多噴嘴水煤漿氣化工藝蒸發(fā)熱水塔帶水問題的原因分析及解決措施

程孝誠

(安徽華誼化工有限公司， 安徽蕪湖 241000)

1 裝置概況

在多噴嘴水煤漿氣化裝置中，蒸發(fā)熱水塔的作用是回收熱量、濃縮黑水、解吸分離酸性氣體。安徽華誼化工有限公司多噴嘴對置式氣化裝置2開1備，閃蒸系統(tǒng)獨立布置。蒸發(fā)熱水塔分上、下2個部分，上塔為熱水室，下塔為蒸發(fā)室。上塔中部裝填不銹鋼拉西環(huán)填料；填料層上方有3股水加入，分別是低壓灰水、除氧水及低溫變換冷凝液(變換冷凝液改造1路至高溫?zé)崴眠M口，上、下部可切換)，3股水與來自下塔的閃蒸汽在填料處進行氣液交換。與間接換熱過程相比，填料處的氣液交換為直接接觸換熱，其具有不易結(jié)垢、傳熱系數(shù)高、傳熱溫差小、壓降小、設(shè)備投資低、流程簡單等優(yōu)點；但隨著氣化裝置的長周期運行，填料可能會被堵塞，導(dǎo)致氣相上升阻力大，填料上層補水發(fā)生液泛，液相通過氣相管線帶水至后系統(tǒng)[1-2]。

2 帶水現(xiàn)象及危害

蒸發(fā)熱水塔帶水主要表現(xiàn)為：

(1) 蒸發(fā)熱水塔熱水室液位波動大。蒸發(fā)熱水塔帶水現(xiàn)象嚴重時，填料上部水下不來，熱水室液位持續(xù)下跌，造成高溫?zé)崴贸榱坎蛔?，水洗塔補水不足，導(dǎo)致氣化爐減負荷甚至停車。蒸發(fā)熱水塔帶水還可能導(dǎo)致重要設(shè)備損壞，如高溫?zé)崴?、黑水循環(huán)泵、氣化爐下降管等。

(2) 氣相阻力大。為了緩解蒸發(fā)熱水塔帶水，在操作上需要關(guān)小氣相出口調(diào)節(jié)閥門，以提高壓力、降低空速。其間，蒸發(fā)熱水塔壓力高，易造成安全閥起跳、設(shè)備超壓，存在安全風(fēng)險。

(3) 帶水至后系統(tǒng)，汽提塔工作負荷增大?；宜械膽腋∥锛扳}鎂離子與高堿度變換冷凝液接觸，容易引起汽提塔內(nèi)部結(jié)垢，嚴重影響汽提塔的汽提效果及汽提塔底部泵打量。汽提塔為系統(tǒng)氨氮脫除的核心設(shè)備，一旦工作效率下降，系統(tǒng)氨氮累積，易造成廢水外排超標。汽提塔帶水后，汽提塔底部泵出水量增加，而這部分水仍需要回到蒸發(fā)熱水塔，致使蒸發(fā)熱水塔熱負荷增大，帶水現(xiàn)象加劇;同時,汽提塔帶水容易造成汽提塔底部泵汽蝕不打量，汽提塔液位上漲，嚴重時漫至火炬管線，嚴重影響裝置安全穩(wěn)定運行。

3 原因分析

多噴嘴水煤漿氣化裝置的正常運行過程中，氣液在填料處接觸交換，處于平衡狀態(tài)。來自蒸發(fā)熱水塔蒸發(fā)室的閃蒸汽(蒸汽、解吸出來的CO2、NH3)通過填料層，與來自填料上部的低壓灰水逆流換熱，蒸汽不斷被冷凝，流速自下而上不斷減緩，最終穿過填料層，通過氣相管排出；液相通過填料層自上而下，與閃蒸汽換熱后，在溫度不斷增加的同時，冷凝液加入其中，使流速加快，攜帶洗滌下來的灰垢進入蒸發(fā)室底部。

隨著生產(chǎn)運行，蒸發(fā)熱水塔填料逐漸沉積灰垢，阻力增加；灰垢累積導(dǎo)致氣液接觸面積減小，氣液交換效果變差，通徑變小，氣體上升速度變大。在氣相上升的過程中，受到的阻力超過了臨界點，氣液平衡關(guān)系被打破，即發(fā)生帶水。發(fā)生帶水后，正常的操作是減少上塔補水量，提高操作壓力[3-4]。

垢樣的外觀呈稀泥狀，主要成分不溶于酸，少量能與酸反應(yīng)產(chǎn)生氣泡。分析垢樣主要來自灰水中懸浮物及蒸發(fā)室氣流攜帶至熱水室的灰。以低壓灰水中懸浮物為例，懸浮物質(zhì)量濃度為100 mg/L，灰水體積流量按照100 m3/h計算，灰水每小時攜帶10 kg的灰垢。多噴嘴水煤漿氣化裝置長期運行后，灰垢沉積，填料層阻力不斷增加。

4 處理方法

為了緩解蒸發(fā)熱水塔帶水問題,主要研究減少灰垢在填料層中滯留量的方法。王亦飛等[1]認為，工程實踐中, 某些過程熱量和質(zhì)量傳遞同時進行, 兩者的傳遞速率相互影響。在填料底部時，液相吸收蒸汽的汽化潛熱，體現(xiàn)在液相顯熱的變化；因此,從填料層底部開始，塔內(nèi)上升蒸汽量降低，而溫度發(fā)生突變的位置取決于蒸汽和冷凝水的流量比。熱量和質(zhì)量的傳遞方向為氣體傳至液體。該傳遞過程的推動力有溫差和壓差, 當(dāng)一種推動力為零, 另一種推動力仍可以使傳遞過程繼續(xù)進行下去。氣相與液相間的熱量和質(zhì)量的傳遞同時發(fā)生在兩相面附近。當(dāng)液相為水時, 傳熱和傳質(zhì)的阻力都集中在氣膜內(nèi); 在相界面上, 氣相與液相不存在溫差且達到氣液平衡[1]。故工藝上降低補水溫度、適當(dāng)提高液氣比可以增強傳遞過程的推動力，讓填料層溫度整體下移，降低氣相向上的動力，增強液相向下的動力，從而增強清洗作用；無論灰垢是來自熱水室的灰水懸浮物，還是來自蒸發(fā)室的灰分，增強清洗作用可以有效減少灰垢在填料層的滯留時間及滯留量。

針對蒸發(fā)熱水塔帶水問題，提出以下處理方法：

(1) 降低灰水懸浮物含量，調(diào)整水系統(tǒng)，加強藥劑管理，加強灰水槽排污。

(2) 定期清洗蒸發(fā)熱水塔填料。備爐期間，對蒸發(fā)熱水塔填料進行清洗、更換。

(3) 蒸發(fā)塔氣相出口增加分離罐，一旦發(fā)生帶水，將水汽分離，避免灰水直接進入汽提塔。

(4) 降低補水的溫度，提高冷凝效果，降低閃蒸汽空速。蒸發(fā)熱水塔熱水室補水有3路，分別為低壓灰水、除氧水、低溫變換冷凝液。低壓灰水的溫度較低，一般在70 ℃左右，另外2路水溫度均在120 ℃以上。停用除氧水，用低壓灰水替代，可以提高冷水量，降低蒸發(fā)塔熱負荷。將低溫變換冷凝液切至蒸發(fā)室高溫?zé)崴眠M口管線。低溫變換冷凝液呈堿性，與灰垢長期混合后，容易形成垢片；變換冷凝液應(yīng)盡可能地平均分配進入2套蒸發(fā)熱水塔蒸發(fā)室，當(dāng)1套蒸發(fā)熱水塔蒸發(fā)室中的低溫變換冷凝液過量，容易造成該蒸發(fā)熱水塔熱負荷大，發(fā)生帶水現(xiàn)象。

(5) 提高液氣比，增大熱水塔低壓灰水補量。設(shè)計上，蒸發(fā)熱水塔熱水塔補水通過管線進入塔內(nèi)水分布器；適量增加水量，水分布會更加均勻，換熱效率提高，蒸汽冷凝量多，空速減慢。在換熱的同時，冷凝水和灰水混合，液相向下動力增強，清洗填料。從而減少灰垢滯留時間及滯留量。

5 結(jié)語

通過調(diào)整水系統(tǒng)，適當(dāng)增加液氣比及冷水量，可以有效減緩灰垢的滯留時間及滯留量，延長蒸發(fā)熱水塔穩(wěn)定運行時間，為多噴嘴水煤漿氣化裝置長周期運行提供有效保證。