水煤漿氣化裝置灰水中氨氮含量高的原因及解決措施研究

張文才 肖康

水煤漿氣化裝置灰水中氨氮含量較高往往會(huì)直接影響污水處理站的運(yùn)行，系統(tǒng)減量運(yùn)行情況也很容易因此出現(xiàn)，這便使得近年來圍繞水煤漿氣化裝置灰水中氨氮含量控制開展的研究大量涌現(xiàn)，基于此，本文簡單分析了水煤漿氣化裝置灰水中氨氮含量高的原因，并詳細(xì)論述了相應(yīng)解決措施，希望由此能夠?yàn)橄嚓P(guān)業(yè)內(nèi)人士帶來一定啟發(fā)。

本文選擇了某地采用德士古水煤漿工藝技術(shù)的S化工企業(yè)作為研究對象，該企業(yè)配置有6.5MPa氣化壓力的Φ3200mm氣化爐3臺(tái)，采用四級閃蒸工藝、激冷流程，灰水系統(tǒng)工藝流程可簡單概括為：“汽化爐→高壓閃蒸→低壓閃蒸→一級真空閃蒸→二級真空閃蒸→澄清槽→灰水槽→除氧器→碳洗塔→汽化爐”，由此便完成了整個(gè)灰水循環(huán)。

1.水煤漿氣化裝置灰水中氨氮含量高原因分析

1.1 問題分析

在2017年9月之前，S化工企業(yè)灰水中氨氮含量始終穩(wěn)定在350～420mg/L區(qū)間，但在日常1500t甲醇、100%氣化裝置負(fù)荷工況下，污水處理站接收的灰水量處于80～100m3/h區(qū)間，而由于灰水中氨氮含量較高，污水處理站始終采用回用中水稀釋方式進(jìn)行灰水的輔助處理，由此灰水的氨氮含量被稀釋至180～220mg/L，這一指標(biāo)下污水處理站200m3/h的灰水處理能力可滿足生產(chǎn)需要。2017年9月18日至10月3日，S化工企業(yè)開展了氣化裝置部分改造，在高負(fù)荷運(yùn)行試驗(yàn)中，企業(yè)的甲醇產(chǎn)量達(dá)到設(shè)計(jì)能力的120%，即1800t/h，但灰水外排放量及氨氮含量也因此分別提升至100～120m3/h、390～440mg/L區(qū)間，這就使得污水處理站無法滿足S化工企業(yè)的生產(chǎn)需要。

1.2 原因分析

圍繞S化工企業(yè)在氣化裝置部分改造后出現(xiàn)灰水外排放量及氨氮含量升高情況開展分析，筆者認(rèn)為灰水外排放量的提升是必然的，但對比同樣應(yīng)用德士古氣化工藝的化工企業(yè)不難發(fā)現(xiàn)，這類企業(yè)的灰水氨氮含量多能夠控制在260mg/L，因此本文認(rèn)為S化工企業(yè)灰水中氨氮含量的上升可能受到了一定隱藏因素的影響，德士古氣化工藝的性能也因此未實(shí)現(xiàn)完全發(fā)揮。為明確S化工企業(yè)水煤漿氣化裝置灰水中氨氮含量較高的原因，筆者在2017年9月22日開展灰水系統(tǒng)取樣，取樣過程中氣化裝置處于120%負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，結(jié)合檢驗(yàn)可確定澄清槽、灰水槽、除氧器、汽提塔底部處的灰水氨氮含量分別為432mg·L-1、430mg·L-1、366mg·L-1、321mg·L-1，而2016年同一時(shí)間（）測得的數(shù)據(jù)則分別為379mg·L-1、371mg·L-1、310mg·L-1、172mg·L-1，測量期間氣化裝置處于100%負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)。

結(jié)合上述數(shù)據(jù)開展分析不難發(fā)現(xiàn)，2017年9月22日測得的汽提塔底部灰水氨氮含量相較于上一年度同一時(shí)間每升提升了149mg，這種情況的出現(xiàn)主要是由于汽提塔壓力升高導(dǎo)致汽提效果變差，系統(tǒng)負(fù)荷增大則屬于最根本原因；同時(shí)除氧器處灰水氨氮含量相較于上一年度每升也提升了55mg，2014年同一時(shí)期測得的數(shù)據(jù)則為101mg/L，測量期間氣化裝置處于100%負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，而由于2017年數(shù)據(jù)顯示的進(jìn)、出除氧器灰水氨氮含量沒有明顯變化，因此可斷定本身具備優(yōu)秀氨氮脫除效果的除氧器部位出現(xiàn)了問題，這一問題屬于解決水煤漿氣化裝置灰水中氨氮含量高問題的最佳切人點(diǎn)。

2.水煤漿氣化裝置灰水中氨氮含量高的解決措施

2.1 深入分析

除氧器主要負(fù)責(zé)水中氨氮、氧氣及其他不凝氣的去除，這使得其能夠有效保證給水水質(zhì)，在S化工企業(yè)的灰水系統(tǒng)工藝流程中，除氧器汽提段下部會(huì)進(jìn)入低壓閃蒸器頂部的閃蒸氣，并能夠與除氧器上部進(jìn)入的灰水逆流換熱，灰水水質(zhì)的凈化能夠在這一過程產(chǎn)生的汽提作用下順利實(shí)現(xiàn)。深入分析不難發(fā)現(xiàn)，設(shè)備結(jié)構(gòu)、壓力、溫度均會(huì)直接影口向除氧器運(yùn)行效果，而在筆者實(shí)際參與的檢查中發(fā)現(xiàn)，S化工企業(yè)灰水系統(tǒng)中除氧器汽提段頂部灰水進(jìn)入量較少，且旁路閥存在發(fā)熱現(xiàn)象（灰水進(jìn)入除氧器水箱），因此可初步判斷該旁路閥存在內(nèi)漏故障，這一故障使得大部分灰水并沒有經(jīng)過除氧器的處理，而是直接進(jìn)入了水箱，這就使得除氧器并沒有在灰水系統(tǒng)真正發(fā)揮凈化水質(zhì)的作用，除氧器處灰水氨氮含量偏高問題也因此出現(xiàn)。

2.2 解決措施

綜合分析灰水系統(tǒng)中除氧器存在的問題后，筆者采用了如下兩方面措施處理s化工企業(yè)水煤漿氣化裝置灰水中氨氮含量高問題：（1）提高汽提效果。為提高汽提效果實(shí)現(xiàn)更高質(zhì)量的灰水處理，2017年9月24日，S化工企業(yè)調(diào)整了汽提塔操作壓力與操作溫度，原操作壓力與操作溫度分別為0.15MPa、138.0℃，調(diào)整后變?yōu)?.08MPa與136.7℃，在運(yùn)行8h后開展檢測，可確定汽提塔處灰水氨氮含量為173mg/L，汽提效果因此實(shí)現(xiàn)了長足提升，水煤漿氣化裝置灰水中氨氮含量也得到了有效控制。（2）旁路閥故障處理，通過多次開關(guān)灰水人除氧器水箱的旁路閥，該處存在的灰水走短路、內(nèi)漏問題已經(jīng)得到了基本解決，在2017年9月24日關(guān)閉該處的旁路閥后，經(jīng)過除氧器處理后的灰水氨氮含量下降至130mg/L，而為了從根本上解決旁路閥故障，2017年12月5日，S化工企業(yè)利用系統(tǒng)短停機(jī)會(huì)進(jìn)行了旁路閥的更換，更換后除氧器處灰水氨氮含量穩(wěn)定在120～140mg/L區(qū)間。

2.3 效果分析

在應(yīng)用上述解決措施完成S化工企業(yè)水煤漿氣化裝置的處理后，灰水氨氮含量逐步降低，在2017年12月5日除氧器更換完成后，污水處理站接收的灰水氨氮含量穩(wěn)定于228mg/L區(qū)間，且上下波動(dòng)不超過10mg/L，這使得污水處理站可滿足S化工企業(yè)120%負(fù)荷狀態(tài)運(yùn)行的氣化裝置需要，S化工企業(yè)氣化裝置高負(fù)荷運(yùn)行的瓶頸由此順利解決，企業(yè)的環(huán)保效益也因此實(shí)現(xiàn)了長足提升。在企業(yè)水煤漿氣化裝置灰水中氨氮含量降低后，降低的氨氮含量相當(dāng)于污水處理站每小時(shí)減少80m3的200mg/L氨氮含量灰水處理，按4元/m3的污水處理費(fèi)用計(jì)算，企業(yè)年經(jīng)濟(jì)效益大約為230萬元，本文研究的實(shí)踐價(jià)值可見一斑。

綜上所述，水煤漿氣化裝置灰水中氨氮含量較高問題的解決具備較高現(xiàn)實(shí)意義，在此基礎(chǔ)上，本文涉及的基于S化工企業(yè)水煤漿氣化裝置實(shí)際開展的問題分析、原因分析、深入分析、解決措施、效果分析等內(nèi)容，則提供了可行性較高的水煤漿氣化裝置灰水中氨氮含量控制路徑，而為了更好降低灰水中氨氮含量，工藝技術(shù)的研究與實(shí)踐需要得到重點(diǎn)關(guān)注。