灰水系统稳定运行的影响因素及改进措施

王立群

（龙煤东化有限公司，黑龙江鹤岗 154111）

1 影响灰水系统的主要因素

目前，水煤浆气化装置以设计压力为4.0MPa和6.5MPa等级的居多，根据工艺设计，4.0MPa等级灰水多作为气化炉激冷水的来源之一（激冷水的另一来源一般为除氧水），而设计压力6.5MPa等级灰水多经过除氧器除氧后作为激冷水的主要来源，其质量的优劣直接关系到气化炉运行状况的好坏。下面以一个最恶劣环境的水煤浆气化装置灰水系统为例，进行讨论。

一个年产300kt合成氨厂，设计压力为6.5MPa等级，煤浆浓度在62%～65%之间，单炉投煤浆量90m3／h，合成气平均产量262 000m3／h（湿基），洗涤塔出口合成气平均温度243℃、平均压力6.27MPa的情况下，要维护气化炉的水平衡，通入激冷环、激冷室内的水量须控制在220m3／h左右才能达到保护气化炉激冷环和下降管避免被炉渣烧损的目的，实现对水煤气的充分洗涤和冷却，保证炉渣排放的顺畅。水煤浆气化系统在运行过程中，特别在气化炉运行后期，经常发生激冷水管线结垢，激冷水流量低，洗涤塔循环泵结垢，灰水总碱度高，系统腐蚀，运行阻力大，操作性能下降等现象。为了提高气化灰水系统的运行质量，实现长周期稳定运行，对影响灰水系统的因素进行了综合分析，制定出了灰水系统的优化运行措施。

1.1 原料煤灰分及煤浆灰熔点

灰水系统的钙主要来源于原料煤中的灰分，本装置原料煤灰分指标为10%。由于地理因素的影响，原料煤只能本地区解决，煤种单一，灰熔点高，最高达1 500℃，原料煤中需要加入大量的助熔剂，导致灰水中Ca2＋含量高。水煤浆气化装置要求煤浆灰熔点在1 200～1 300℃，而实际有约80%的煤浆灰熔点高于1 400℃，20%低于1 300℃。灰熔点越高，激冷水中溶解的Ca2＋就越多，灰水中的Ca2＋含量就会越高。煤气中的CO2溶于灰水中形成HCO－3，灰水中Ca2＋含量高，在温度较高的条件下，会促进CaCO3的生成，形成垢。

1.2 絮凝剂、阻垢剂的加量及废水排污量

气化灰水系统现有重力沉降槽一台，容积为2 100m3。在工程设计阶段，要根据煤种和所采用的工艺，将沉降槽容积设计大一些，容积增大对水温控制、细灰沉淀、絮凝剂充分发挥作用都有好处，（有的工程公司在设计阶段就习惯将沉降槽、沉渣池做得很小，认为一定的容积就可以了，这个我们自己在搞工程设计时一定要慎重考虑。）一台沉降槽对应2台气化炉。絮凝剂添加量为每天9.9kg，沉降槽的排污采用连续均匀方式。从2005年至2009年的分析数据中不难看出，灰水的悬浮物超过100mg／L和总碱度1 500mg／L时证明絮凝剂加入量偏小。通过反复试验絮凝剂的加入量，始终控制加入量在指标的下限。加入量过高有可能造成絮凝剂带入灰水系统，造成细灰在灰水系统沉淀，降低灰水流速，从而造成管道结垢。絮凝剂加入量和浓度稳定与否也是影响沉淀效果的重要因素。为此，保证加药泵的稳定运行是关键，同时按比例配絮凝剂水溶液是确保沉淀效果的另一重要因素。

1.3 阻垢剂的添加量

灰水系统的阻垢剂采用南京开广的阻垢剂，常规做法是在沉降槽上部溢流口入灰水罐处和低压灰水泵入口管线处加入，每天加入量为350kg。设计灰水的总硬度＋碱度控制在1 500mg／L以下，pH值控制在7～9之间，灰水悬浮物≤100mg／L。阻垢剂从这里加入再打到洗涤塔，在洗涤塔高温、高压的作用下阻垢剂逐渐失效，打到气化炉激冷室时阻垢剂已经基本失效，造成激冷环结垢严重，进一步影响稳定生产。

1.4 除氧器处理来水

由于界区外净化系统的变换冷凝液、尿素水解液等水质较差的水相继送入气化工段的除氧器进行处理，这部分外来水，特别是尿素水解液中氨的含量比较高，造成灰水系统氨含量高，pH值升高。在灰水系统中氨逐渐浓缩，灰水系统的总碱度不断升高，HCO－3转化为CO2－3，灰水中CO2－3的浓度增加，促进了Ca2＋与CO2－3生成CaCO3，形成垢。后期激冷水流量的降低和洗涤塔循环泵的结垢，实质上是整个灰水系统均呈现结垢现象的突出表现。

变换冷凝液在气化装置回收使用过程中，变换冷凝液含CO2－3较高，尤其是温度高时更高，在变换冷凝液中CO2－3是以碳酸氢铵的形式存在的，而且在变换冷凝液闪蒸塔放空处经常因碳酸氢铵结晶造成变换冷凝液闪蒸塔放空堵塞。

1.5 黑水、废水置换量小

气化炉及洗涤塔底部黑水出口管线流量偏低，系统灰水置换量小也是造成系统结垢的一个主要原因。气化装置的生产负荷也是影响灰水系统结垢速度的主要因素。由于一套合成氨生产装置是由几个单元组成的，很难保证整个装置长时间都处于完好状态，一旦某个装置出现故障不能满负荷生产，气化装置操作将更困难。长时间的低负荷生产，产气量小、带至变换系统的热量少，这时为保证变换系统稳定运行，就要降低合成气水汽比，降低水汽比的最有效手段是，降低气化炉激冷水量，减少黑水排放量，新鲜水的补入量减少，废水排放量减少，水的流速降低，总碱度升高都对管道结垢有利，所以长期低负荷生产对气化装置长周期稳定运行不利。

废水的排放量是评估一个气化装置设计成功与否的关键，尤其是对这样一个工艺条件下的装置，无论是灰水总碱度和硬度，都需要不断置换系统内的灰水来控制，因此气化装置的污水排放量就是一个关键问题，一个300kt／a合成氨装置气化污水排放量设计为50m3／h，考虑的因素不完全是为了降低气化装置的灰水总碱度和硬度，而且还考虑了灰水系统盐类是否超标。基于这方面的考虑，设计阶段气化装置污水处理能力偏小。随着国家对环保力度的加大，控制好污水中的氨氮、COD、氰化物等指标才能排放，所以在设计阶段气化装置的污水处理能力应适当增大。

1.6 操作不稳定

在日常操作中，各班组控制沉降槽的排污情况和灰水罐的液位不一致，有的班组控制低排污，灰水罐保持高液位；而有的班组控制大排放量，造成各班组补入到系统的冷凝液量不同，系统波动大，沉降和阻垢效果不好。

2 对气化装置的影响

2.1 对气化炉炉砖的影响

随着灰水系统结垢越来越严重，逐渐影响激冷水量，如果不减生产负荷，将逐渐造成气化炉激冷室带水。气化炉激冷室带水会造成气化炉渣口压差频繁波动，导致气化炉燃烧室出口气体形成回流，影响气化炉烧嘴火焰长度，同时造成气化炉拱顶处火焰黑区的耐火砖窜气，引起气化炉壁超温，影响气化炉稳定运行。

2.2 对闪蒸系统的影响

由于气化炉激冷室进水量减少，出水量也逐渐减少，系统内黑水排放量减少，导致闪蒸系统温度、压力下降，灰水加热器换热量逐渐减小，系统内细渣排放量减少，细渣在系统内存积，影响系统稳定运行。

3 针对灰水系统结垢采取的措施

（1）严格进厂煤的质量。积极拓展采购市场，讲求产气的综合效益，不再仅以煤炭价格作为采购的标准，尽可能控制入厂煤的灰分小于10%；加强不同灰熔点煤种的配比试验，控制煤浆的灰熔点在指标范围。

（2）适当调整沉降槽絮凝剂的添加量，加强水质分析。

（3）增加高压灰水泵的出口取样点。此处分析的悬浮物含量更能代表灰水系统的实际状况，并且可以反映出灰水结垢的趋势。

（4）采用更加高效的絮凝剂和阻垢剂，经过反复实验，阻垢剂加在激冷水过滤器后，比加在激冷水泵入口更能有效地防止气化炉激冷环结垢，而且效果明显。

（5）开好尿素水解装置，尽量降低水解液的氨含量，以缓解气化除氧器水的总碱度及其pH值的上升。

（6）加大气化炉及洗涤塔底部黑水出口排放量，以减少系统结垢。

（7）定期清洗洗涤塔循环泵出口滤网，避免灰分被带入激冷环。

4 改进后的效果

采取以上措施后的近3个月运行情况表明，灰水系统的整体状况得到了很大的改善，概括如下。

（1）灰水的各项厂控指标都有明显的好转，95%以上符合要求，并且数值的波动大大减小，关键指标，如煤浆灰熔点完全在指标范围内，且边缘数据减少。炉内液位平稳，一般维持在50%～60%。炉内温度和压力也比较稳定，易于掌控。

（2）气化炉出口气温度严格控制在242～245℃。出口气所含飞灰被较充分地洗涤掉，减轻了文丘里洗涤器、洗涤塔等后续设备和管道的压力，很大程度上避免和延缓了文丘里洗涤器、黑水管线、水泵、换热器等堵塞情况的发生，更有利于后续工段的运行。

5 结 语

通过分析影响灰水系统的因素，采取了相应的措施。在增加小额额外资金投入的情况下，仅通过技术挖潜和管理控制，就使灰水系统的运行更加趋于平稳，取得了很好的经济效益。