灰水系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的影響因素及改進(jìn)措施

王立群

（龍煤東化有限公司，黑龍江鶴崗 154111）

1 影響灰水系統(tǒng)的主要因素

目前，水煤漿氣化裝置以設(shè)計(jì)壓力為4.0MPa和6.5MPa等級的居多，根據(jù)工藝設(shè)計(jì)，4.0MPa等級灰水多作為氣化爐激冷水的來源之一（激冷水的另一來源一般為除氧水），而設(shè)計(jì)壓力6.5MPa等級灰水多經(jīng)過除氧器除氧后作為激冷水的主要來源，其質(zhì)量的優(yōu)劣直接關(guān)系到氣化爐運(yùn)行狀況的好壞。下面以一個(gè)最惡劣環(huán)境的水煤漿氣化裝置灰水系統(tǒng)為例，進(jìn)行討論。

一個(gè)年產(chǎn)300kt合成氨廠，設(shè)計(jì)壓力為6.5MPa等級，煤漿濃度在62%～65%之間，單爐投煤漿量90m3／h，合成氣平均產(chǎn)量262 000m3／h（濕基），洗滌塔出口合成氣平均溫度243℃、平均壓力6.27MPa的情況下，要維護(hù)氣化爐的水平衡，通入激冷環(huán)、激冷室內(nèi)的水量須控制在220m3／h左右才能達(dá)到保護(hù)氣化爐激冷環(huán)和下降管避免被爐渣燒損的目的，實(shí)現(xiàn)對水煤氣的充分洗滌和冷卻，保證爐渣排放的順暢。水煤漿氣化系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，特別在氣化爐運(yùn)行后期，經(jīng)常發(fā)生激冷水管線結(jié)垢，激冷水流量低，洗滌塔循環(huán)泵結(jié)垢，灰水總堿度高，系統(tǒng)腐蝕，運(yùn)行阻力大，操作性能下降等現(xiàn)象。為了提高氣化灰水系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)長周期穩(wěn)定運(yùn)行，對影響灰水系統(tǒng)的因素進(jìn)行了綜合分析，制定出了灰水系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行措施。

1.1 原料煤灰分及煤漿灰熔點(diǎn)

灰水系統(tǒng)的鈣主要來源于原料煤中的灰分，本裝置原料煤灰分指標(biāo)為10%。由于地理因素的影響，原料煤只能本地區(qū)解決，煤種單一，灰熔點(diǎn)高，最高達(dá)1 500℃，原料煤中需要加入大量的助熔劑，導(dǎo)致灰水中Ca2＋含量高。水煤漿氣化裝置要求煤漿灰熔點(diǎn)在1 200～1 300℃，而實(shí)際有約80%的煤漿灰熔點(diǎn)高于1 400℃，20%低于1 300℃。灰熔點(diǎn)越高，激冷水中溶解的Ca2＋就越多，灰水中的Ca2＋含量就會越高。煤氣中的CO2溶于灰水中形成HCO－3，灰水中Ca2＋含量高，在溫度較高的條件下，會促進(jìn)CaCO3的生成，形成垢。

1.2 絮凝劑、阻垢劑的加量及廢水排污量

氣化灰水系統(tǒng)現(xiàn)有重力沉降槽一臺，容積為2 100m3。在工程設(shè)計(jì)階段，要根據(jù)煤種和所采用的工藝，將沉降槽容積設(shè)計(jì)大一些，容積增大對水溫控制、細(xì)灰沉淀、絮凝劑充分發(fā)揮作用都有好處，（有的工程公司在設(shè)計(jì)階段就習(xí)慣將沉降槽、沉渣池做得很小，認(rèn)為一定的容積就可以了，這個(gè)我們自己在搞工程設(shè)計(jì)時(shí)一定要慎重考慮。）一臺沉降槽對應(yīng)2臺氣化爐。絮凝劑添加量為每天9.9kg，沉降槽的排污采用連續(xù)均勻方式。從2005年至2009年的分析數(shù)據(jù)中不難看出，灰水的懸浮物超過100mg／L和總堿度1 500mg／L時(shí)證明絮凝劑加入量偏小。通過反復(fù)試驗(yàn)絮凝劑的加入量，始終控制加入量在指標(biāo)的下限。加入量過高有可能造成絮凝劑帶入灰水系統(tǒng)，造成細(xì)灰在灰水系統(tǒng)沉淀，降低灰水流速，從而造成管道結(jié)垢。絮凝劑加入量和濃度穩(wěn)定與否也是影響沉淀效果的重要因素。為此，保證加藥泵的穩(wěn)定運(yùn)行是關(guān)鍵，同時(shí)按比例配絮凝劑水溶液是確保沉淀效果的另一重要因素。

1.3 阻垢劑的添加量

灰水系統(tǒng)的阻垢劑采用南京開廣的阻垢劑，常規(guī)做法是在沉降槽上部溢流口入灰水罐處和低壓灰水泵入口管線處加入，每天加入量為350kg。設(shè)計(jì)灰水的總硬度＋堿度控制在1 500mg／L以下，pH值控制在7～9之間，灰水懸浮物≤100mg／L。阻垢劑從這里加入再打到洗滌塔，在洗滌塔高溫、高壓的作用下阻垢劑逐漸失效，打到氣化爐激冷室時(shí)阻垢劑已經(jīng)基本失效，造成激冷環(huán)結(jié)垢嚴(yán)重，進(jìn)一步影響穩(wěn)定生產(chǎn)。

1.4 除氧器處理來水

由于界區(qū)外凈化系統(tǒng)的變換冷凝液、尿素水解液等水質(zhì)較差的水相繼送入氣化工段的除氧器進(jìn)行處理，這部分外來水，特別是尿素水解液中氨的含量比較高，造成灰水系統(tǒng)氨含量高，pH值升高。在灰水系統(tǒng)中氨逐漸濃縮，灰水系統(tǒng)的總堿度不斷升高，HCO－3轉(zhuǎn)化為CO2－3，灰水中CO2－3的濃度增加，促進(jìn)了Ca2＋與CO2－3生成CaCO3，形成垢。后期激冷水流量的降低和洗滌塔循環(huán)泵的結(jié)垢，實(shí)質(zhì)上是整個(gè)灰水系統(tǒng)均呈現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象的突出表現(xiàn)。

變換冷凝液在氣化裝置回收使用過程中，變換冷凝液含CO2－3較高，尤其是溫度高時(shí)更高，在變換冷凝液中CO2－3是以碳酸氫銨的形式存在的，而且在變換冷凝液閃蒸塔放空處經(jīng)常因碳酸氫銨結(jié)晶造成變換冷凝液閃蒸塔放空堵塞。

1.5 黑水、廢水置換量小

氣化爐及洗滌塔底部黑水出口管線流量偏低，系統(tǒng)灰水置換量小也是造成系統(tǒng)結(jié)垢的一個(gè)主要原因。氣化裝置的生產(chǎn)負(fù)荷也是影響灰水系統(tǒng)結(jié)垢速度的主要因素。由于一套合成氨生產(chǎn)裝置是由幾個(gè)單元組成的，很難保證整個(gè)裝置長時(shí)間都處于完好狀態(tài)，一旦某個(gè)裝置出現(xiàn)故障不能滿負(fù)荷生產(chǎn)，氣化裝置操作將更困難。長時(shí)間的低負(fù)荷生產(chǎn)，產(chǎn)氣量小、帶至變換系統(tǒng)的熱量少，這時(shí)為保證變換系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，就要降低合成氣水汽比，降低水汽比的最有效手段是，降低氣化爐激冷水量，減少黑水排放量，新鮮水的補(bǔ)入量減少，廢水排放量減少，水的流速降低，總堿度升高都對管道結(jié)垢有利，所以長期低負(fù)荷生產(chǎn)對氣化裝置長周期穩(wěn)定運(yùn)行不利。

廢水的排放量是評估一個(gè)氣化裝置設(shè)計(jì)成功與否的關(guān)鍵，尤其是對這樣一個(gè)工藝條件下的裝置，無論是灰水總堿度和硬度，都需要不斷置換系統(tǒng)內(nèi)的灰水來控制，因此氣化裝置的污水排放量就是一個(gè)關(guān)鍵問題，一個(gè)300kt／a合成氨裝置氣化污水排放量設(shè)計(jì)為50m3／h，考慮的因素不完全是為了降低氣化裝置的灰水總堿度和硬度，而且還考慮了灰水系統(tǒng)鹽類是否超標(biāo)?；谶@方面的考慮，設(shè)計(jì)階段氣化裝置污水處理能力偏小。隨著國家對環(huán)保力度的加大，控制好污水中的氨氮、COD、氰化物等指標(biāo)才能排放，所以在設(shè)計(jì)階段氣化裝置的污水處理能力應(yīng)適當(dāng)增大。

1.6 操作不穩(wěn)定

在日常操作中，各班組控制沉降槽的排污情況和灰水罐的液位不一致，有的班組控制低排污，灰水罐保持高液位；而有的班組控制大排放量，造成各班組補(bǔ)入到系統(tǒng)的冷凝液量不同，系統(tǒng)波動大，沉降和阻垢效果不好。

2 對氣化裝置的影響

2.1 對氣化爐爐磚的影響

隨著灰水系統(tǒng)結(jié)垢越來越嚴(yán)重，逐漸影響激冷水量，如果不減生產(chǎn)負(fù)荷，將逐漸造成氣化爐激冷室?guī)?。氣化爐激冷室?guī)畷斐蓺饣癄t渣口壓差頻繁波動，導(dǎo)致氣化爐燃燒室出口氣體形成回流，影響氣化爐燒嘴火焰長度，同時(shí)造成氣化爐拱頂處火焰黑區(qū)的耐火磚竄氣，引起氣化爐壁超溫，影響氣化爐穩(wěn)定運(yùn)行。

2.2 對閃蒸系統(tǒng)的影響

由于氣化爐激冷室進(jìn)水量減少，出水量也逐漸減少，系統(tǒng)內(nèi)黑水排放量減少，導(dǎo)致閃蒸系統(tǒng)溫度、壓力下降，灰水加熱器換熱量逐漸減小，系統(tǒng)內(nèi)細(xì)渣排放量減少，細(xì)渣在系統(tǒng)內(nèi)存積，影響系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

3 針對灰水系統(tǒng)結(jié)垢采取的措施

（1）嚴(yán)格進(jìn)廠煤的質(zhì)量。積極拓展采購市場，講求產(chǎn)氣的綜合效益，不再僅以煤炭價(jià)格作為采購的標(biāo)準(zhǔn)，盡可能控制入廠煤的灰分小于10%；加強(qiáng)不同灰熔點(diǎn)煤種的配比試驗(yàn)，控制煤漿的灰熔點(diǎn)在指標(biāo)范圍。

（2）適當(dāng)調(diào)整沉降槽絮凝劑的添加量，加強(qiáng)水質(zhì)分析。

（3）增加高壓灰水泵的出口取樣點(diǎn)。此處分析的懸浮物含量更能代表灰水系統(tǒng)的實(shí)際狀況，并且可以反映出灰水結(jié)垢的趨勢。

（4）采用更加高效的絮凝劑和阻垢劑，經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，阻垢劑加在激冷水過濾器后，比加在激冷水泵入口更能有效地防止氣化爐激冷環(huán)結(jié)垢，而且效果明顯。

（5）開好尿素水解裝置，盡量降低水解液的氨含量，以緩解氣化除氧器水的總堿度及其pH值的上升。

（6）加大氣化爐及洗滌塔底部黑水出口排放量，以減少系統(tǒng)結(jié)垢。

（7）定期清洗洗滌塔循環(huán)泵出口濾網(wǎng)，避免灰分被帶入激冷環(huán)。

4 改進(jìn)后的效果

采取以上措施后的近3個(gè)月運(yùn)行情況表明，灰水系統(tǒng)的整體狀況得到了很大的改善，概括如下。

（1）灰水的各項(xiàng)廠控指標(biāo)都有明顯的好轉(zhuǎn)，95%以上符合要求，并且數(shù)值的波動大大減小，關(guān)鍵指標(biāo)，如煤漿灰熔點(diǎn)完全在指標(biāo)范圍內(nèi)，且邊緣數(shù)據(jù)減少。爐內(nèi)液位平穩(wěn)，一般維持在50%～60%。爐內(nèi)溫度和壓力也比較穩(wěn)定，易于掌控。

（2）氣化爐出口氣溫度嚴(yán)格控制在242～245℃。出口氣所含飛灰被較充分地洗滌掉，減輕了文丘里洗滌器、洗滌塔等后續(xù)設(shè)備和管道的壓力，很大程度上避免和延緩了文丘里洗滌器、黑水管線、水泵、換熱器等堵塞情況的發(fā)生，更有利于后續(xù)工段的運(yùn)行。

5 結(jié) 語

通過分析影響灰水系統(tǒng)的因素，采取了相應(yīng)的措施。在增加小額額外資金投入的情況下，僅通過技術(shù)挖潛和管理控制，就使灰水系統(tǒng)的運(yùn)行更加趨于平穩(wěn)，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。