多元料漿氣化裝置灰水系統(tǒng)中存在的問題及處理措施

曹玉強(qiáng)(寧夏和寧化學(xué)有限公司，寧夏 寧東 750411 )

0 引言

寧夏和寧化學(xué)有限公司以煤為原料生產(chǎn)40萬噸/年合成氨、70萬噸/年尿素、20萬噸/年甲醇，采用西北化工研究院多元料漿氣化工藝，設(shè)計(jì)有三臺(tái)多元料漿氣化爐，操作壓力6.5MPa，激冷流程生產(chǎn)合成氣。該工藝是將原料煤與不同廢水在棒磨機(jī)中研磨成濃度約60%的料漿，經(jīng)高壓料漿泵送入氣化爐，與空分裝置生產(chǎn)的氧氣混合，料漿與氧氣并流進(jìn)入氣化爐，在氣化爐內(nèi)迅速完成升溫、水分蒸發(fā)、脫揮發(fā)份、裂解、燃燒及轉(zhuǎn)化等一系列物理和化學(xué)過程[1]，產(chǎn)生的合成氣送入變換裝置。其中灰水處理系統(tǒng)為四級(jí)閃蒸，分別為高壓、低壓、一級(jí)真空閃蒸及二級(jí)真空閃蒸。灰水系統(tǒng)的穩(wěn)定與否直接決定水質(zhì)品質(zhì)的高低，灰水水質(zhì)太差，高、低壓灰水系統(tǒng)的結(jié)垢速率加快，管線沖刷磨損嚴(yán)重，均會(huì)影響氣化爐的長周期運(yùn)行。現(xiàn)就運(yùn)行過程中灰水系統(tǒng)存在的問題、解決辦法及實(shí)際效果做出如下說明。

1 脫氣槽換熱效果差，出口水溫低

脫氣槽的作用是利用低壓閃蒸氣與灰水充分換熱，降低氧氣在灰水中的分壓，進(jìn)而達(dá)到物理除氧的作用。在運(yùn)行過程中因蒸汽與灰水換熱效果較差，脫氣槽出口灰水溫度較低，導(dǎo)致低溫?zé)崴鞑僮鲏毫ζ?，部分蒸汽就地放空，不僅污染環(huán)境還造成一定的經(jīng)濟(jì)損失；因脫氣槽頂部蒸汽放空量較大，造成灰水夾帶，除氣頭頂部經(jīng)常出現(xiàn)噴水現(xiàn)象，造成環(huán)境污染，有燙傷巡檢人員安全的隱患，尤其在冬季極易形成“掛冰”，安全風(fēng)險(xiǎn)較大。

1.1 運(yùn)行期間存在問題

(1)脫氣槽出口水溫偏低。由于低壓閃蒸汽與灰水換熱部位在脫氣槽上部，在脫氣槽液面以下，未經(jīng)充分換熱后大量閃蒸汽便從出口放空，除氧效果差；脫氣槽出口水溫偏低，長期在89℃左右，灰水經(jīng)過灰水加熱器后水溫低，進(jìn)入洗滌塔后整體熱負(fù)荷低，合成氣水汽比較低、洗滌效果差；

(2)脫氣槽噴水。由于蒸汽與低壓灰水換熱效果較差，大量蒸汽與低壓灰水換熱不充分，蒸汽流速較快，且蒸汽冷凝后的凝液無法及時(shí)排出換熱部位，將凝液及灰水帶出脫氣槽，造成脫氣槽頂部“噴水”，有燙傷巡檢人員的風(fēng)險(xiǎn)，且噴出的灰水對(duì)周邊設(shè)備及管線造成嚴(yán)重腐蝕；其次，冬季極易形成“掛冰”，有脫落砸傷巡檢人員的風(fēng)險(xiǎn)；

(3)脫氣槽內(nèi)部閃蒸氣管線及蒸汽管線腐蝕嚴(yán)重，部分管線出現(xiàn)腐蝕至穿孔現(xiàn)象。

1.2 解決辦法

將低溫?zé)崴髦撩摎獠鄣恼羝麖拿摎獠垌敳恳了渲胁?，加?qiáng)灰水與蒸汽的換熱效果，提高灰水溫度，降低蒸氣流速，同時(shí)增加閃蒸氣至脫氣槽除氧頭部管線以便調(diào)整灰水溫度。改造前后內(nèi)部示意圖如圖1所示。

圖1 脫氣槽改造前后內(nèi)部示意圖

具體實(shí)施情況：

(1)低壓閃蒸氣入水箱水平管段開孔處理，孔徑為60mm,孔距為200mm，為蒸汽分布器，長度為2850mm，水平管段距離水箱底部2100mm，水平管段與箱底做穩(wěn)固支撐；

(2)低壓閃蒸氣入水箱水平段末端進(jìn)行封堵，端面開孔處理，孔距為150mm，孔徑為60mm, 距離底2350mm；

(3)蒸汽入口管線末端至水箱底部距離為1500mm，蒸汽入口管線下段1000mm做開孔處理，孔距為150mm，孔徑為50mm。

1.3 改造后存在的風(fēng)險(xiǎn)及相應(yīng)操作措施

(1)低壓閃蒸氣進(jìn)入水箱后造成水溫過高導(dǎo)致除氣水泵汽蝕，解決辦法：①利用除氣頭部原有預(yù)留孔，在低壓閃蒸氣管線增加DN150管線至除氣頭，用來調(diào)整進(jìn)入水箱的蒸汽量，進(jìn)而達(dá)到控制水溫的效果；②若水溫高于109℃，則打開低溫?zé)崴骶偷胤趴?，減小蒸汽進(jìn)入脫氣槽水箱流量。

(2)蒸汽進(jìn)入水箱后造成水擊現(xiàn)象，脫氣槽振動(dòng)大，解決辦法：①脫氣槽在投用前投用蒸汽進(jìn)行升溫，溫度控制在80℃，減小水箱內(nèi)灰水與蒸汽的溫差；②適當(dāng)降低脫氣槽液位，蒸汽分布器在水箱液面以上部分蒸汽不經(jīng)過灰水直接換熱而放空。

1.4 優(yōu)化后實(shí)際效果

經(jīng)過以上改造投用以后換熱效果明顯增大，脫氣槽出口水度由原來的89℃上漲至101℃，經(jīng)過灰水換熱器后灰水水溫由132℃上漲至157℃，合成氣帶水量增加，洗滌效果良好。

蒸汽與灰水換熱效果增大后，蒸汽放空量明顯減小，維持脫氣槽正常操作壓力的同時(shí)低溫?zé)崴鳜F(xiàn)場放空關(guān)閉，回收蒸汽約8t/h, 經(jīng)濟(jì)效益明顯。

2 灰水中懸浮物、濁度較高

2.1 運(yùn)行期間存在問題

氣化爐與洗滌塔的黑水經(jīng)過高、低、兩級(jí)真空閃蒸后黑水濃縮，降低溫度，高濃度的黑水最終進(jìn)入澄清槽，在絮凝劑的作用下進(jìn)行沉降分離，達(dá)到灰水循環(huán)再利用的目的。從灰水水質(zhì)分析數(shù)據(jù)看，懸浮物含量較高，大于200mg/L，嚴(yán)重超出小于100mg/L的指標(biāo)。濁度大于130NTU，灰水水質(zhì)較差，澄清槽溢流堰及灰水管線結(jié)垢速度快，檢修清洗難度大、周期長，嚴(yán)重影響高、低壓灰水系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

2.2 解決辦法

(1)將二級(jí)真空閃蒸凝液至灰水槽的流程改至澄清槽。二級(jí)真空閃蒸凝液中細(xì)灰較多，直接進(jìn)入灰水槽后對(duì)懸浮物含量的影響較大。該流程經(jīng)過改造后，閃蒸凝液進(jìn)入澄清槽后再次沉降分離，水質(zhì)指標(biāo)大大改善。

(2)澄清槽運(yùn)行模式由一開一備改為同時(shí)投用，在系統(tǒng)水循環(huán)量不變的情況下增加沉降時(shí)間，使得細(xì)灰得到有效分離與沉降。

(3)通過絮凝劑選型試驗(yàn)選擇適應(yīng)所適用原料煤特性的最佳型號(hào)，使其具有最好的絮凝效果及較短的沉降時(shí)間。

(4)絮凝劑配制濃度由1‰提高至2‰，這樣就增加了絮凝劑在水中的攪拌及溶解時(shí)間，延長了藥劑配制的周期，增加了絮凝劑的溶解效果，絮凝劑配制過程中塊狀物明顯減小，提高了絮凝劑的使用效果。

(5)在煤種選用時(shí)盡量避免使用灰成份中SiO2含量較低的煤種。實(shí)踐證明，原料煤灰成份中SiO2含量大于50%時(shí)，懸浮物及濁度較高，沉降槽溢流出水為“乳白色”，灰水處理難度大。

2.3 優(yōu)化后實(shí)際效果

經(jīng)過以上操作后，懸浮物由大于200mg/L逐漸降低至50mg/L，濁度由大于130NTU降低至30NTU以下，灰水水質(zhì)大大改善，澄清槽水質(zhì)表觀明顯轉(zhuǎn)好，改善前后趨勢圖如圖2所示。

圖2 改善前后趨勢圖情況

3 澄清槽進(jìn)料泵進(jìn)、出口管線磨穿泄漏

3.1 運(yùn)行期間存在的問題

澄清槽進(jìn)料泵作用是將二級(jí)真空閃蒸后的黑水送至澄降槽進(jìn)行渣水分離，灰水經(jīng)澄清槽溢流后循環(huán)利用，含固量較多的黑水經(jīng)過濾機(jī)過濾后濾餅外送。氣化爐和洗滌塔黑水經(jīng)過四級(jí)閃蒸后含固量在6%～8%，經(jīng)過澄清槽進(jìn)料泵加壓后在0.5MPa，二級(jí)真空閃蒸罐液位依靠液位調(diào)節(jié)閥控制。因含固量高，流量大，對(duì)進(jìn)料泵進(jìn)口管線、泵入口口環(huán)、泵殼、葉輪、液位調(diào)節(jié)閥及閥后管線沖刷磨損嚴(yán)重，經(jīng)常出現(xiàn)泄漏情況，造成環(huán)境污染，在線處理難度大，安全風(fēng)險(xiǎn)高。

3.2 解決辦法

澄清槽進(jìn)料泵為工頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)，在此基礎(chǔ)上增加變頻器，通過變頻器輸出頻率調(diào)節(jié)二級(jí)真空閃蒸罐液位，取消液位調(diào)節(jié)閥以短節(jié)代替，降低黑水在管道中的流速，起到減緩磨損的作用。

3.3 優(yōu)化后實(shí)際效果

經(jīng)過增加變頻器后，降低了介質(zhì)流速，管線及泵體磨穿泄漏的現(xiàn)象徹底消除，調(diào)節(jié)閥前后管線部位磨損明顯減小，既保護(hù)環(huán)境又降低了安全風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)降低了能耗。

4 結(jié)語

灰水處理系統(tǒng)作為氣化爐、洗滌塔黑水處理的關(guān)鍵裝置，與高、低壓灰水系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行息息相關(guān)。灰水水質(zhì)的穩(wěn)定運(yùn)行關(guān)系著管線結(jié)垢的快慢，也直接影響著氣化爐長周期運(yùn)行。經(jīng)過解決灰水系統(tǒng)存在問題，嚴(yán)格控制了灰水水溫及灰水中懸浮物的含量，保證了氣化爐長周期運(yùn)行，提高了經(jīng)濟(jì)效益。