淺談多噴嘴水煤漿氣化系統(tǒng)氨氮含量的操作控制

胡 勇

(安徽華誼化工有限公司，安徽蕪湖 238312)

安徽華誼化工有限公司氣化裝置采用多噴嘴水煤漿加壓氣化工藝，煤漿和氧氣在氣化爐內(nèi)反應(yīng)生成合成氣(主要成分為CO+H2)，經(jīng)氣化爐、旋風(fēng)分離器、水洗塔洗滌除塵后進(jìn)入變換系統(tǒng)。黑水經(jīng)減壓后進(jìn)入蒸發(fā)熱水塔、低壓閃蒸、真空閃蒸進(jìn)行處理，部分熱量得到回收利用，變換分離器分離的凝液和汽提塔汽提后的凝液重新返回到氣化系統(tǒng)使用?；宜推崮旱乃|(zhì)會(huì)直接影響設(shè)備、管線的結(jié)垢速率和結(jié)垢嚴(yán)重程度[1]?；夜钢械腃a2+、Mg2+主要來(lái)自煤中的無(wú)機(jī)鹽，很難去除，在堿性環(huán)境下易生成Ca(OH)2、Mg(OH)2等難溶性物質(zhì)，這些堿性物質(zhì)又與灰水中的CO2反應(yīng)生成CaCO3/Ca(HCO3)2或MgCO3/Mg(HCO3)2；而Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2極不穩(wěn)定，又會(huì)分解成CaCO3、MgCO3，因此，降低氨含量來(lái)改變水系統(tǒng)中的堿性環(huán)境顯得尤為重要[2]。

1 系統(tǒng)中氨的循環(huán)

氣化裝置系統(tǒng)中的氨主要來(lái)自于氣化爐，原煤中的氮元素及泄漏入氣化爐的高壓氮?dú)庠跉饣癄t高溫高壓還原氣氛下，與氫氣反應(yīng)合成氨。原煤中的氮(H-N、C-N)在1 300 ℃、6.5 MPa的環(huán)境下主要轉(zhuǎn)化成N2、NH3、HCN及少量的NO，與氫氣反應(yīng)合成氨氣。通過(guò)引壓口、煤漿管線、氧氣管線泄漏入氣化爐的高壓氮?dú)馀c氫氣也能合成氨[3]。

在氣化爐內(nèi)反應(yīng)生成的氨，一部分隨著合成氣進(jìn)入變換系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)汽提塔分離出系統(tǒng)；另一部分隨著黑水進(jìn)入灰水處理系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)三級(jí)閃蒸分離出系統(tǒng)。這就是除氨的兩個(gè)主要方向。

2 系統(tǒng)氨氮含量降低操作控制

降低系統(tǒng)中的氨氮含量主要通過(guò)調(diào)整閃蒸及汽提塔的操作參數(shù)進(jìn)行，控制好操作參數(shù)可使整個(gè)氣化工藝系統(tǒng)中的氨氮含量保持在一個(gè)較低的水平，則系統(tǒng)管線、設(shè)備結(jié)垢的速率也會(huì)大大降低[4]。

氣化爐、旋風(fēng)分離器及水洗塔的高溫黑水經(jīng)減壓后進(jìn)入蒸發(fā)熱水塔蒸發(fā)室，高溫黑水產(chǎn)生的大量蒸汽與蒸發(fā)熱水塔給水泵和脫氧水泵過(guò)來(lái)的低溫灰水、除氧水進(jìn)行換熱，將溶解在灰水中的氨閃蒸出來(lái)，此時(shí)蒸發(fā)熱水塔氣相出口管線到汽提塔的閥門(mén)(PV10805閥)不能開(kāi)得太小，否則會(huì)造成蒸發(fā)室和熱水室的介質(zhì)換熱效果變差，熱水室溫度變低，除氨效果變差。蒸發(fā)熱水塔氣相閥門(mén)開(kāi)得越小，除氨效果就越差，含氨較高的灰水經(jīng)高溫?zé)崴么虻剿此?，水洗塔?nèi)的水又被黑水循環(huán)泵打到氣化爐，整個(gè)過(guò)程中就會(huì)出現(xiàn)高溫?zé)崴脷?nèi)部及葉輪結(jié)垢，蒸發(fā)熱水塔填料結(jié)垢造成蒸發(fā)熱水塔翻液氣相帶水嚴(yán)重及蒸發(fā)熱水塔補(bǔ)水跟不上的情況，水洗塔帶水及塔盤(pán)結(jié)垢，氣化爐破泡條積灰結(jié)垢帶水及氣化爐合成氣出口處積灰結(jié)垢嚴(yán)重，相關(guān)聯(lián)的管線和閥門(mén)結(jié)垢等一系列問(wèn)題。蒸發(fā)熱水塔熱水室溫度控制在160～170 ℃較為適宜；氣相閥門(mén)也不能開(kāi)得太大，否則熱水室的水被閃蒸汽帶到汽提塔，會(huì)影響汽提塔的操作控制。黑水排量較大時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)蒸發(fā)熱水塔熱水室溫度高、壓力高的情況，此時(shí)可通過(guò)調(diào)整水循環(huán)量控制黑水排量，或者調(diào)整蒸發(fā)熱水塔給水泵和除氧水的量來(lái)降低蒸發(fā)熱水塔熱水室的溫度和壓力到一個(gè)合理范圍內(nèi)。備爐檢修期間，對(duì)蒸發(fā)熱水塔內(nèi)填料進(jìn)行更換清洗，以保障換熱效果。低壓閃蒸和真空閃蒸在對(duì)黑水閃蒸處理的同時(shí)，也對(duì)其中的不凝氣起到了較好的分離處理。

氣化爐產(chǎn)生的合成氣進(jìn)入變換系統(tǒng)后，合成氣分離出來(lái)的變換凝液一部分直接回到氣化爐和水洗塔循環(huán)使用，其余變換凝液進(jìn)入汽提塔進(jìn)行除氨處理。汽提塔的除氨主要是通過(guò)汽提閃蒸完成的，其中汽提塔的溫度主要通過(guò)S5蒸汽和蒸發(fā)熱水塔過(guò)來(lái)的閃蒸氣控制。蒸發(fā)熱水塔的操作穩(wěn)定時(shí)，汽提塔的溫度控制可通過(guò)調(diào)整S5蒸汽完成，蒸汽調(diào)整幅度不能太大和太頻繁，以防汽提塔填料壓板被吹翻，填料進(jìn)入汽提塔氣相出口換熱器而造成管線設(shè)備堵塞，影響汽提氣的排放，使除氨效果變得較差，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行會(huì)造成系統(tǒng)氨氮含量的不斷累積，加快系統(tǒng)管線、設(shè)備的結(jié)垢速率，進(jìn)而影響氣化爐的安全長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。在汽提塔的操作控制過(guò)程中盡量避免蒸發(fā)熱水塔工況出現(xiàn)較大和頻繁的波動(dòng)，蒸發(fā)熱水塔到汽提塔的閃蒸氣中含有較多的氨和不凝氣，而且溫度較高，非常有利于汽提塔的除氨，也減少了S5蒸汽的用量。汽提出來(lái)的氨和部分不凝氣進(jìn)入鍋爐摻燒或放火炬燒掉，含氨較少的汽提塔底液通過(guò)汽提塔底流泵送到蒸發(fā)熱水塔循環(huán)利用。

在汽提塔汽提氣中含有H2S、NH3、CO2、CO等物質(zhì)，對(duì)汽提塔出口換熱器管束造成一定的腐蝕泄漏，最終導(dǎo)致變換凝液和汽提氣在此換熱器處直接混合進(jìn)入后面的分離器，氨溶解在凝液里又回到了氣化系統(tǒng)進(jìn)行累積，造成設(shè)備、管線快速結(jié)垢，可通過(guò)監(jiān)控V10908分離器液位來(lái)判斷汽提塔氣相出口換熱器的工作狀態(tài)；如果換熱器管束泄漏，應(yīng)及時(shí)切出來(lái)檢修。該分離器的工況對(duì)整個(gè)汽提系統(tǒng)除氨有著重要影響。

氨含量在系統(tǒng)中不斷累積，可通過(guò)向灰水系統(tǒng)中加入新鮮水來(lái)稀釋系統(tǒng)中的氨濃度，加大含氨廢水的外送處理也是降低氨含量的重要途徑[5]。

3 結(jié)語(yǔ)

系統(tǒng)中的氨氮對(duì)管線、設(shè)備結(jié)垢影響較大，會(huì)影響氣化爐的安全穩(wěn)定運(yùn)行。通過(guò)對(duì)蒸發(fā)熱水塔、汽提塔等關(guān)鍵設(shè)備的精心操作，可顯著降低系統(tǒng)中的氨氮含量，通過(guò)其他輔助措施可將系統(tǒng)的氨氮含量控制在較低的水平，從而保障氣化爐在滿負(fù)荷的工況下安全、穩(wěn)定、長(zhǎng)周期運(yùn)行。