煤氣水系統(tǒng)現(xiàn)存問題及改進措施

摘要：以國家能源集團寧東煤化工基地某煤氣化裝置為例，對裝置水系統(tǒng)運行過程中出現(xiàn)的水質(zhì)總?cè)芄?、懸浮物、硬度等指標高及系統(tǒng)換熱器運行時間短、易堵塞等實際問題進行原因分析，并從工藝、設備和藥劑等方面進行分析探討，提出了優(yōu)化措施。

關鍵詞：煤氣化；水系統(tǒng)；水質(zhì)指標；結(jié)垢

煤氣化技術作為煤化工行業(yè)的核心技術，對整個生產(chǎn)鏈的穩(wěn)定運行具有至關重要的影響［1］。在煤氣化過程中，裝置中的黑灰水質(zhì)量通常較差，常見問題包括管道和設備的結(jié)垢和堵塞，這些問題顯著影響了裝置的長期穩(wěn)定運行。處理這些問題的主要方法是添加水處理藥劑，如絮凝劑和阻垢分散劑。即使采用這些處理方法，仍然會出現(xiàn)各種異常情況。以國家能源集團寧東基地的一個煤氣化項目為例，其在運行過程中遇到了多種挑戰(zhàn)，如水質(zhì)總?cè)芄?、硬度、氯離子和懸浮物指標偏高，以及系統(tǒng)換熱器（包括閃蒸換熱器和廢水換熱器）運行時間短、易于堵塞等問題。通過對這些實際問題進行原因分析和改進，可以為解決類似問題提供有價值的參考。

1煤氣水系統(tǒng)運行現(xiàn)存問題

1.1水系統(tǒng)水質(zhì)總?cè)芄?、硬度、懸浮物等指標高的問題1.1.1總?cè)芄?、硬度、氯離子等指標高

在煤氣化水系統(tǒng)運行中，總?cè)芄蹋═DS）、硬度和氯離子等水質(zhì)指標非常重要。高TDS水中含有較高濃度的礦物質(zhì)和鹽類，導致設備結(jié)垢和腐蝕，影響熱交換效率，引起設備故障。水的硬度，主要由鈣、鎂離子決定，過高的硬度增加熱交換器和管道的結(jié)垢風險，降低系統(tǒng)效率。氯離子濃度高會加速設備的腐蝕，并生成有害副產(chǎn)品。這些水質(zhì)問題對煤氣化系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和長期可靠性構(gòu)成嚴重挑戰(zhàn)，影響了效率和運行成本。

選取該煤氣化裝置系統(tǒng)連續(xù)幾天的水質(zhì)進行分析，結(jié)果見表1。表1該煤氣化裝置系統(tǒng)連續(xù)幾天的水質(zhì)數(shù)據(jù)

日期總?cè)芄?/p>

/（mg·L-1）硬度

/（mg·L-1）氯離子

/（mg·L-1）外排水量

/（m3·h-1）201812274 8042 066351.7570201812284 7242 466621.7970201812294 0362 400681.42100201812304 9962 316745.33160201812313 3041 576528.20140201901013 1961 307434.62170201901022 5401 263408.41165設計指標＜3 500＜1 500＜500

由表1可知，2018年12月30日開始隨著排水量的加大，水中總?cè)芄?、硬度及氯離子開始有明顯下降趨勢。

1.1.2懸浮物指標高

懸浮物主要指的是水中未溶解的固體顆粒，它們的存在直接影響水系統(tǒng)的效率和穩(wěn)定性。懸浮物在水中的高含量會導致管道和設備的堵塞問題。這些固體顆?？梢苑e聚在管道和設備的內(nèi)壁上，從而降低水流的效率，增加了維護和清潔的成本。嚴重的堵塞甚至可能導致系統(tǒng)停機，影響整個煤氣化過程的連續(xù)性和穩(wěn)定性。在熱交換過程中，懸浮物導致磨損和腐蝕，影響設備的壽命和效率。懸浮物在熱交換器的表面形成包裹層，從而降低其熱交換效率。在煤氣化水系統(tǒng)中，通常需要對水進行處理以滿足特定的質(zhì)量標準。懸浮物的存在會干擾這些處理過程，降低處理效率，導致水處理化學藥劑的過量使用。水處理過程中未能有效去除的懸浮物會隨廢水排放，影響周圍的水體和生態(tài)環(huán)境。

2水系統(tǒng)換熱器運行時間短、易堵塞的問題

在煤氣化水系統(tǒng)中，換熱器的運行效率是保證整個系統(tǒng)穩(wěn)定運行的關鍵因素［2］。換熱器經(jīng)常面臨著運行時間短和易堵塞的問題，這些挑戰(zhàn)主要源于水質(zhì)問題和換熱器設計特性。水中的懸浮物、高總?cè)芄蹋═DS）水平和硬度是導致?lián)Q熱器堵塞的主要原因。懸浮物如泥沙和其他微粒可以在換熱器的內(nèi)部積聚，水流通道變細，導致效率下降。高TDS和硬度會導致水中礦物質(zhì)和鹽類在換熱器表面沉積，形成結(jié)垢，降低了熱交換效率，而且還會引起物理堵塞。換熱器的設計不足以應對高懸浮物負荷或者水中化學物質(zhì)的沉積。如果換熱器的維護不當，如清洗周期不足或方法不當，也會加劇堵塞和效率降低的問題。換熱器在煤氣化過程中經(jīng)常面臨高溫和高壓的工作環(huán)境，這些條件會加速設備的磨損和腐蝕，從而縮短其運行時間。特別是當水質(zhì)中含有腐蝕性化學物質(zhì)（如高濃度的氯離子）時，腐蝕問題會進一步加劇。換熱器的操作參數(shù)，如流速和溫度，如果沒有得到適當?shù)目刂疲矔绊懫溥\行效率和使用壽命。不適當?shù)牧魉賹е聭腋∥锖推渌练e物的積淀，而不適宜的溫度則會加速化學反應和結(jié)垢。

3煤氣水系統(tǒng)洗滌量過大且分配不合理的問題

洗滌量過大意味著在清洗煤氣過程中使用了過量的水，從而導致水資源的浪費，增加后續(xù)的水處理負擔。在煤氣化過程中，煤氣需要通過水洗滌來去除雜質(zhì)和冷卻。如果洗滌水量過大，會造成能源和水資源的浪廢，增加了處理這些洗滌水所需的成本。洗滌水分配不合理則指的是在煤氣水系統(tǒng)的不同階段，水的使用沒有得到最優(yōu)化配置。某些區(qū)域不需要那么多洗滌水，而其他區(qū)域水量又不足。不合理的水分配會影響煤氣的清潔效率，導致雜質(zhì)去除不徹底，影響最終產(chǎn)品的質(zhì)量。水處理系統(tǒng)需要針對特定的容量設計，如果進入的水量超出設計范圍，會導致處理效率降低，設備損壞；過量的洗滌水使用和不合理分配也會增加廢水的排放量，將會增加處理廢水的成本。同時這些廢水可能含有雜質(zhì)和有害物質(zhì)，需要進行嚴格的處理才能排放，否則會對周圍環(huán)境造成污染。

4改進措施

4.1水系統(tǒng)水質(zhì)總?cè)芄?、硬度、懸浮物等指標改進措施

針對總?cè)芄蹋═DS）水平高的問題，可以通過優(yōu)化水處理過程來減少溶解物質(zhì)的含量。例如：采用反滲透或離子交換技術可以有效去除水中的溶解礦物質(zhì)和鹽類，從而降低TDS水平。為降低水的硬度，可以采用軟化處理，如通過添加化學藥劑來沉淀和去除水中的鈣、鎂離子，或使用離子交換樹脂來吸附這些硬度離子。針對懸浮物含量高的問題，可以采用物理過濾方法，如砂濾或微濾技術，這些方法能有效去除水中的固體顆粒，減少懸浮物的含量。這些改進措施的實施有助于提高水系統(tǒng)的運行效率、降低維護成本并減少設備的磨損和出現(xiàn)故障的風險，有助于保證最終煤氣產(chǎn)品的質(zhì)量，確保整個煤氣化過程的穩(wěn)定和高效運行。

4.2水系統(tǒng)換熱器運行時間短、易堵塞的改進措施

改進水質(zhì)管理，如通過精密過濾和化學處理降低總?cè)芄蹋═DS）和硬度，減少結(jié)垢和堵塞。定期對換熱器進行清潔和維護，去除積累的污垢，保持其高效運行。優(yōu)化換熱器設計，如選擇更適合的材料和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可以提高其對污垢和結(jié)垢的抵抗力?？梢哉{(diào)整操作參數(shù)，如水流速度和溫度，以減少沉積物的形成。這些措施的綜合運用，有助于提升換熱器的運行效率和使用壽命，確保煤氣水系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

4.3煤氣水系統(tǒng)洗滌分配改進措施

實施先進的監(jiān)控和控制系統(tǒng)，系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)測和調(diào)整洗滌水的流量，確保在煤氣清洗過程中洗滌水的最優(yōu)化使用。采用自適應和智能化的洗滌系統(tǒng)可以根據(jù)煤氣中雜質(zhì)的實際含量動態(tài)調(diào)整洗滌水的分配量，從而提高效率。通過改進洗滌塔的設計，如優(yōu)化噴嘴布局可以更有效地利用洗滌水，減少不必要的過量使用。還可以考慮回收和再利用部分洗滌水，減少新鮮水的使用需求和廢水的產(chǎn)生［3］。這些措施綜合實施，旨在提高洗滌水的使用效率，減少資源浪費，同時保證煤氣的清潔效果，確保煤氣水系統(tǒng)的高效和可持續(xù)運行。

5結(jié)語

在煤氣化水系統(tǒng)的調(diào)整中，主要是在確保氣化爐負荷需求和灰水水質(zhì)符合標準的前提下，實現(xiàn)系統(tǒng)水量的平衡，減少水消耗，并保障硬件設備的穩(wěn)定和可靠運行［4］。系統(tǒng)中的堿度和硬度會隨時間逐漸延長而呈現(xiàn)上升趨勢，因此在操作中，將它們作為氣化灰水水質(zhì)控制的關鍵指標是一種有效策略。調(diào)整策略的總體思路是：根據(jù)氣化爐的負荷，穩(wěn)定控制外排水量，使其維持在預定的指標范圍內(nèi)。這樣做可以監(jiān)控整個水系統(tǒng)的水質(zhì)變化。根據(jù)灰水中堿度和硬度的變化，進一步調(diào)整外排水量以優(yōu)化水質(zhì)。通過選擇合適的藥劑和調(diào)整其添加量，可以有效控制懸浮物含量和設備的結(jié)垢問題。強化現(xiàn)場技術管理，采取綜合措施來確保煤氣化裝置水系統(tǒng)的穩(wěn)定運行是關鍵。這樣的調(diào)整不僅可以提高系統(tǒng)效率，也能夠降低運行成本，同時還有助于環(huán)境保護。

參考文獻：

［1］李道榮.水處理劑概論［M］.北京：化學工業(yè)出版社，2005.

［2］岳秀偉.陽離子聚丙烯酰胺的合成工藝及絮凝性能研究［D］.天津：天津大學，2012.

［3］張富國，張超，肖建華，等.氣化工藝水系統(tǒng)管理及技改優(yōu)化總結(jié)［J］.小氮肥，2016，44（2）：1415.

［4］王風云，雷武，夏明珠.阻垢劑性能評定方法中的問題與討論［J］.工業(yè)水處理，2004，24（2）：14.

作者簡介：張輝，男，山西晉城人，助理工程師，研究方向：煤化工。