浅谈多喷嘴水煤浆气化系统氨氮含量的操作控制

胡 勇

(安徽华谊化工有限公司，安徽芜湖 238312)

安徽华谊化工有限公司气化装置采用多喷嘴水煤浆加压气化工艺，煤浆和氧气在气化炉内反应生成合成气(主要成分为CO+H2)，经气化炉、旋风分离器、水洗塔洗涤除尘后进入变换系统。黑水经减压后进入蒸发热水塔、低压闪蒸、真空闪蒸进行处理，部分热量得到回收利用，变换分离器分离的凝液和汽提塔汽提后的凝液重新返回到气化系统使用。灰水和汽提凝液的水质会直接影响设备、管线的结垢速率和结垢严重程度[1]。灰垢中的Ca2+、Mg2+主要来自煤中的无机盐，很难去除，在碱性环境下易生成Ca(OH)2、Mg(OH)2等难溶性物质，这些碱性物质又与灰水中的CO2反应生成CaCO3/Ca(HCO3)2或MgCO3/Mg(HCO3)2；而Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2极不稳定，又会分解成CaCO3、MgCO3，因此，降低氨含量来改变水系统中的碱性环境显得尤为重要[2]。

1 系统中氨的循环

气化装置系统中的氨主要来自于气化炉，原煤中的氮元素及泄漏入气化炉的高压氮气在气化炉高温高压还原气氛下，与氢气反应合成氨。原煤中的氮(H-N、C-N)在1 300 ℃、6.5 MPa的环境下主要转化成N2、NH3、HCN及少量的NO，与氢气反应合成氨气。通过引压口、煤浆管线、氧气管线泄漏入气化炉的高压氮气与氢气也能合成氨[3]。

在气化炉内反应生成的氨，一部分随着合成气进入变换系统，经过汽提塔分离出系统；另一部分随着黑水进入灰水处理系统，经过三级闪蒸分离出系统。这就是除氨的两个主要方向。

2 系统氨氮含量降低操作控制

降低系统中的氨氮含量主要通过调整闪蒸及汽提塔的操作参数进行，控制好操作参数可使整个气化工艺系统中的氨氮含量保持在一个较低的水平，则系统管线、设备结垢的速率也会大大降低[4]。

气化炉、旋风分离器及水洗塔的高温黑水经减压后进入蒸发热水塔蒸发室，高温黑水产生的大量蒸汽与蒸发热水塔给水泵和脱氧水泵过来的低温灰水、除氧水进行换热，将溶解在灰水中的氨闪蒸出来，此时蒸发热水塔气相出口管线到汽提塔的阀门(PV10805阀)不能开得太小，否则会造成蒸发室和热水室的介质换热效果变差，热水室温度变低，除氨效果变差。蒸发热水塔气相阀门开得越小，除氨效果就越差，含氨较高的灰水经高温热水泵打到水洗塔，水洗塔内的水又被黑水循环泵打到气化炉，整个过程中就会出现高温热水泵壳内部及叶轮结垢，蒸发热水塔填料结垢造成蒸发热水塔翻液气相带水严重及蒸发热水塔补水跟不上的情况，水洗塔带水及塔盘结垢，气化炉破泡条积灰结垢带水及气化炉合成气出口处积灰结垢严重，相关联的管线和阀门结垢等一系列问题。蒸发热水塔热水室温度控制在160～170 ℃较为适宜；气相阀门也不能开得太大，否则热水室的水被闪蒸汽带到汽提塔，会影响汽提塔的操作控制。黑水排量较大时，可能会出现蒸发热水塔热水室温度高、压力高的情况，此时可通过调整水循环量控制黑水排量，或者调整蒸发热水塔给水泵和除氧水的量来降低蒸发热水塔热水室的温度和压力到一个合理范围内。备炉检修期间，对蒸发热水塔内填料进行更换清洗，以保障换热效果。低压闪蒸和真空闪蒸在对黑水闪蒸处理的同时，也对其中的不凝气起到了较好的分离处理。

气化炉产生的合成气进入变换系统后，合成气分离出来的变换凝液一部分直接回到气化炉和水洗塔循环使用，其余变换凝液进入汽提塔进行除氨处理。汽提塔的除氨主要是通过汽提闪蒸完成的，其中汽提塔的温度主要通过S5蒸汽和蒸发热水塔过来的闪蒸气控制。蒸发热水塔的操作稳定时，汽提塔的温度控制可通过调整S5蒸汽完成，蒸汽调整幅度不能太大和太频繁，以防汽提塔填料压板被吹翻，填料进入汽提塔气相出口换热器而造成管线设备堵塞，影响汽提气的排放，使除氨效果变得较差，长时间运行会造成系统氨氮含量的不断累积，加快系统管线、设备的结垢速率，进而影响气化炉的安全长周期稳定运行。在汽提塔的操作控制过程中尽量避免蒸发热水塔工况出现较大和频繁的波动，蒸发热水塔到汽提塔的闪蒸气中含有较多的氨和不凝气，而且温度较高，非常有利于汽提塔的除氨，也减少了S5蒸汽的用量。汽提出来的氨和部分不凝气进入锅炉掺烧或放火炬烧掉，含氨较少的汽提塔底液通过汽提塔底流泵送到蒸发热水塔循环利用。

在汽提塔汽提气中含有H2S、NH3、CO2、CO等物质，对汽提塔出口换热器管束造成一定的腐蚀泄漏，最终导致变换凝液和汽提气在此换热器处直接混合进入后面的分离器，氨溶解在凝液里又回到了气化系统进行累积，造成设备、管线快速结垢，可通过监控V10908分离器液位来判断汽提塔气相出口换热器的工作状态；如果换热器管束泄漏，应及时切出来检修。该分离器的工况对整个汽提系统除氨有着重要影响。

氨含量在系统中不断累积，可通过向灰水系统中加入新鲜水来稀释系统中的氨浓度，加大含氨废水的外送处理也是降低氨含量的重要途径[5]。

3 结语

系统中的氨氮对管线、设备结垢影响较大，会影响气化炉的安全稳定运行。通过对蒸发热水塔、汽提塔等关键设备的精心操作，可显著降低系统中的氨氮含量，通过其他辅助措施可将系统的氨氮含量控制在较低的水平，从而保障气化炉在满负荷的工况下安全、稳定、长周期运行。