航天爐渣水系統(tǒng)的優(yōu)化探究

張林峰

(安徽晉煤中能化工股份有限公司, 安徽臨泉 236400)

航天爐氣化技術(shù)又稱HT-L粉煤加壓氣化技術(shù)，由中國(guó)航天科技集團(tuán)公司下屬北京航天石化技術(shù)裝備工程公司獨(dú)自研發(fā)，擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，打破了國(guó)外對(duì)該技術(shù)的壟斷。安徽晉煤中能化工股份有限公司(簡(jiǎn)稱中能化工)航天爐裝置從2017年7月開工建設(shè)，2019年1月進(jìn)入設(shè)備安裝階段，2019年11月進(jìn)行單體試車，2020年3月進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)試車,2020年5月31日氣化爐一次投料開車成功。

中能公司采用航天爐裝置，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為252萬(wàn)m3/d，單爐日處理原煤1 500 t，氣化爐運(yùn)行壓力為4.0 MPa。該爐型的燃燒室高度為3.2 m，激冷室高度為3.8 m。在氣化爐的長(zhǎng)期運(yùn)行中,由于氣化爐的自身特性，管道容易結(jié)垢，需要定期清理高壓閃蒸罐、激冷水過(guò)濾器。特別是由于黑水中固體懸浮物含量大，導(dǎo)致備用激冷水泵無(wú)法發(fā)揮備用作用，影響氣化裝置的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。因此，需要采取措施以減少氣化裝置黑水中的固體懸浮物含量，保證航天爐裝置長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。

1 航天爐渣水技術(shù)特點(diǎn)

1.1 灰水循環(huán)過(guò)程

沉降槽合格的灰水通過(guò)溢流堰分別溢流到灰水槽和外排水槽。外排水槽的灰水通過(guò)外排水泵送到污水處理工段，日常排水體積流量約為120 m3/h，用以維持系統(tǒng)的水平衡和改善灰水水質(zhì)?；宜鄣幕宜ㄟ^(guò)低壓灰水泵輸送到低壓汽提塔，初步除去灰水中溶解的少量氧氣后，經(jīng)過(guò)除氧水泵輸送到高壓汽提塔進(jìn)一步提溫、提壓，然后通過(guò)洗滌塔給料泵將灰水輸送到碳洗塔，對(duì)合成氣進(jìn)行洗滌、降溫、除塵，為凈化工段提供合格的合成氣。激冷水泵將灰水從碳洗塔輸送到氣化爐激冷室的激冷環(huán)，灰水通過(guò)激冷環(huán)的環(huán)流通道沿下降管形成一層水膜用以保護(hù)下降管，最終流入激冷室為氣化爐內(nèi)反應(yīng)生成的合成氣進(jìn)行初步洗滌、降溫、除塵。

1.2 黑水循環(huán)過(guò)程

氣化爐激冷室的黑水和碳洗塔的黑水經(jīng)過(guò)排水角閥節(jié)流到高壓閃蒸罐，壓力為0.5 MPa左右，經(jīng)過(guò)初步閃蒸以回收熱量和降低水溫，解吸黑水中溶解的酸性氣體。高壓閃蒸罐的黑水經(jīng)過(guò)排水角閥依次流到低壓閃蒸罐和真空閃蒸罐，經(jīng)過(guò)三級(jí)閃蒸進(jìn)入沉降槽，在沉降槽中加入絮凝劑，將沉降的淤漿通過(guò)底流泵送到壓濾機(jī)進(jìn)行處理，完成固液分離。

2 渣水系統(tǒng)運(yùn)行中存在的問(wèn)題

總結(jié)中能化工一、二期航天爐裝置運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，該渣水系統(tǒng)在長(zhǎng)期運(yùn)行中存在缺陷，制約因素主要有以下2個(gè)方面：

(1) 在氣化爐合成氣從激冷室出來(lái)直接進(jìn)入碳洗塔進(jìn)行洗滌除塵的動(dòng)態(tài)過(guò)程中，合成氣帶灰量較大，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后碳洗塔內(nèi)部容易積灰，不僅影響了碳洗塔的洗滌效果，無(wú)法滿足后工段要求，而且需要定期清理碳洗塔內(nèi)部積灰。同時(shí)，由于碳洗塔水質(zhì)較差，容易造成激冷環(huán)和激冷水過(guò)濾器堵塞，備用激冷水泵出口容易堵塞，不能起到備用作用，裝置運(yùn)行存在重大安全隱患，進(jìn)而影響氣化裝置的長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。

(2) 高壓閃蒸罐在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后容易積灰，影響閃蒸效果，需要定期清理。二級(jí)閃蒸效果不理想，導(dǎo)致水溫高，影響絮凝劑和分散劑效果，進(jìn)而影響了系統(tǒng)水質(zhì)[1-2]。

3 優(yōu)化措施

在渣水系統(tǒng)增加1臺(tái)旋風(fēng)分離器設(shè)備，氣化爐的合成氣通過(guò)旋風(fēng)分離器對(duì)合成氣進(jìn)行初步固氣分離。較潔凈的合成氣進(jìn)入碳洗塔進(jìn)行洗滌，改善了碳洗塔的水質(zhì)，進(jìn)而解決了激冷環(huán)和激冷水過(guò)濾器堵塞問(wèn)題，也解決三期激冷水泵因?yàn)槌隹陂y堵塞而不能備用的問(wèn)題。

增加1臺(tái)低壓閃蒸罐，通過(guò)三級(jí)閃蒸系統(tǒng)，提高了閃蒸效果，降低了渣水系統(tǒng)溫度，改善了分散劑和絮凝劑的沉降效果。同時(shí)，增加了高、低壓閃蒸罐錐部排污閥門，通過(guò)定期排污大大改善了高、低壓閃蒸罐內(nèi)部積灰。

絮凝劑型號(hào)選擇與用量?jī)?yōu)化。在絮凝劑型號(hào)的選擇上，主要考慮以下因素：

(1) 絮凝劑原理。聚丙烯酰胺的絮凝作用原理包括電中和、吸附架橋、沉淀物網(wǎng)捕。中能化工根據(jù)自身水質(zhì)情況選用XN412QL陰離子絮凝劑[3]。

(2) 絮凝劑用量。當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1×10-6～3×10-6時(shí),絮凝劑會(huì)全部吸附在固體粒子表面上，且絮塊的沉降速度達(dá)到最大值，絮凝劑用量過(guò)量或過(guò)小都會(huì)影響沉降效果。

(3) 攪拌。攪拌可使絮凝劑均勻地分散到懸浮液中，達(dá)到高效絮凝的效果。

(4) 水溫。低溫水的黏度較大，不利于絮凝劑分子的熱運(yùn)動(dòng)，水流剪力大，絮凝劑的成長(zhǎng)受阻；高溫會(huì)破壞絮凝劑的結(jié)構(gòu)，絮凝劑高分子化學(xué)鍵斷裂，影響絮凝效果。因此，一般水溫應(yīng)控制在40～100 ℃。

(5) 水中硬度。硬度是水中鈣、鎂離子含量的總稱，鈣、鎂離子是形成硬垢的主要離子；因此硬度越大，渣水系統(tǒng)結(jié)垢傾向越嚴(yán)重，對(duì)阻垢分散劑的要求越高。

(6) 水中堿度。在渣水系統(tǒng)中，堿度是指水中能夠接受氫離子與強(qiáng)酸進(jìn)行中和反應(yīng)的物質(zhì)含量。堿度高會(huì)影響水中鈣、鎂離子生成碳酸鈣、碳酸鎂。

(7) 水中懸浮物。水中懸浮物會(huì)吸附并消耗阻垢分散劑，懸浮物多會(huì)降低阻垢分散劑效果。

(8) 外排水。外排水量決定了灰水濃縮程度，很大程度上決定了灰水中各種離子濃度。若灰水被提濃程度高，各種成垢和有害離子濃度高，渣水系統(tǒng)對(duì)分散劑的阻垢性能和分散性能要求也隨之提高[4]。

4 優(yōu)化效果

優(yōu)化前后渣水系統(tǒng)數(shù)據(jù)對(duì)比見表1。

表1 灰水運(yùn)行指標(biāo)控制

5 結(jié)語(yǔ)

三級(jí)閃蒸系統(tǒng)提高了閃蒸效果，降低了渣水系統(tǒng)溫度，改善了絮凝劑的絮凝沉降效果，在外排水、煤種一定的情況下，能有效降低灰水中的堿度、硬度和懸浮物，進(jìn)而發(fā)揮分散劑的作用，對(duì)碳酸鈣、碳酸鎂有良好的阻垢分散效果，保證了氣化爐長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。