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低变质程度煤制浆中试试验研究
发布时间：2013-07-23 08:23 来源：未知
宁东能源化工基地煤炭资源丰富，具有很好的开采价值和商业应用价值。西北化工研究院受委托对该基地2个矿区的煤进行制浆中试研究，探索合理的工业磨机制浆工艺条件。通过变换球磨机的操作条件和关键参数，逐一优化对应条件下最大生产能力及最佳浆体特性，最后确定出适合2种煤的工艺条件。
1、制浆工艺流程及关键设备
1.1原料煤质分析
本试验所用2种煤的煤质分析见表。
由表l数据可以看出，2种煤属变质程度较浅的长焰煤，具有可磨指数高、制浆能量消耗低、浆体燃烧特性好、磨损腐蚀小、污染物排放量少等优点，但也存在煤化程度低、内在水分高导致浆体浓度不高等缺陷。
从表1数据还可以看出，该煤2个样品O/C比达到0. 18，处于较高的水平，预计煤质结构中亲水官能团较多，煤的制浆浓度较低。
1.2制浆流程
试验以西北化工研究院水煤浆加压气化中试装置制浆系统为基础，经改造形成本研究的制浆系统流程。原煤自煤场由皮带输送机送入破碎筛分系统，经破碎、分选后，粒径小于12mm的煤粒分别经内螺旋输送机、斗提机、电磁振动给料器、皮带计量输送机送入磨机。添加剂在溶解槽中溶解后进入制浆水槽，水与煤粒一同进入溢流式球磨机，经一步湿法开路制浆，制得一定浓度的煤浆。出磨机的煤浆经磨机出口圆筒筛除去大颗粒物体，筛下料浆经低压料浆泵送入废浆池，富通新能源销售球磨机、雷蒙磨粉机等磨机机械设备。
1.3关键设备
1.3.1磨机
磨机为西北化工研究院水煤浆加压气化中试装置配套制浆系统的球磨机。磨机为长筒溢流式、1. 5m×3.0m、装机功率95kW、额定电压380V、机重20t，内衬橡胶板，附带盘车系统、润滑系统、降温系统。
1.3.2破碎机
本试验规模小，选用一锤式破碎机，该机生产能力要求给料粒度<100mm，出料粒度<15mm，每小时生产能力为2t—5t，功率5kW，自重0.5t。
1.3.3皮带计量输送机
输送机主要由固定机架、称重框架、支撑座、拉力传感器、仪表组成。当皮带输送机输送物料时，物料重量通过称重架传到传感器上，经过仪表的自动计算处理，将重量信号转变为流量信号而显示出来，并把总量累计起来。
2、制浆试验过程主要参数的设置
2.1装球率
根据经验，装球率在45%~50%的产品粒度最细，磨矿能耗最低，堆积效率也较高。
本次试验球磨机装球率初步定为40%。实际试验中，可按照装球率小于40%、40%和大于40%的顺序进行试验，通过对3种不同条件下制取的煤浆进行分析，结合磨机实际功耗状况，优选出最佳的装球率。
2.2钢球的级配
根据磨机的大小和转速、物料的可磨性及密度、粒度等参数，首先计算出磨机所需的最大直径为∮60mm，然后选择∮50mm、∮45mm、∮40mm、∮30mm共5种不同规格的钢球作为磨机的磨介。在原装置钢球配比试验运行数据的基础上，本次试验不同规格的钢球配比根据钢球装填率、依据“两头小中间大，fritt's球径分数分配法”，最后确定试验所用钢球级配规格。
2.3球磨机的转速
试验计算出的磨机临界转速为38.45r/min。根据转速与堆积效率、比表面积、相对能耗之间的关系可知．转速值为临界值70%左右时，效果较好。据此，通过基本配电装置和减速驱动齿轮及带轮装置控制磨机的转速保持在27r/min。
2.4磨机产能及关键物料量的配比
总体而言，磨机产能由磨机的轴功率Ⅳ和磨碎单位质量物料所需功耗w决定。国内外关于Ⅳ的计算方法有很多，从总体计算效果及对实际工况的适应性来看，张荣曾计算法和Bond's Third Theory法分别对N和W计算与实际工况更接近。本试验以这两种方法为基础，计算出磨机的产能为2. 85t/h。
3、制浆试验
3.1装球率36%的制浆试验
3.1.1添加剂加量试验
试验从2009年4月16日正式开始。更换钢球、单体试车、联动试车结束后，用制浆水对磨机及相应的管线、槽罐、泵类设备进行清洗，并维持制浆水流量在1.1t/h左右。逐步向磨机送入空气干燥基A煤至1. 5t/h，改变添加剂加量进行试验，结果见表3。
从表3可以看出，随着添加剂加量逐步增大，料浆性能得到改善，但是在加量高于0.5%（即添加剂量为7. 5kg/h）后，其性能增加幅度不大，从煤浆质量及制浆经济性角度考虑，该煤添加剂加量选用0. 5%时较为合适。
3.1.2制浆浓度试验
根据添加剂加量试验，以入磨机空气干燥基煤1. 5t/h、添加剂加量7.5kg/h、制浆水量1.1t/h为基准，进行原料A的制浆浓度试验，结果见表4。
从表4可以看出，在煤量保持1. 5t/h、添加剂量7. 5kg/h的前提下，制浆水量由1.1t/h逐步调整至0. 9t／h后，煤浆黏度由692. 8mPa -s变为1 064. 2mPa -s，流动性由9.Os延长至10.3s。根据水煤浆实际使用时对其黏度、流动性和稳定性要求，制浆水量低于0. 9t/h后煤浆的流变特性变差，不利于煤浆的输送和使用。因此，该煤在性能参数允许的条件下能够制取62.5%的煤浆。
3.1.3磨机负荷调整试验
据2.4理论计算，该磨机的制浆能力为2.85t/h，已进行的试验中最大运行负荷为2.6t/h，且水量偏多，不能代表实际的煤浆浓度。根据制浆浓度试验，最佳浓度为62.5%，此时磨机的负荷为2.4t/h，低于理论计算的2.85t／h。为验证理论计算的准确性及考察该煤在此磨机下的最大产能，在浓度不变的前提下，增大进入磨机的各物料量，并按上述取样步骤进行取样，当入磨机总物料量达到2. 88t/h时，停止增加负荷。磨机在不同负荷下所取煤浆样品分析结果见表5。
从表5可以看出，在煤量1. 8t/h、水量1.08t/h的状态下，煤浆的黏度为1 067mPa -s、流动性在10. 5s内、稳定性保持不变、磨机电流量增加至122A，说明在此工况下，此负荷是合适的，若进一步增加磨机负荷，煤浆的流变特性会逐步变差，磨机功耗增大，甚至影响磨机的正常运行。
3.1.4更换煤种制浆试验
上述试验结束后，皮带输送机加料口更换原料B煤进行制浆试验。因原料B煤的可磨指数与灰熔融性温度均与原料A煤不同，适合原料A煤的制浆参数不一定适合B煤。因此需重复A煤制浆试验，分别进行添加剂加量、制浆浓度及制浆负荷试验，结果见表6。
在相同的试验步骤下，煤种B在添加剂加量为原煤量的0.43%(添加剂量为6.45kg/h)时，能够取得较好的制浆效果。经制浆浓度试验，该煤能够制取质量分数为61. 2%的煤浆，人磨机煤量1.5t/h时，黏度为1 066. 9mPa．s．流动性为10.4s。同时加大入磨机水量、煤量，磨机负荷增加至2.78t/h后，煤浆流变特性开始变差，验证了由于可磨性较A煤差，在相同操作条件下，B煤制浆能力要稍小于A煤的制浆能力。
3.2装球率为40%和43%时的制浆试验
为考察装球率对制浆效果的影响，在装球率为36%的试验基础上，进行了装球率为40%和43%的制浆试验，其内容、步骤与3.1节一致，结果见下页表7和表8。
从下页表7可以看出，在磨机装球率为40%的条件下，由于出磨机煤粒的粒度分布与装球率为36%时的粒度分布相比发生了改变，原料B最佳添加剂加量为原料量的0. 48%，可制浆浓度达到了62%。磨机负荷也由2. 58t/h增加至2.81t/h，而煤浆相关特性如黏度、流动性、稳定性及磨机电流变化不大。原料A最佳添加剂量为人磨机原料的0.44%，可制浆质量分数为63%，磨机负荷为1.86t/h。磨机电流增大至130A。
从下页表8可以看出，在磨机装球率为43%的条件下，原料A的添加剂加量为原料量的0.45%，制浆质量分数达到63%，磨机负荷在2.86t/h的条件下，磨机电流为143 A，比装球率为36%、40%时功耗要大。原料B添加剂加量为原料量的0. 49%，制浆质量分数为61%，磨机负荷在2.95t/h的条件下，电流为143 A。
4、结论
本试验通过改变磨机装球率，对宁东2种低变质程度煤制浆进行了添加剂加量试验、制浆浓度试验及制浆负荷试验，验证了适合宁东煤制浆的球磨机钢球装球率、添加剂加量及制浆负荷。试验结果表明，在球磨机装球率为40%,的条件下，宁东煤A、B分别能够制取质量分数为62%、63%的煤浆，比试验前根据煤质分析数据预测的结论要好。同时，用该煤制取的煤浆流变特性能够满足工业气化使用要求，在此装球率和不同钢球级配下，单位质量煤浆制浆功耗最低。
富通新能源专业销售球磨机、雷蒙磨粉机等磨机机械设备。
