五環(huán)爐煤氣化裝置黑水處理系統(tǒng)問(wèn)題分析

寧 哲，紀(jì)林朋，潘福生，趙艷玲

（河南能源化工集團(tuán)洛陽(yáng)永龍能化有限公司，河南洛陽(yáng) 471100）

五環(huán)爐煤氣化裝置黑水處理系統(tǒng)問(wèn)題分析

寧 哲，紀(jì)林朋，潘福生，趙艷玲

（河南能源化工集團(tuán)洛陽(yáng)永龍能化有限公司，河南洛陽(yáng) 471100）

介紹了五環(huán)爐煤氣化裝置黑水處理系統(tǒng)的工藝流程，分析了黑水處理系統(tǒng)出現(xiàn)的角閥緩沖罐振動(dòng)、內(nèi)襯脫落、灰水水質(zhì)和系統(tǒng)波動(dòng)等問(wèn)題的原因，并提出了相應(yīng)的處理措施。

五環(huán)爐；黑水處理；角閥緩沖罐振動(dòng)；內(nèi)襯脫落；系統(tǒng)波動(dòng)

doi：10.3969/j.issn.1004-8901.2016.04.016

新型WHG（五環(huán)爐）煤氣化裝置是具有國(guó)內(nèi)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的煤氣化工藝，其特點(diǎn)是采用干煤粉進(jìn)料、液態(tài)排渣。設(shè)計(jì)碳轉(zhuǎn)化率高于98%，粗合成氣（干氣）有效成分（CO+H2）可達(dá)87%。

黑水處理系統(tǒng)是五環(huán)爐煤氣化工藝中不可缺少的重要組成部分，該系統(tǒng)采用三級(jí)閃蒸工藝，能有效處理來(lái)自氣化、濕洗以及除渣系統(tǒng)排放的洗滌水和渣水。某年產(chǎn)20萬(wàn)t乙二醇項(xiàng)目引進(jìn)此新裝置、新技術(shù)，在多次試車(chē)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)黑水處理系統(tǒng)存在一些問(wèn)題，筆者對(duì)典型問(wèn)題進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的處理措施。

1　黑水處理系統(tǒng)工藝流程

1.1三級(jí)閃蒸工藝

來(lái)自氣化和濕洗系統(tǒng)的含灰排放水進(jìn)入中壓閃蒸罐，經(jīng)過(guò)一級(jí)閃蒸，閃蒸氣從罐頂排出，經(jīng)減濕器與循環(huán)灰水換熱，減濕后的閃蒸氣再經(jīng)過(guò)中壓氣液分液罐，在重力的作用下，在中壓氣液分液罐進(jìn)行分離，氣體部分（含CO，H2，H2S，NH3等有毒氣體）進(jìn)入界外硫回收裝置或去火炬處理，液體部分進(jìn)入除氧器再利用；含固體黑水從中壓閃蒸罐底部排出后進(jìn)入低壓閃蒸罐，經(jīng)過(guò)二次閃蒸后，頂部低壓閃蒸氣去除氧器回收熱量，底部含固體黑水與來(lái)自除渣系統(tǒng)的渣水分別進(jìn)入真空閃蒸罐進(jìn)行真空閃蒸，閃蒸的氣體在經(jīng)過(guò)真空閃蒸汽冷卻器降溫為氣液混合物，氣體隨真空泵抽氣一起排出，液體部分經(jīng)真空閃蒸冷凝液泵加壓后進(jìn)入除氧器。從真空閃蒸罐底部排出的液體經(jīng)過(guò)真空閃蒸罐水冷卻器降溫進(jìn)入澄清槽。

1.2澄清與固液分離工藝

在澄清槽入口段加入絮凝劑，使水中細(xì)小固體顆粒在重力作用下聚集沉降，澄清后清液溢流進(jìn)入灰水槽。底部泥漿進(jìn)入灰漿貯槽再次提濃，再經(jīng)灰漿槽底流泵送到真空帶式過(guò)濾機(jī)過(guò)濾，用過(guò)濾機(jī)真空泵抽真空，濾液經(jīng)收集后用濾液泵送回澄清槽，固體以濾餅的形式排出界外，液體除一部分為了防止氯離子等物質(zhì)的累積排到水處理系統(tǒng)外，其他澄清水經(jīng)低壓灰水泵加壓后送入除氧器，除氧后的黑水經(jīng)過(guò)除氧水泵送到減濕器和中壓閃蒸罐中進(jìn)一步回收熱量，最后注入濕洗塔循環(huán)使用。黑水處理系統(tǒng)工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1　黑水處理系統(tǒng)工藝流程

2　黑水角閥緩沖罐振動(dòng)及內(nèi)襯脫落問(wèn)題

2.1工作原理

本裝置黑水角閥分別用在中壓閃蒸罐、低壓閃蒸罐和真空閃蒸罐上，主要作用是將來(lái)自前系統(tǒng)的高壓黑水進(jìn)行節(jié)流減壓，送入低壓設(shè)備，從而將黑水中的酸性氣體閃蒸出來(lái)。同時(shí)，黑水角閥下部設(shè)置緩沖罐，用以減緩高壓黑水與閃蒸氣對(duì)閃蒸罐的沖擊。

2.2出現(xiàn)問(wèn)題

裝置自原始試車(chē)以來(lái)，黑水處理系統(tǒng)運(yùn)行1個(gè)月，黑水角閥緩沖罐一直出現(xiàn)較大的振動(dòng)，停車(chē)期間對(duì)罐體檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)，角閥緩沖罐內(nèi)襯陶瓷碎裂、脫落，碎片進(jìn)入閃蒸罐并堆積在底部。同時(shí)，部分陶瓷碎片進(jìn)入真空閃蒸罐底部的機(jī)泵過(guò)濾器處，堵塞過(guò)濾器，影響機(jī)泵正常運(yùn)行。

由于內(nèi)襯的脫落，含有大量固體顆粒的黑水直接對(duì)角閥緩沖罐進(jìn)行沖刷和磨損，問(wèn)題若不及時(shí)解決，緩沖罐將會(huì)出現(xiàn)磨穿和泄漏現(xiàn)象，影響整個(gè)黑水系統(tǒng)的正常運(yùn)行。黑水角閥緩沖罐陶瓷內(nèi)襯破碎脫落情況見(jiàn)圖2。

圖2　黑水角閥緩沖罐陶瓷內(nèi)襯碎裂脫落情況

2.3原因分析

（1）黑水角閥前后壓差大，中壓閃蒸罐設(shè)定壓力為0.6MPa（g），而氣化爐壓力為3.7MPa（g），壓差達(dá)到3.0MPa（g）以上，節(jié)流減壓瞬間，大量黑水瞬間汽化膨脹，對(duì)角閥緩沖罐產(chǎn)生了極大的沖擊作用。

（2）角閥緩沖罐直接放置在框架地面上，未安裝減震裝置。

（3）陶瓷內(nèi)襯具有耐磨性能好、硬度高、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，但抗沖擊強(qiáng)度差，在大幅振動(dòng)情況下，容易出現(xiàn)裂紋和脫落現(xiàn)象。本裝置黑水系統(tǒng)角閥及緩沖罐部位振動(dòng)大、沖擊力大，故不適合用在此位置。

（4）黑水系統(tǒng)開(kāi)停車(chē)過(guò)程中工況波動(dòng)大，黑水角閥存在大幅度開(kāi)關(guān)現(xiàn)象。

2.4處理措施

（1）規(guī)范操作規(guī)程，精心操作，保證工況穩(wěn)定，避免黑水角閥大幅開(kāi)關(guān)。

（2）角閥緩沖罐下部安裝減震裝置，減輕振動(dòng)。

（3）本裝置黑水角閥緩沖罐經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)院與專(zhuān)家重新評(píng)估和討論，將緩沖罐內(nèi)襯層由原來(lái)的陶瓷內(nèi)襯改為Cr20耐磨鑄鋼堆焊，Cr20耐磨鑄鋼雖然耐磨性能不如陶瓷內(nèi)襯，但具有較強(qiáng)的抗沖擊性，綜合分析，可以用于本裝置黑水角閥緩沖罐上。本裝置在黑水角閥更換襯里之后進(jìn)行了再次試車(chē)，停車(chē)檢查后未發(fā)現(xiàn)內(nèi)襯碎裂和脫落情況（見(jiàn)圖3）。

圖3　黑水角閥采用Cr20耐磨鑄鋼作為襯里后的檢查情況

（4）定期在停車(chē)后對(duì)角閥緩沖罐內(nèi)襯及罐體進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)隱患及時(shí)處理。

3　黑水處理系統(tǒng)水質(zhì)問(wèn)題

3.1工作原理

來(lái)自前系統(tǒng)的黑水經(jīng)過(guò)三級(jí)閃蒸將其中的H2S、NH3、HCN等有害氣體分離并送至硫回收工序；經(jīng)熱量回收利用后的黑水被送至澄清槽，同時(shí)加入絮凝劑，使其固體懸浮物濃縮、聚集、自然沉淀，沉降至澄清槽底部，形成液固分離，干凈的水從澄清槽外側(cè)溢出，流入灰水槽，再經(jīng)泵打至濕洗和除渣系統(tǒng)使用。底部出來(lái)的灰漿繼續(xù)濃縮，最后通過(guò)真空吸附形成濾餅，排向界外。

3.2存在問(wèn)題

試車(chē)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)黑水處理系統(tǒng)處理后的灰水水質(zhì)較差，固含量、COD等部分指標(biāo)未達(dá)到設(shè)計(jì)要求，停車(chē)檢查發(fā)現(xiàn)，黑水處理系統(tǒng)各罐內(nèi)部均有不同程度的煤泥淤積現(xiàn)象。水質(zhì)問(wèn)題得不到有效解決，會(huì)引起管道和設(shè)備結(jié)垢堵塞，同時(shí)，部分灰水直接用到濕洗塔洗滌粗合成氣，微小固體顆粒會(huì)隨合成氣進(jìn)入變換工序，附著在變換裝置觸媒上，影響觸媒的活性。氣化爐正常運(yùn)行期間灰水槽水樣分析見(jiàn)表1。

表1　氣化爐運(yùn)行期間灰水槽水樣分析

3.3原因分析

（1）氣化爐工況波動(dòng)大，合成氣中夾帶的煤灰、渣粒、煤粉等固體顆粒多，導(dǎo)致洗滌水中固體顆粒多，不能及時(shí)、完全處理。

（2）洗滌水量大，超過(guò)設(shè)計(jì)負(fù)荷，水中固體顆粒在澄清槽中沒(méi)有足夠時(shí)間進(jìn)行沉降，導(dǎo)致灰水中含量超標(biāo)。

（3）裝置使用的絮凝劑主要成分為聚丙烯酰胺，開(kāi)車(chē)初期，對(duì)絮凝劑添加量控制上經(jīng)驗(yàn)不足，添加量存在過(guò)多和過(guò)少的情況，影響了絮凝效果。原因在于絮凝劑添加量不足時(shí)，一些相對(duì)剩余的固懸物顆粒不能被吸附形成大顆粒沉降：絮凝劑過(guò)量時(shí)，由于聚丙烯酰胺為有機(jī)的高分子絮凝劑，分子量比較大，溶解時(shí)會(huì)先溶脹，再慢慢溶解，若投加量過(guò)大，而且又不能及時(shí)攪拌均勻，那么絮凝劑先接觸到水的部分，就會(huì)開(kāi)始溶脹，然后表面積變大，進(jìn)而包住了未接觸到水的部分，形成一些無(wú)法溶解的聚丙烯酰胺團(tuán)，影響絮凝效果。

3.4處理措施

（1）穩(wěn)定氣化爐工況，保證氣化入爐煤煤質(zhì)穩(wěn)定，減少合成氣中夾帶固體顆粒量。

（2）控制水聯(lián)運(yùn)負(fù)荷，保證洗滌水量在設(shè)計(jì)范圍之內(nèi)，實(shí)現(xiàn)固體顆粒在澄清槽內(nèi)有效沉降。

（3）開(kāi)車(chē)時(shí)聯(lián)系絮凝劑廠家到廠重新試驗(yàn)絮凝劑添加量及絮凝劑成分，保證絮凝劑起到效果。

（4）定期在停車(chē)后對(duì)各罐內(nèi)部進(jìn)行檢查，及時(shí)清理內(nèi)部淤泥。

4　開(kāi)車(chē)初期系統(tǒng)工況大幅波動(dòng)問(wèn)題

4.1出現(xiàn)問(wèn)題

黑水處理系統(tǒng)在氣化爐投煤點(diǎn)火之前，系統(tǒng)水聯(lián)運(yùn)穩(wěn)定，各罐體液位和壓力可以正?？刂?，但當(dāng)氣化爐投煤，4個(gè)煤燒嘴逐步運(yùn)行之后，隨著氣化爐壓力和溫度的突然提高，激冷罐和濕洗塔液位會(huì)出現(xiàn)大幅度升高的問(wèn)題，系統(tǒng)水平衡被破壞，三級(jí)閃蒸罐角閥出現(xiàn)大幅度開(kāi)關(guān)現(xiàn)象，液位忽高忽低，最終導(dǎo)致整個(gè)黑水處理系統(tǒng)出現(xiàn)了工況大幅度波動(dòng)的問(wèn)題。

4.2原因分析

（1）激冷罐和濕洗塔在氣化爐投煤后開(kāi)始接收大量粗合成氣，溫度、壓力及系統(tǒng)流場(chǎng)發(fā)生極大變化，需要及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，否則液位會(huì)大幅度波動(dòng)。

（2）三級(jí)閃蒸系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行時(shí)，進(jìn)水和出水十分穩(wěn)定，各罐進(jìn)出水調(diào)節(jié)閥全部投自動(dòng)或者串級(jí)進(jìn)行自動(dòng)控制，但是氣化爐投煤后，由于前系統(tǒng)工況已經(jīng)發(fā)生變化，之前的自動(dòng)或串級(jí)控制需要及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，否則會(huì)出現(xiàn)液位大幅波動(dòng)現(xiàn)象。

（3）試車(chē)初期，操作工經(jīng)驗(yàn)不足，對(duì)工況出現(xiàn)的問(wèn)題預(yù)判不及時(shí)，未能做出正確和及時(shí)的調(diào)整，導(dǎo)致工況波動(dòng)大。

4.3處理措施

（1）氣化爐投煤點(diǎn)火前，保持激冷罐和濕洗塔低液位運(yùn)行，此時(shí)，暫時(shí)解除激冷罐和濕洗塔低液位聯(lián)鎖，激冷罐液位保持在20%，濕洗塔液位保持在30%；投煤后，逐步提升至正常液位，并及時(shí)恢復(fù)相關(guān)聯(lián)鎖。

（2）三級(jí)閃蒸系統(tǒng)在氣化爐投煤時(shí)，控制進(jìn)出水的調(diào)節(jié)閥全部打手動(dòng)控制，同時(shí)，三級(jí)閃蒸罐液位保持低液位運(yùn)行，中閃 V03701液位和低閃V03708液位控制在10%左右，真閃V03702液位控制在20%左右。投煤后，逐步提升至正常液位，工況穩(wěn)定后，將調(diào)節(jié)閥逐步投自動(dòng)或串級(jí)控制，中閃V03701液位控制器 37LIC0001投自動(dòng)，設(shè)定值60%；低閃V03708液位控制器37LIC0029投自動(dòng)，設(shè)定值60%；真閃V03702液位控制器37LIC0005投自動(dòng)，設(shè)定值50%。

（3）制定詳細(xì)操作規(guī)程，操作工精心操作，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)匯報(bào)和調(diào)整，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

5　結(jié)語(yǔ)

筆者從生產(chǎn)實(shí)際出發(fā)，對(duì)五環(huán)爐黑水系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)的黑水角閥緩沖罐振動(dòng)及內(nèi)襯脫落、黑水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)和開(kāi)車(chē)初期系統(tǒng)工況大幅波動(dòng)等問(wèn)題進(jìn)行了分析，并提出了相應(yīng)的解決措施。五環(huán)爐為新型煤氣化裝置，試車(chē)初期存在一些問(wèn)題屬于正常現(xiàn)象，筆者以為，只要嚴(yán)格控制各項(xiàng)工藝控制指標(biāo)，精心操作，不斷積累經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況不斷優(yōu)化改進(jìn)措施，定能實(shí)現(xiàn)裝置的長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。

修改稿日期：2016-06-18

Analysis of the Problems of Black Water Treatment System of Wuhuan Furnace’s Coal Gasification Equipment

NING Zhe，JILin-peng，PAN Fu-sheng，ZHAO Yan-ling
（Luoyang Yonglong Energy Chemical Co.，Ltd.，Henan Energy and Chemical Group，Luoyang Henan 471100 China）

This paper introduces the process of black water treatment system ofWuhuan furnace’s coal gasification equipment，analyzes the reasons for the problems such asangle valve buffer tank vibration，lining shedding，greywater quality and system fluctuation in the black water treatment system，and puts forwards the corresponding treatmentmeasures.

Wuhuan furnace；water treatment；angle valve buffer tank，lining shedding；system fluctuation

10.3969/j.issn.1004-8901.2016.04.016

TQ545

B

1004-8901（2016）04-0055-03

寧哲（1989年-），男，河南焦作人，2011年畢業(yè)于北京化工大學(xué)化學(xué)工程與工藝專(zhuān)業(yè)，助理工程師，現(xiàn)主要從事化工操作等工作。