德士古水煤漿加壓氣化裝置真空閃蒸系統(tǒng)存在的問(wèn)題及處理措施

張春練， 婁奧林， 易昌國(guó)， 石國(guó)弘， 吳 吉

(貴州赤天化桐梓化工有限公司 貴州桐梓 563200)

德士古水煤漿加壓氣化工藝開發(fā)于20世紀(jì)40年代后期，90年代以后在我國(guó)煤化工行業(yè)得到應(yīng)用，目前該工藝已非常成熟。隨著工藝的持續(xù)改進(jìn)和操作人員技術(shù)水平的提升，氣化爐生產(chǎn)負(fù)荷逐步提高，氣化爐及碳洗塔黑水排放量也不斷增加。德士古水煤漿加壓氣化裝置中的灰水處理單元對(duì)排出的黑水進(jìn)行閃蒸濃縮處理，渣水分離后的灰水重新進(jìn)入灰水系統(tǒng)循環(huán)使用。黑水排放量增大后，灰水處理單元的高壓閃蒸系統(tǒng)出現(xiàn)超溫、超壓現(xiàn)象，使其處理負(fù)荷后移至低壓閃蒸系統(tǒng)和真空閃蒸系統(tǒng)，導(dǎo)致真空閃蒸系統(tǒng)出現(xiàn)超溫、超壓現(xiàn)象，經(jīng)灰水處理單元處理后的水質(zhì)也受到影響，進(jìn)而影響氣化單元的水質(zhì)，最終影響氣化單元的運(yùn)行周期[1]。

1 工藝流程

氣化爐及碳洗塔排放的黑水(6.0 MPa、206 ℃)經(jīng)減壓閥進(jìn)入灰水處理單元的高壓閃蒸系統(tǒng)，閃蒸后的黑水(0.85 MPa、183 ℃)減壓進(jìn)入低壓閃蒸系統(tǒng)再次閃蒸，二次濃縮后的黑水(0.11 MPa、108 ℃)經(jīng)減壓閥進(jìn)入真空閃蒸系統(tǒng)。經(jīng)減壓閥進(jìn)入1#真空閃蒸器的黑水處于-64 kPa的真空環(huán)境，此時(shí)黑水溫度高于此壓力下水的飽和溫度，部分黑水吸熱蒸發(fā)，1#真空閃蒸器內(nèi)部溫度降低的同時(shí)，黑水中會(huì)逸出更多的不凝氣。1#真空閃蒸器內(nèi)剩余的黑水經(jīng)減壓閥進(jìn)入2#真空閃蒸器(-91 kPa)，重復(fù)進(jìn)行1#真空閃蒸器內(nèi)的過(guò)程。1#、2#真空閃蒸器的出口氣體經(jīng)1#、2#真空閃蒸冷凝器冷凝至41 ℃后，進(jìn)入1#、2#真空閃蒸分離器進(jìn)行氣液分離，分離出的凝液經(jīng)凝液泵送至脫氧水槽；分離出的氣體經(jīng)真空泵進(jìn)入真空泵分離器分離，凝液返回真空閃蒸分離器，不凝氣直接向大氣排放。2#真空閃蒸器底部的渣水由沉降槽給料泵送至沉降槽，利用絮凝劑快速實(shí)現(xiàn)渣水分離，最終實(shí)現(xiàn)水的循環(huán)利用。真空閃蒸系統(tǒng)工藝流程框圖見(jiàn)圖1。

2 存在問(wèn)題及原因分析

在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，隨著氣化爐生產(chǎn)負(fù)荷提高至設(shè)計(jì)負(fù)荷的108%，需通過(guò)增大黑水排放量來(lái)帶走氣化單元增加的熱量。在高壓閃蒸系統(tǒng)、低壓閃蒸系統(tǒng)的黑水處理量增大的同時(shí)，真空閃蒸系統(tǒng)的黑水處理量也增大，導(dǎo)致真空閃蒸系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)異常。

2.1 影響系統(tǒng)真空度

真空閃蒸冷凝器是真空閃蒸系統(tǒng)形成真空的主要設(shè)備，冷凝效果下降將直接導(dǎo)致真空閃蒸器負(fù)壓減小，影響黑水閃蒸量，進(jìn)而影響黑水排放溫度。隨著氣化爐生產(chǎn)負(fù)荷增大，氣化爐和碳洗塔黑水排放總量從150 m3/h(工況1)提升至200 m3/h(工況2)后，經(jīng)真空閃蒸系統(tǒng)處理后的黑水溫度升高，見(jiàn)表1和表2。

表1 不同黑水排放量下真空閃蒸冷凝器運(yùn)行情況

表2 不同黑水排放量下沉降槽給料泵出口溫度

真空閃蒸冷凝器殼程介質(zhì)為黑水閃蒸氣，管程介質(zhì)為循環(huán)冷卻水。由表1可知，黑水排放量增加引起真空閃蒸冷凝器負(fù)荷增大，1#、2#真空閃蒸冷凝器殼程進(jìn)出口溫度上升，循環(huán)水出口溫度升高。從表2可以看出，黑水排放至沉降槽的溫度也隨著負(fù)荷的增大而升高。

2.2 影響系統(tǒng)水質(zhì)

對(duì)系統(tǒng)水質(zhì)的影響主要來(lái)源于兩個(gè)方面：①黑水排放量增大，影響真空閃蒸冷凝器換熱效果，真空度降低，從而影響黑水蒸發(fā)量，導(dǎo)致沉降槽給料泵出口溫度升高，影響絮凝劑絮凝效果，沉降槽水質(zhì)變差；②黑水處理量增大，閃蒸氣量增加，真空閃蒸器內(nèi)含有灰渣的水被帶入真空閃蒸冷凝器，然后進(jìn)入真空閃蒸分離器，致使真空閃蒸分離器內(nèi)冷凝液的潔凈度變差，該冷凝液送至脫氧水槽后導(dǎo)致水的濁度及總固含量增加(見(jiàn)表3)，水質(zhì)變差，影響系統(tǒng)運(yùn)行周期。

表3 脫氧水槽水質(zhì)及凝液泵出口固定周期內(nèi)沖穿次數(shù)

2.3 加速設(shè)備腐蝕

真空閃蒸分離器中冷凝液含渣量升高會(huì)增大對(duì)凝液泵進(jìn)出口管線的沖刷、磨損，導(dǎo)致管線在運(yùn)行過(guò)程中需頻繁更換、修補(bǔ)(見(jiàn)表3)；出口液位控制閥閥芯、閥腔也因此受到不同程度的磨損，致使真空閃蒸分離器液位無(wú)法有效控制，最終導(dǎo)致真空閃蒸分離器處于無(wú)液位狀態(tài)，凝液泵產(chǎn)生氣縛現(xiàn)象，縮短與之連接的管道使用壽命。

3 優(yōu)化措施

因黑水閃蒸氣通過(guò)真空閃蒸冷凝器的流速過(guò)快，停留時(shí)間過(guò)短，導(dǎo)致真空閃蒸冷凝器達(dá)不到換熱效果，影響了真空度。優(yōu)化措施：①加大循環(huán)冷卻水流量，為真空閃蒸冷凝器提供更多的冷量；②真空閃蒸冷凝器由于投用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，結(jié)垢嚴(yán)重，對(duì)其進(jìn)行機(jī)械清洗，以增大傳熱系數(shù)。經(jīng)試驗(yàn)，單獨(dú)采用某個(gè)方案的效果不理想；2種方案同時(shí)實(shí)施后，真空閃蒸冷凝器及沉降槽給料泵運(yùn)行效果見(jiàn)表4和表5。

表4 優(yōu)化后真空閃蒸冷凝器運(yùn)行情況

表5 優(yōu)化后沉降槽給料泵出口溫度

2#真空閃蒸分離器內(nèi)冷凝液受到污染，但其溫度在40 ℃左右，不會(huì)對(duì)絮凝劑活性造成影響，因此可利用沉降槽給料泵直接將2#真空閃蒸分離器內(nèi)的冷凝液送至沉降槽內(nèi)處理。凝液泵至脫氧水槽的管道切除后，2#真空閃蒸分離器內(nèi)的冷凝液不再回收排向脫氧水槽，脫氧水槽的水質(zhì)得到保證，凝液泵進(jìn)出口管線及液位控制閥的磨損問(wèn)題同時(shí)得到解決。改造后的真空閃蒸系統(tǒng)工藝流程框圖見(jiàn)圖2。

4 結(jié)語(yǔ)

改造后，真空閃蒸系統(tǒng)各項(xiàng)參數(shù)正常，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定；沉降槽給料泵出口溫度能夠得到有效控制，不會(huì)影響絮凝劑的使用效果，水質(zhì)穩(wěn)定；真空凝液泵停運(yùn)后，減少了運(yùn)行設(shè)備、運(yùn)行管道及閥門，系統(tǒng)穩(wěn)定性增加，操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度降低，運(yùn)行成本下降；有效解決了黑水排放量增加后對(duì)真空閃蒸系統(tǒng)的影響。