無(wú)磷灰水分散劑在煤氣化灰水裝置上的應(yīng)用研究

孫金忠，曾祥軍

（常州中南化工有限公司，江蘇 常州 213111）

1 概 述

某公司碳一氣化裝置采用6.5 MPa德士古高壓水煤漿氣化爐，3開(kāi)1備，年消耗原煤190萬(wàn)t，灰水循環(huán)量780 m3/h，氣化灰水處理工藝包括黑水冷卻、熱量回收、溶解氣體脫除、渣水分離和灰水循環(huán)使用等流程[1]。氣化灰水具有高溫、高壓、高濁度、高硬度、高堿度等特點(diǎn)，因此在其循環(huán)運(yùn)行過(guò)程中容易產(chǎn)生沉積、結(jié)垢、腐蝕等不利現(xiàn)象，影響煤氣化設(shè)備的正常穩(wěn)定運(yùn)行。隨著該公司生產(chǎn)運(yùn)行負(fù)荷逐步提高，氣化系統(tǒng)對(duì)氣化灰水系統(tǒng)運(yùn)行的品質(zhì)要求日益提高；加之當(dāng)前環(huán)保形勢(shì)日益嚴(yán)峻，廢水外排標(biāo)準(zhǔn)愈加嚴(yán)苛，為減輕水處理工序除磷負(fù)擔(dān)，保證污水處理水質(zhì)達(dá)標(biāo)，氣化裝置要求使用無(wú)磷配方藥劑。經(jīng)考察對(duì)比，該公司決定選用常州中南化工有限公司無(wú)磷灰水分散劑HS-09，并于2018年3月在碳一氣化裝置上進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，以下對(duì)其在現(xiàn)場(chǎng)9個(gè)月的應(yīng)用情況進(jìn)行總結(jié)。

2 無(wú)磷灰水分散劑現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

2.1 分散劑應(yīng)用流程

2018年3月，該公司在碳一氣化灰水系統(tǒng)上投用無(wú)磷灰水分散劑HS-09，投用期間，碳一氣化裝置運(yùn)行C、D 2臺(tái)氣化爐，氣化灰水量520 m3/h。

按照無(wú)磷灰水分散劑現(xiàn)場(chǎng)處理方案，將HS-09用泵輸送到大槽內(nèi)，通過(guò)分散劑計(jì)量泵按照投加質(zhì)量濃度100 mg/L將分散劑輸送到低壓灰水槽（原流程是添加到灰水澄清槽溢流圈內(nèi)）和高壓灰水泵的入口（兩者質(zhì)量比3∶1）。分散劑在灰水中通過(guò)溶解、螯合、分散等作用，抑制Ca2+、Mg2+等結(jié)垢性離子與CO32-、SO42-等陰離子形成結(jié)垢，從而減緩灰水系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備、管道結(jié)垢趨勢(shì)[2]，延長(zhǎng)氣化裝置運(yùn)行周期。

2.2 氣化裝置運(yùn)行情況

氣化爐C爐自2018年3月10日開(kāi)始投加HS-09。4月9日，氣化爐C爐因爐內(nèi)托渣板溫度高被迫停車(chē)，檢查發(fā)現(xiàn)爐內(nèi)掛渣積灰比較嚴(yán)重，導(dǎo)致錐底超溫；對(duì)工藝氣管道檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)管道有2 cm左右厚的灰垢，進(jìn)行拆彎頭清洗，但因清洗槍長(zhǎng)度和壓力不夠，清洗效果不理想，在管壁上還殘留了較多灰垢的情況下，于4月19日投料開(kāi)車(chē)。運(yùn)行45 d后，因氣化爐渣口壓差（PDT0706）達(dá)到0.102 MPa被迫在6月4日停車(chē)，檢查發(fā)現(xiàn)工藝氣管道積灰垢厚度3 cm～4 cm，通過(guò)對(duì)灰垢取樣分析（結(jié)果見(jiàn)表1），判斷垢樣主要成分為硫酸鈣垢；對(duì)工藝氣管道進(jìn)行人工振打等物理機(jī)械方法處理干凈后，于6月13日投料運(yùn)行。運(yùn)行至10月12日，C爐按計(jì)劃停車(chē)檢修，全面檢查氣化灰水系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備，發(fā)現(xiàn)結(jié)垢情況并不嚴(yán)重，在少量灰垢清理后于10月26日投料運(yùn)行。運(yùn)行至12月10日，氣化爐內(nèi)液位波動(dòng)大，判斷為導(dǎo)氣管內(nèi)結(jié)灰，進(jìn)行停車(chē)檢查，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)氣管內(nèi)壁結(jié)灰嚴(yán)重（厚度達(dá)3 cm～4 cm），已影響了氣化爐內(nèi)流體的運(yùn)行狀況，再次取樣分析（結(jié)果見(jiàn)表1），垢樣主要成分為硫酸鈣垢。

表1 垢樣成分分析

氣化爐D爐自2018年3月10日開(kāi)始投加HS-09，6月4日夜班出現(xiàn)激冷水泵故障，激冷水量下降，導(dǎo)致PDT0706壓差上漲，在6月5日被迫停車(chē)；停爐檢查發(fā)現(xiàn)導(dǎo)氣管內(nèi)和工藝氣管線結(jié)灰嚴(yán)重，通過(guò)切割工藝氣管線、人工敲擊振打等方法進(jìn)行清理，并于6月15日晚投料運(yùn)行。運(yùn)行至9月27日，氣化爐計(jì)劃停車(chē)檢修，在對(duì)外圍管線拆口檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)氣化爐外排水管線、低壓和高壓灰水管線以及洗滌塔內(nèi)等氣化灰水系統(tǒng)設(shè)備都比較干凈，結(jié)垢較輕，垢厚度只有2 mm左右，但氣化爐爐內(nèi)積灰垢比較嚴(yán)重，灰垢厚度達(dá)到3 cm左右，從清理情況看，氣化爐爐內(nèi)清理比較容易，說(shuō)明以積灰為主。

HS-09應(yīng)用期間，從每個(gè)周期內(nèi)氣化爐C、D的檢修情況看，氣化爐爐內(nèi)、沉積槽以及導(dǎo)氣管積灰結(jié)垢比較嚴(yán)重，氣化爐灰水系統(tǒng)的外排水管線、黑水管線、低壓和高壓灰水管線以及洗滌塔內(nèi)設(shè)備比較干凈，垢厚度1 mm～2 mm，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單清洗便可見(jiàn)金屬光澤。

2.3 氣化灰水系統(tǒng)運(yùn)行情況

對(duì)氣化爐D爐投用HS-09前后的灰水水質(zhì)進(jìn)行了分析，結(jié)果見(jiàn)表2、表3。

表2 低壓灰水泵出口水質(zhì)分析數(shù)據(jù)（平均值）

表3 高壓灰水泵出口水質(zhì)分析數(shù)據(jù)（平均值）

從表2、表3可以看出，無(wú)論是低壓灰水泵出口的低壓灰水，還是高壓灰水泵出口的高壓灰水，2018年6月—8月氣化灰水中Cl-、溶解性總固體、總硬度均有所上升。

HS-09于2018年3月開(kāi)始投加，從表2、表3看，6月—8月灰水溶解性總固體含量達(dá)到歷史最高值，結(jié)合當(dāng)時(shí)氣化爐系統(tǒng)結(jié)垢情況，分析灰水溶解性總固體含量高是導(dǎo)致氣化裝置部分設(shè)備、管道結(jié)垢最直接的原因。表1對(duì)氣化爐爐內(nèi)垢樣的分析確認(rèn)了其主要成分為硫酸鈣垢，因此對(duì)HS-09藥劑成分進(jìn)行了針對(duì)性調(diào)整。從氣化爐在運(yùn)行周期內(nèi)的檢修情況看，HS-09成分調(diào)整后阻硫酸鈣垢的效果很明顯。

灰水的置換量（即氣化系統(tǒng)向生化系統(tǒng)外送的廢水排放量）是影響灰水溶解性總固體含量至關(guān)重要的因素。在負(fù)荷一定、入爐煤質(zhì)不變的情況下，即單位時(shí)間內(nèi)溶解在系統(tǒng)內(nèi)可溶鹽量不變時(shí)，灰水溶解性總固體含量將隨外排廢水量的增加而減少。2017年、2018年灰水系統(tǒng)外排廢水情況見(jiàn)圖1。由圖1可知，2018年系統(tǒng)的外送廢水量減少20%左右，隨著氣化爐外排水量的逐步減少，氣化灰水系統(tǒng)中的溶解性總固體和硬度含量是逐步增加的，說(shuō)明氣化灰水系統(tǒng)外排量對(duì)灰水水質(zhì)影響非常大。

圖1 灰水系統(tǒng)外排廢水情況

此外，對(duì)比了氣化爐C、D爐在2017年—2018年的原煤日消耗量（2017年、2018年同期D爐的原煤日消耗量見(jiàn)圖2），2018年氣化爐C、D爐整體運(yùn)行負(fù)荷比2017年提高。

圖2 2017年—2018年D爐原煤日消耗量

在氣化爐負(fù)荷增加、灰水系統(tǒng)外排量減少、灰水水質(zhì)惡化的情況下，氣化爐的外排水管線、低壓和高壓灰水管線結(jié)垢情況都有了明顯改善，說(shuō)明HS-09起到了良好的阻垢分散效果作用。

2.4 無(wú)磷灰水分散劑與高磷灰水分散劑阻垢對(duì)比實(shí)驗(yàn)

在Ca2+質(zhì)量濃度為250 mg/L，HCO3-質(zhì)量濃度為250 mg/L，懸浮物(SS)質(zhì)量濃度為80 mg/L，pH為8.8的配制水中，分別投加質(zhì)量濃度為60 mg/L的高磷、無(wú)磷（HS-09）灰水分散劑，升溫升壓到250℃、4.0 MPa，靜置2 h后取水樣分析水中剩余鈣含量，計(jì)算其藥劑阻垢率。高磷灰水分散劑與無(wú)磷灰水分散劑阻垢率對(duì)比見(jiàn)表4。

由表4可以看出，在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，無(wú)磷灰水分散劑的阻垢率高于高磷灰水分散劑。

表4 高磷灰水分散劑與無(wú)磷灰水分散劑阻垢率對(duì)比

2.5 氣化灰水系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備結(jié)垢情況對(duì)比

在氣化爐運(yùn)行周期基本相同的情況下，對(duì)2017年使用高磷灰水分散劑與2018年使用無(wú)磷灰水分散劑HS-09期間氣化灰水系統(tǒng)相關(guān)檢修設(shè)備結(jié)垢情況進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果見(jiàn)圖3。由圖3可以看出，2018年氣化灰水系統(tǒng)中的低壓灰水管線、高壓灰水管線以及外排水管線的結(jié)垢情況較2017年明顯改善，說(shuō)明2018年使用的無(wú)磷灰水分散劑HS-09效果要好于高磷灰水分散劑。

圖3 使用高磷、無(wú)磷分散劑氣化灰水系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備結(jié)垢情況對(duì)比

3 結(jié)論與建議

3.1 無(wú)磷灰水分散劑HS-09在某公司碳一氣化灰水處理系統(tǒng)中的應(yīng)用期自2018年3月至12月，歷時(shí)9個(gè)月，期間由于多種因素的影響，對(duì)其使用效果造成了很大影響，但從這段時(shí)間HS-09在氣化灰水裝置上的使用情況看，在氣化系統(tǒng)較高負(fù)荷、高pH、高硬度、高溶解性總固體的灰水水質(zhì)條件下，HS-09可以滿(mǎn)足氣化灰水裝置在一定周期內(nèi)的正常運(yùn)行要求。

3.2 在氣化系統(tǒng)高負(fù)荷運(yùn)行、且灰水外排量下降20%左右的情況下，HS-09能夠滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)氣化爐在一定周期內(nèi)的穩(wěn)定運(yùn)行，這不僅節(jié)約水資源，保護(hù)了環(huán)境，還有效緩解了后期污水處理的壓力。

3.3 無(wú)磷灰水分散劑HS-09應(yīng)用期間，氣化爐外排水管線、低壓和高壓灰水管線結(jié)垢情況較使用高磷藥劑時(shí)改善。

綜上所述，無(wú)磷灰水分散劑HS-09在該公司氣化裝置上的應(yīng)用是成功的，其節(jié)水效果明顯，阻垢分散效果良好，未來(lái)可進(jìn)一步優(yōu)化提高其在氣化灰水水質(zhì)高硬度、高溶解性總固體運(yùn)行條件下的藥劑性能。