1種新型阻垢技術(shù)在水煤漿氣化灰水裝置的應(yīng)用

鄭積林，吳發(fā)洪，厲望

（1.浙江巨化股份有限公司；2.浙江晉巨化工有限公司：浙江 衢州 324000）

某50 kt/a 合成氨的水煤漿氣化爐，操作壓力2.5 MPa，耐火磚襯砌。生產(chǎn)所需要的原料水煤漿，使用煙煤加水通過(guò)棒磨機(jī)研磨制漿得到。隨著循環(huán)化利用、環(huán)保處置要求的提高，水煤漿氣化生產(chǎn)裝置也成為環(huán)保處理裝置，其制作水煤漿由原來(lái)的清水改為脫碳系統(tǒng)的聚乙二醇二甲醚（NHD）冷凝液、甲醇精餾廢水、二氯甲烷廢水，某制藥廠乙酰甲喹廢水和某造紙廠廢水等，這些污廢水隨著水煤漿進(jìn)入氣化爐進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，氣化反應(yīng)后部分水進(jìn)入灰水系統(tǒng)，灰水全循環(huán)使用，以實(shí)現(xiàn)變廢為寶、清潔生產(chǎn)。

水煤漿氣化裝置的灰水循環(huán)體積流量為100 m3/h。隨著灰水系統(tǒng)全循環(huán)時(shí)間的積累，水質(zhì)惡化，濁度、懸浮物、鹽分與硬度持續(xù)升高，細(xì)渣與清液分層效果差，造成灰水處理系統(tǒng)包括灰水冷卻、熱量回收、溶解氣體脫除、渣水分離和灰水循環(huán)使用等的管道、泵體和機(jī)封結(jié)垢、堵塞，多次出現(xiàn)激冷水流量低而觸發(fā)氣化裝置聯(lián)鎖跳車現(xiàn)象，灰水處理系統(tǒng)頻繁停車檢修[1]。按照現(xiàn)有的通常方法來(lái)調(diào)整提高灰水阻垢劑（主要成分為含磷小分子有機(jī)物）用量，效果甚微、收效不大，沒(méi)有辦法遏制灰水水質(zhì)惡化，氣化裝置持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)間只有60～70 d，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)安全穩(wěn)定長(zhǎng)周期運(yùn)營(yíng)。

1 氣化灰水循環(huán)工藝

1.1 工藝流程

氣化灰水循環(huán)工藝流程如圖1所示。

圖1 氣化灰水循環(huán)流程Fig 1 Gasification ash water circulation process

氣化爐排渣水與各煤氣分離器底部渣水，經(jīng)1 km 左右距離的灰水外管，輸送至制漿工序閃蒸槽，經(jīng)0.5 MPa閃蒸，閃蒸氣進(jìn)入閃蒸槽與冷卻水換熱，閃蒸槽底部黑水進(jìn)入炭黑水槽；炭黑水槽內(nèi)灰水進(jìn)入沉渣池，與高分子絮凝劑和石灰水作用，經(jīng)絮凝、平流沉淀，灰渣通過(guò)撈渣機(jī)定期撈出轉(zhuǎn)運(yùn)，沉渣池上部清液通過(guò)污水泵輸送到一級(jí)沉降槽、二級(jí)沉降槽沉降，清液通過(guò)灰水處理區(qū)域的污水循環(huán)泵，經(jīng)外管輸送至氣化爐工段激冷室，使氣化爐水煤氣得到冷卻，夾帶的熔渣固化，灰水循環(huán)使用。

1.2 氣化灰水特性

氣化灰水系統(tǒng)的2021 年10－12 月平均水質(zhì)情況見表1。

表1 氣化灰水水質(zhì)Tab 1 Quality of gasification ash water

由表1 可知，氣化灰水硬度、鹽分和濁度偏高，超過(guò)灰水裝置的處理能力。調(diào)整阻垢劑用量，由175 kg/d提高至225 kg/d后，效果甚微。另外，煤 中 含 有CaO、Fe2O3、SiO2、Al2O3等 氧 化物，在高溫高壓下，金屬元素被無(wú)機(jī)酸、堿侵蝕而溶解在水中形成離子態(tài)，特別是鈣鎂氧化物與CO2、H2O 形 成 可 溶 性 的Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2，高溫高壓灰水經(jīng)過(guò)閃蒸后，無(wú)機(jī)酸氣體大量揮發(fā)，可溶性Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2分解成不溶性的CaCO3、MgCO3，進(jìn)而在整個(gè)氣化灰水系統(tǒng)中沉積。隨著系統(tǒng)運(yùn)行周期的延長(zhǎng)，CaCO3、MgCO3沉積附著并相互粘連，形成致密堅(jiān)硬的灰垢[2-3]。

2 阻垢矩陣技術(shù)的應(yīng)用

2022 年1 月26 日，在氣化灰水循環(huán)系統(tǒng)管道、設(shè)備6處完成新型阻垢SOTO矩陣技術(shù)裝置安裝后投入使用。安裝的6 個(gè)位置：1）制漿來(lái)循環(huán)污水去氣化沖洗水槽進(jìn)口管；2）氣化新、老、第3 路炭黑水管；3）灰水處理二級(jí)沉降槽槽壁；4）灰水處理絮凝劑槽槽壁；5）灰水處理閃蒸槽排液黑水管正線；6）灰水處理污水泵出口去一級(jí)沉降槽管道。

3 使用效果

應(yīng)用新型阻垢SOTO矩陣技術(shù)后，氣化灰水處理系統(tǒng)運(yùn)行152 d，而且沒(méi)有出現(xiàn)灰水外排現(xiàn)象，比使用前的60～70 d 的運(yùn)行周期，提高了1 倍多，達(dá)到了生產(chǎn)安全、穩(wěn)定、長(zhǎng)周期運(yùn)營(yíng)。

3.1 2－3月份情況

新型阻垢SOTO矩陣技術(shù)使用后的2022年2－3月份的氣化灰水情況見表2。

表2 2－3月氣化灰水水質(zhì)Tab 2 Quality of gasification ash water from January to March

該階段開始使用新型阻垢SOTO矩陣技術(shù)，灰水鈣離子含量仍較高，電導(dǎo)率未下降。加壓變換污水池、氣化污水池污水泵運(yùn)轉(zhuǎn)較為正常，未發(fā)生搶修的情況。初步表明了在氣化灰水高硬度（近800 mg/L，以CaCO3計(jì)）、高鹽分、全循環(huán)無(wú)外排的情況下，新型阻垢SOTO矩陣技術(shù)能保證灰水正常循環(huán)。

使用新型阻垢SOTO矩陣技術(shù)裝置的前后，比較同樣的運(yùn)行時(shí)間下拆檢灰水外管，其情況如圖2所示。

圖2 氣化灰水外輸送管道拆檢對(duì)比Fig 2 Comparison of dismantling and inspection of external conveying pipelines for gasification ash water

由圖2 可知，使用前灰水外管垢樣厚度4～5 cm。使用后垢樣厚度2 cm 左右，且污垢炭黑均勻附著于管壁，通道均勻；激冷水泵機(jī)封處有結(jié)晶，泵體、進(jìn)口管無(wú)明顯結(jié)垢。表明了新型阻垢SOTO矩陣技術(shù)已經(jīng)起作用，加速了水垢、炭黑與黑水清液的分層，改變了灰水的流動(dòng)狀態(tài)，使其能均勻附著于管壁，有效減緩了灰渣堵塞管道。

使用后仍保持內(nèi)壁有一定的垢層，這主要是考慮保護(hù)管道，防止高溫高壓顆粒多的水直接沖刷管壁。

3.2 4－7月份使用情況

4－7 月份，在灰水系統(tǒng)全循環(huán)無(wú)外排，灰水阻垢劑用量為原來(lái)的1/3的情況下，繼續(xù)驗(yàn)證新型阻垢SOTO矩陣技術(shù)的阻垢效果，水質(zhì)分析結(jié)果見表3。

表3 4－7月氣化灰水水質(zhì)Tab 3 Quality of gasification ash water from April to July

由表3可知，灰水濁度明顯下降，由使用前的平均90 NTU 降至使用后的平均40 NTU，表明新型阻垢SOTO矩陣技術(shù)裝置改良了高分子絮凝劑的絮凝效果，加速了黑水中的炭黑、膠體微粒凝聚、沉降，因此保證了加壓變換污水池、氣化污水池水泵的正常工作。這與第1階段的結(jié)果一致。

該階段洗滌水體積流量維持60～70 m3/h。此次停車拆檢了激冷水泵的進(jìn)出口管，未發(fā)現(xiàn)明顯結(jié)垢，與第1階段的驗(yàn)證結(jié)果一致。因此可得出結(jié)論，在氣化灰水高硬度（近800 mg/L，以CaCO3計(jì)）、高鹽分、全循環(huán)無(wú)外排的情況下，新型阻垢SOTO矩陣技術(shù)能保證灰水正常循環(huán)。

4 應(yīng)用效益

新型阻垢SOTO矩陣技術(shù)應(yīng)用于氣化灰水系統(tǒng)后，氣化主裝置的管道、泵體和機(jī)封結(jié)垢減輕、堵塞減少，穩(wěn)定運(yùn)行152 d 沒(méi)有出現(xiàn)結(jié)垢堵塞現(xiàn)象，比之前的60～70 d運(yùn)行周期提高了1倍多，全年減少氣化裝置非計(jì)劃停車2次。按照50 kt/a水煤漿煤氣化裝置單次非計(jì)劃開停車損失35 萬(wàn)元來(lái)計(jì)算，全年可減少開停車及檢修等費(fèi)用70萬(wàn)元。

灰水系統(tǒng)原來(lái)主要是通過(guò)添加阻垢劑防止管道結(jié)構(gòu)堵塞，全年使用阻垢劑費(fèi)用為88 萬(wàn)元；使用新型阻垢SOTO矩陣技術(shù)以后，只在少數(shù)局部位置使用少量阻垢劑，阻垢劑用量只有原來(lái)的1/3，全年減少阻垢劑費(fèi)用約60萬(wàn)元。

綜合以上2項(xiàng)，新型阻垢SOTO矩陣技術(shù)的應(yīng)用，全年可節(jié)約成本、產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益為130萬(wàn)元。

同時(shí)，氣化灰水處理系統(tǒng)保障了沒(méi)有出現(xiàn)灰水外排情況下的灰水處理系統(tǒng)仍然能夠穩(wěn)定長(zhǎng)周期運(yùn)行，解決了灰水的管道設(shè)備結(jié)垢、堵塞的難題，實(shí)現(xiàn)氣化灰水處理系統(tǒng)的廢水零排放，無(wú)限循環(huán)使用。

5 結(jié) 論

新型阻垢SOTO矩陣技術(shù)的應(yīng)用，大幅度改良了水煤漿制氣耐火磚氣化爐灰水系統(tǒng)的污水中高分子絮凝效果，加速了污水中的炭黑、膠體微粒凝聚、沉降，污水濁度由使用前平均90 NTU降至使用后的平均40 NTU?；宜械奶亢?、膠體微粒等有效凝聚沉降，保證了污水系統(tǒng)的污水泵、管道、閥門等設(shè)備設(shè)施不堵塞的穩(wěn)定正常運(yùn)轉(zhuǎn)，全年可減少非計(jì)劃開停車2次，節(jié)約開停車及檢修等費(fèi)用70萬(wàn)元；減少阻垢劑費(fèi)用約60萬(wàn)元；合計(jì)可節(jié)約成本、產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益130萬(wàn)元。并實(shí)現(xiàn)了氣化爐灰水系統(tǒng)全循環(huán)無(wú)外排污水，達(dá)到了污水純物理處理零排放的目標(biāo)，具有循環(huán)化利用、綠色化發(fā)展的重要意義，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)價(jià)值雙重效益。