且由于大量的機(jī)械功被消耗在磨介球的無 效碰撞中，其設(shè)備處理能力小，單位成品煤漿的功耗高。2.2棒磨機(jī)的工作原理棒磨機(jī)以鋼棒為磨介，磨棒在磨機(jī)內(nèi)以滑落和滾落方式運(yùn)動，宏觀的表現(xiàn)和山體滑坡中的

5、土石流動類似，它是靠棒與棒之間的擠、搓、捻來實(shí)現(xiàn)研磨效果的在選用磨棒的材質(zhì)時，不但要考慮磨棒的耐磨性，還要保證具有足夠的韌性，避免磨棒受沖擊斷裂鋼棒和物料運(yùn)動圖筒 體 旋 轉(zhuǎn) 方 向棒磨機(jī)研磨的摩擦副是一條線，接觸線長而均勻，接觸線上的擠壓強(qiáng)度較低 因此棒磨機(jī)研磨面積大，磨制均勻，對于適當(dāng)粒徑的煤顆粒，其研磨效率較高， 其出口粗粒子少，制漿的功耗相對較低，相同功率的棒磨機(jī)處理能力比球磨機(jī)高 出很多。因?yàn)榘裟ソ佑|線長，所以擠壓強(qiáng)度低，當(dāng)粒子直徑小到一定程度時，粒子和 粒子表層吸附的水膜的強(qiáng)度都會升高，磨棒接觸線上的擠壓強(qiáng)度就不足以再將這 些微小粒子繼續(xù)磨碎。另外，在棒磨機(jī)的接觸線上有較大粒子被擠

6、壓研磨的過程 中，這些較大粒子也會形成支撐墊，兩條研磨棒就會在該粒子附近形成一定的縫 隙，相對更小的粒子就會從這條縫隙中漏過而不被研磨。因此，棒磨機(jī)制出的煤 漿中，超細(xì)粒子較少，其粒度分布曲線雖然也呈正態(tài)分布形狀，但峰值高而窄， 說明煤漿中的粒子直徑大多集中在較窄的范圍內(nèi)。這樣一來，煤漿中粒子的堆積 密度不易提高，煤漿濃度、粘度和穩(wěn)定性指標(biāo)均較差。3. 棒磨機(jī)的運(yùn)行要求球磨機(jī)在運(yùn)行中要求一部分磨球做拋物線運(yùn)動，而在棒磨機(jī)的操作中，必須 保證磨棒整體以滑落、滾落方式運(yùn)動，所有磨棒均不允許出現(xiàn)拋落。如果自身參數(shù)匹配不合理 （比如磨機(jī)轉(zhuǎn)速太快、提升條高度太高、裝棒數(shù)量 不合適等 ）造成棒磨機(jī)以磨棒拋

7、落的方式運(yùn)行，或安裝操作不當(dāng) （比如傾斜度大 ）， 就容易引發(fā)亂棒、 斷棒等故障， 而且磨棒的直徑也會快速磨細(xì)。 因?yàn)槟グ舯容^長， 在被拋落的過程中，總會有一端先落地，一段后落地，形成小幅彈跳，磨棒自身 承受較大的沖擊彎曲力矩，頻繁的沖擊彎矩作用必然導(dǎo)致磨棒的疲勞斷裂。先落 地端和其它磨棒的撞擊強(qiáng)度很高，又造成了磨棒的快速磨損。正常運(yùn)行狀態(tài)下磨 棒的表面是光滑的磨砂狀表面， 而磨棒拋落情況下的目標(biāo)表面則會在很多區(qū)域形 成有較多凹坑的不光滑表面。另外，磨棒頻繁的彈跳過程中，也破壞了棒與棒之間起研磨作用的接觸線， 使得磨煤機(jī)研磨效果降低。當(dāng)彈跳高度超過一定極限時，必然會破壞磨棒堆積的 順向排列，造

8、成亂棒。4. 現(xiàn)場實(shí)踐及改進(jìn)案例華魯恒升大氮肥裝置在建設(shè)過程中，先后安裝了 8 臺棒磨機(jī)，根據(jù)裝置分批 設(shè)計時對磨煤機(jī)負(fù)荷的不同要求，共有 3種規(guī)格，分別是3200X 5000mm, 3600X 6000mm和4300X 6000mm。這些棒磨機(jī)在開車時，都曾出現(xiàn)過不同程 度的亂棒和斷棒情況。為了消除亂棒傾向， 2004年和 2006年分兩批將橡膠提升 條反方向安裝，并將鋼提升條的提升陡邊用氣焊現(xiàn)場割掉一部分，使之形成斜坡 狀，減少提升力度， 改裝完成后棒磨機(jī)運(yùn)行比較平穩(wěn)， 亂棒、斷棒傾向大幅降低， 磨棒壽命明顯延長。橡膠提升條正裝、反裝結(jié)構(gòu)對比如：設(shè)計安裝方向磨機(jī)旋轉(zhuǎn)方向現(xiàn)場反裝方向鋼提升條

9、割削前后截面形狀對比如下:磨機(jī)旋轉(zhuǎn)方向切割后2012年12月-2013年4月，在新安裝棒磨機(jī)的試運(yùn)行階段，同樣出現(xiàn)了亂 棒、斷棒傾向大，控制難度大的問題。2013年4月份對一臺棒磨機(jī)進(jìn)行內(nèi)部檢查 時，發(fā)現(xiàn)斷棒數(shù)量很多，總計揀出斷棒 280余段，按每根5.8m折合，約合整根 的磨棒120多根，占到裝棒總根數(shù)的30%以上。而且磨棒表面有很多凹坑和擦痕， 直徑平均減小5mm以上。磨棒的材質(zhì)選用是按以往慣例采用的上海寶鋼65Mn棒，熱處理方式為正火處理，使用前后我們對磨棒材質(zhì)、表面硬度都進(jìn)行過檢測，硬度分別為HB 280和HB 265,磨棒材質(zhì)和硬度方面不存在質(zhì)量問題。而磨棒在 筒體內(nèi)的拋落點(diǎn)明顯偏高

10、，若以磨機(jī)筒體橫截面為參考面，以橫截面的圓心為原 點(diǎn)建立平面直角坐標(biāo)系（x軸水平），從磨煤機(jī)進(jìn)料端看，有的磨棒隨筒體旋轉(zhuǎn)到接 近豎直點(diǎn)（超過70 ）才開始拋落，磨棒表面形成大量的沖擊凹坑和擦痕，磨棒兩 端端面因長期鉚擊使得邊沿高起來，形成杯形坑。由此可以間接判斷，磨棒在運(yùn) 行中拋落頻繁。斷棒表面沖擊凹痕及現(xiàn)場斷棒端面如下圖：表面凹痕圖片磨棒端面杯形坑圖片2013年5月份，華魯恒升對4臺新棒磨機(jī)的提升條全部進(jìn)行了改裝，改裝 后磨棒異常彈跳現(xiàn)象基本消除，斷棒出現(xiàn)概率減小，研磨效果也有了改善，在同 等的制漿負(fù)荷下，煤漿中細(xì)粒子含量明顯增加。實(shí)際上，即使棒磨機(jī)提升條經(jīng)過以上的改裝之后，其提升強(qiáng)度還是相

11、對比較 高的。目前行業(yè)內(nèi)有很多棒磨機(jī)采用了全部的鋼襯板結(jié)構(gòu)，不帶專門的提升條， 從鋼襯板的形狀可以明顯看出，鋼襯板的提升強(qiáng)度比華魯恒升磨煤機(jī)所用的橡膠 提升條小很多。另外，橡膠提升條的形狀、尺寸設(shè)計也可以改進(jìn)一下，比如寧波 萬華棒磨機(jī)所選用的橡膠提升條就采取了雙面緩斜邊結(jié)構(gòu)，其截面形狀和華魯恒升割削修正后的鋼提升條形狀相近，亂棒、斷棒傾向也大幅消減。鋼襯板結(jié)構(gòu)形狀及實(shí)物如下圖:5. 棒磨機(jī)的改進(jìn)建議盡管棒磨機(jī)還存在一些不足，但因其功耗低、處理能力大的優(yōu)點(diǎn)倍受各個煤 氣化制漿單位的青睞。從煤炭進(jìn)入棒磨機(jī)被搓捻研磨成漿的過程來分析，棒磨機(jī) 還存在很多改進(jìn)的空間，將現(xiàn)存缺點(diǎn)消減或弱化，使其綜合優(yōu)勢更

12、加顯著。下面 介紹一種實(shí)行分段研磨的簡單方案：將目前的全長度單一研磨改造為分段研磨，在結(jié)構(gòu)上將磨煤機(jī)沿長度方向分為2段或3段，相當(dāng)于在目前的普通磨煤機(jī)中增加 1-2（或更多）個環(huán)形帶襯隔板, 將磨煤機(jī)內(nèi)腔做成23（或更多）個短小的腔室。根據(jù)磨煤機(jī)進(jìn)料粒度需要的研磨 力大小，在3個腔室中分別配置不同直徑的磨棒。因進(jìn)料端煤的顆粒較大，需要 配置較大直徑的磨棒，向出口端依次減小直徑。相對來說，磨棒直徑越小，磨機(jī) 腔室內(nèi)裝的磨棒根數(shù)就越多，磨棒之間的接觸線的數(shù)量就越多，使得研磨強(qiáng)度提 高。但是隨著小直徑磨棒的重量變輕，其研磨力量卻隨著研磨強(qiáng)度的提高在下降。 所以，粗磨棒一般適用于粗研，細(xì)磨棒一般適用于細(xì)研。分段研磨還可以根據(jù)需要制成前段球磨后段棒磨的形式。不過為了滿足磨介球和磨棒不同的運(yùn)動方式（拋落、滾落），磨機(jī)筒體需要做成不同直徑的分段，球 磨段較粗而棒磨段細(xì)，以獲得各自需要的向心加速度。棒磨段的提升條也需要設(shè) 計的相對低矮一些。分段研磨優(yōu)點(diǎn)有三個方面：第一，可以根據(jù)煤顆粒的粒度變化配用粗細(xì)合適的磨棒，在滿足研磨力量的 前提下，后段可以采用較細(xì)磨棒，使得磨煤機(jī)的總體研磨強(qiáng)度進(jìn)一步提高，制漿 能量消耗下降。第二，分段研磨尤其是后段的細(xì)研增加了煤漿中細(xì)粒子的含量，改善了煤漿