煤制油凝結(jié)水處理系統(tǒng)優(yōu)化改造

張飛躍，史俊杰

（國(guó)家能源集團(tuán)寧夏煤業(yè)有限責(zé)任公司，寧夏 銀川 750411）

引 言

國(guó)家能源集團(tuán)寧夏煤業(yè)有限責(zé)任公司煤制油項(xiàng)目是國(guó)內(nèi)最大的煤炭間接液化項(xiàng)目，項(xiàng)目年產(chǎn)油品405 萬t，年轉(zhuǎn)化煤炭2 466 萬t。凝結(jié)水處理系統(tǒng)是煤炭間接液化項(xiàng)目公用工程裝置，凝結(jié)水處理包括透平凝結(jié)水預(yù)處理、潔凈凝結(jié)水預(yù)處理及潛在污染凝結(jié)水預(yù)處理。其中，透平凝結(jié)水設(shè)計(jì)處理能力為900 t/h，潔凈凝結(jié)水設(shè)計(jì)處理能力為750 t/h，潛在污染凝結(jié)水設(shè)計(jì)處理能力為550 t/h，總設(shè)計(jì)處理能力為2 200 t/h。本文介紹了凝結(jié)水處理系統(tǒng)運(yùn)行過程中存在的問題，并有針對(duì)性地給出了解決措施，使凝結(jié)水得到有效回收，現(xiàn)介紹如下。

1 凝結(jié)水處理系統(tǒng)工藝流程

凝結(jié)水處理系統(tǒng)工藝流程示意圖見圖1。潛在污染凝結(jié)水通過凝結(jié)水換熱器降溫到100 ℃以下，然后進(jìn)入凝結(jié)水罐，經(jīng)聚結(jié)除油過濾器、活性炭過濾器過濾后，出水含油質(zhì)量濃度≤0.5 mg/L，之后進(jìn)入中間水罐。潔凈凝結(jié)水經(jīng)凝結(jié)水換熱器降溫到100 ℃以下，然后進(jìn)入凝結(jié)水罐，經(jīng)活性炭過濾器過濾后進(jìn)入中間水罐。透平凝結(jié)水通過精密過濾器除鐵后進(jìn)入中間水罐。以上三股凝結(jié)水匯合后進(jìn)入粉末樹脂過濾器，經(jīng)進(jìn)一步過濾和除鹽后送入精處理凝結(jié)水罐。三個(gè)工藝裝置輸出水水質(zhì)指標(biāo)、凝結(jié)水處理系統(tǒng)出水水質(zhì)指標(biāo)分別見表1、表2。

表1 各工藝裝置輸出水水質(zhì)指標(biāo)（設(shè)計(jì)值）

表2 凝結(jié)水處理系統(tǒng)出水水質(zhì)指標(biāo)（設(shè)計(jì)值）

圖1 凝結(jié)水處理系統(tǒng)工藝流程示意圖

2 凝結(jié)水處理系統(tǒng)存在的問題

2.1 凝結(jié)水溫度較高，一級(jí)換熱難以有效控制

原設(shè)計(jì)潛在污染凝結(jié)水和潔凈凝結(jié)水分別采用1 臺(tái)板式換熱器（無備用換熱器）與脫鹽水進(jìn)行換熱冷卻，使凝結(jié)水溫度降至90 ℃左右（最高96 ℃），但凝結(jié)水溫度較高，極易造成換熱器泄漏，導(dǎo)致凝結(jié)水無法進(jìn)入后續(xù)過濾系統(tǒng)。同時(shí)，高溫凝結(jié)水進(jìn)入凝結(jié)水罐中會(huì)導(dǎo)致罐內(nèi)壁聚脲防腐涂料層脫落。

2.2 聚結(jié)除油過濾器濾芯更換頻繁

原始開車過程中，上游潛在污染凝結(jié)水會(huì)攜帶油、蠟等物質(zhì)，因此設(shè)置兩級(jí)聚結(jié)除油過濾器除去潛在污染凝結(jié)水中的油和烴類，保證出水中油質(zhì)量濃度≤1 mg/L。活性炭過濾器為除油保安過濾器，通過活性炭吸附進(jìn)一步去除水中的微量油，以保證鍋爐給水中油質(zhì)量濃度≤0.5 mg/L。但在實(shí)際運(yùn)行中，會(huì)有大量油從潛在污染凝結(jié)水系統(tǒng)進(jìn)入凝結(jié)水系統(tǒng)，造成凝結(jié)水回收系統(tǒng)癱瘓，導(dǎo)致聚結(jié)除油過濾器頻繁更換濾芯。

2.3 凝結(jié)水系統(tǒng)出水SiO2 含量嚴(yán)重超標(biāo)

2.3.1 上游來水水質(zhì)指標(biāo)超標(biāo)

上游費(fèi)托合成汽包副產(chǎn)蒸汽換熱后的凝液進(jìn)入凝結(jié)水處理系統(tǒng)，由于費(fèi)托汽包換熱列管為不銹鋼材質(zhì)(SS321)，為防止藥劑中的Cl-造成汽包換熱列管應(yīng)力腐蝕，汽包不進(jìn)行加藥，只通過加大排污降低汽包中SiO2質(zhì)量濃度，當(dāng)汽包排污管控不到位時(shí)，極易造成SiO2在汽包中富集，導(dǎo)致汽包副產(chǎn)蒸汽中SiO2含量超標(biāo)，最終導(dǎo)致去凝結(jié)水處理系統(tǒng)凝液中SiO2質(zhì)量濃度最高達(dá)到1 000 μg/L。

2.3.2 粉末樹脂過濾器離子交換能力有限

粉末樹脂過濾器離子交換能力有限，只適用于水質(zhì)較好、來水穩(wěn)定的凝結(jié)水。由于凝結(jié)水處理系統(tǒng)來水SiO2質(zhì)量濃度超設(shè)計(jì)值（設(shè)計(jì)SiO2質(zhì)量濃度≤100 μg/L），并受鋪膜量的限制，其交換容量較小，超出粉末樹脂過濾器處理能力，造成凝結(jié)水出水超標(biāo)。

2.3.3 活性炭過濾器存在嚴(yán)重析硅問題

原始開車時(shí)，分別對(duì)10 臺(tái)活性炭過濾器進(jìn)行了間斷沖洗，其中2 臺(tái)活性炭過濾器加堿液浸泡24 h。通過對(duì)各過濾器出口水樣的分析，發(fā)現(xiàn)沖洗效果不理想，可溶硅含量無下降趨勢(shì)，出口水中SiO2平均質(zhì)量濃度在1 000 μg/L。對(duì)其中1 臺(tái)活性炭過濾器沖洗15 d 后，出口水中SiO2質(zhì)量濃度仍在800 μg/L 左右，無明顯下降趨勢(shì)，同時(shí)發(fā)現(xiàn)活性炭過濾器在工作溫度60 ℃～70 ℃時(shí)存在析硅現(xiàn)象。

2.4 除鐵過濾器壓差高，頻繁更換濾芯

凝結(jié)水除鐵過濾器投用50 d 后，濾芯前后壓差持續(xù)增大（達(dá)200 kPa），濾芯污堵，已達(dá)到使用壽命，較預(yù)期壽命相差較大。

對(duì)除鐵過濾器濾芯進(jìn)行拆解，觀察潔凈凝結(jié)水、非潔凈凝結(jié)水過濾器濾布層和進(jìn)水側(cè)無紡布層，發(fā)現(xiàn)濾布污染嚴(yán)重，其中潔凈水過濾器濾布各層呈紅棕色，附著的懸浮物主要為鐵氧化物，非潔凈凝結(jié)水過濾器濾芯進(jìn)水側(cè)的網(wǎng)狀支撐層和無紡布層的表面附著一層油泥，外部濾布層呈現(xiàn)紅棕色，并附著了鐵氧化物，內(nèi)部濾布層呈深黑色，附著的懸浮物可能為來水或者凝結(jié)水車間泄漏的固體或膠體物質(zhì)。由此可以確定上游新投用裝置系統(tǒng)較臟，造成凝結(jié)水系統(tǒng)除鐵濾芯失效。

2.5 外送鍋爐給水pH 值偏低

外送鍋爐給水pH 值偏低（7～8），未達(dá)到中壓鍋爐給水水質(zhì)要求，將新增混床切除后，pH 達(dá)到設(shè)計(jì)要求，分析主要原因?yàn)樾略龌齑蚕到y(tǒng)再生過程中需添加鹽酸藥劑，從而造成pH 下降。但鍋爐給水pH 偏小容易造成汽包水汽系統(tǒng)被腐蝕，這也是凝結(jié)水中Fe3+超標(biāo)的原因之一。

3 凝結(jié)水處理系統(tǒng)優(yōu)化改造措施

通過分析凝結(jié)水處理系統(tǒng)存在的問題，確定了優(yōu)化改造措施，即潔凈凝結(jié)水和潛在污染凝結(jié)水采用“復(fù)合膜（除鐵除油）+活性炭+混床”工藝流程，透平凝結(jié)水采用“除鐵過濾器+混床”工藝流程。優(yōu)化改造后的凝結(jié)水處理系統(tǒng)工藝流程示意圖見圖2。

圖2 優(yōu)化改造后的凝結(jié)水處理系統(tǒng)工藝流程示意圖

3.1 增加換熱設(shè)備

由于工藝凝結(jié)水溫度較高，潔凈凝結(jié)水和潛在污染凝結(jié)水需增加三級(jí)換熱器，依次為混床出水換熱器、除鹽水換熱器、循環(huán)水換熱器，換熱器優(yōu)先選用全焊接板式換熱器，透平凝結(jié)水增加一級(jí)管殼式透平凝液換熱器，使進(jìn)入混床系統(tǒng)的凝結(jié)水溫度≤50 ℃。

3.2 工藝凝結(jié)水增設(shè)除油除鐵過濾器

改造后的除油系統(tǒng)實(shí)施兩級(jí)過濾：在潔凈凝結(jié)水和潛在污染凝結(jié)水分別新增一級(jí)除鐵過濾器、一級(jí)除油過濾器，經(jīng)除鐵除油后，要求出口水中鐵質(zhì)量濃度≤20 μg/L、油質(zhì)量濃度≤1 mg/L；二級(jí)過濾利用原有14 臺(tái)活性炭過濾器，經(jīng)活性炭過濾器過濾后，要求出口水中油質(zhì)量濃度≤0.3 mg/L、TOCi質(zhì)量濃度≤0.5 mg/L、SiO2質(zhì)量濃度≤5 μg/L。若在極端工況下進(jìn)水中含油質(zhì)量濃度達(dá)到30 mg/L，除油除鐵過濾器可以正常運(yùn)行24 h。通過對(duì)上游工藝設(shè)備的改造和水質(zhì)的管控，可減少凝結(jié)水帶油，目前除油除鐵系統(tǒng)基本運(yùn)行正常。

3.3 增加10 臺(tái)混床，滿足凝結(jié)水去離子要求

根據(jù)凝結(jié)水水量增加10 臺(tái)混床，8 開2 備，單臺(tái)混床處理能力280 t/h，混床樹脂采用耐高溫樹脂，增加混床后，混床出口凝結(jié)水中SiO2質(zhì)量濃度≤20 μg/L，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

3.4 除氧器產(chǎn)水管線增加pH 調(diào)節(jié)裝置

在除氧器出口管線上增加1 套加氨裝置用于調(diào)節(jié)鍋爐給水pH，加氨系統(tǒng)所用化學(xué)藥劑為質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%氨水，3 臺(tái)除氧器共設(shè)置1 套加氨裝置。加氨裝置投用后，鍋爐給水水質(zhì)能夠滿足GB/T 12145—2016《火力發(fā)電機(jī)組及蒸汽動(dòng)力設(shè)備水汽質(zhì)量》要求。凝結(jié)水回收系統(tǒng)改造后，出水水質(zhì)（見表3）基本滿足要求。

表3 優(yōu)化改造后凝結(jié)水處理系統(tǒng)出水水質(zhì)（實(shí)測(cè)值）

4 改造效果

通過對(duì)國(guó)家能源集團(tuán)寧夏煤業(yè)有限責(zé)任公司煤制油凝結(jié)水處理系統(tǒng)的優(yōu)化改造，從根本上解決了凝結(jié)水溫度高、SiO2含量高、pH 偏低等水質(zhì)指標(biāo)超標(biāo)的問題，除油除鐵濾芯更換頻次明顯降低，滿足設(shè)計(jì)使用壽命6 個(gè)月要求，保證了凝結(jié)水處理系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。改造實(shí)施后，可節(jié)約換熱脫鹽水量200 t/h，每年節(jié)約成本1 000 萬元，為煤制油裝置安全穩(wěn)定長(zhǎng)周期運(yùn)行提供保障。