多元料浆气化装置灰水系统中存在的问题及处理措施

曹玉强(宁夏和宁化学有限公司，宁夏 宁东 750411 )

0 引言

宁夏和宁化学有限公司以煤为原料生产40万吨/年合成氨、70万吨/年尿素、20万吨/年甲醇，采用西北化工研究院多元料浆气化工艺，设计有三台多元料浆气化炉，操作压力6.5MPa，激冷流程生产合成气。该工艺是将原料煤与不同废水在棒磨机中研磨成浓度约60%的料浆，经高压料浆泵送入气化炉，与空分装置生产的氧气混合，料浆与氧气并流进入气化炉，在气化炉内迅速完成升温、水分蒸发、脱挥发份、裂解、燃烧及转化等一系列物理和化学过程[1]，产生的合成气送入变换装置。其中灰水处理系统为四级闪蒸，分别为高压、低压、一级真空闪蒸及二级真空闪蒸。灰水系统的稳定与否直接决定水质品质的高低，灰水水质太差，高、低压灰水系统的结垢速率加快，管线冲刷磨损严重，均会影响气化炉的长周期运行。现就运行过程中灰水系统存在的问题、解决办法及实际效果做出如下说明。

1 脱气槽换热效果差，出口水温低

脱气槽的作用是利用低压闪蒸气与灰水充分换热，降低氧气在灰水中的分压，进而达到物理除氧的作用。在运行过程中因蒸汽与灰水换热效果较差，脱气槽出口灰水温度较低，导致低温热水器操作压力偏高，部分蒸汽就地放空，不仅污染环境还造成一定的经济损失；因脱气槽顶部蒸汽放空量较大，造成灰水夹带，除气头顶部经常出现喷水现象，造成环境污染，有烫伤巡检人员安全的隐患，尤其在冬季极易形成“挂冰”，安全风险较大。

1.1 运行期间存在问题

(1)脱气槽出口水温偏低。由于低压闪蒸汽与灰水换热部位在脱气槽上部，在脱气槽液面以下，未经充分换热后大量闪蒸汽便从出口放空，除氧效果差；脱气槽出口水温偏低，长期在89℃左右，灰水经过灰水加热器后水温低，进入洗涤塔后整体热负荷低，合成气水汽比较低、洗涤效果差；

(2)脱气槽喷水。由于蒸汽与低压灰水换热效果较差，大量蒸汽与低压灰水换热不充分，蒸汽流速较快，且蒸汽冷凝后的凝液无法及时排出换热部位，将凝液及灰水带出脱气槽，造成脱气槽顶部“喷水”，有烫伤巡检人员的风险，且喷出的灰水对周边设备及管线造成严重腐蚀；其次，冬季极易形成“挂冰”，有脱落砸伤巡检人员的风险；

(3)脱气槽内部闪蒸气管线及蒸汽管线腐蚀严重，部分管线出现腐蚀至穿孔现象。

1.2 解决办法

将低温热水器至脱气槽的蒸汽从脱气槽顶部引至水箱中部，加强灰水与蒸汽的换热效果，提高灰水温度，降低蒸气流速，同时增加闪蒸气至脱气槽除氧头部管线以便调整灰水温度。改造前后内部示意图如图1所示。

图1 脱气槽改造前后内部示意图

具体实施情况：

(1)低压闪蒸气入水箱水平管段开孔处理，孔径为60mm,孔距为200mm，为蒸汽分布器，长度为2850mm，水平管段距离水箱底部2100mm，水平管段与箱底做稳固支撑；

(2)低压闪蒸气入水箱水平段末端进行封堵，端面开孔处理，孔距为150mm，孔径为60mm, 距离底2350mm；

(3)蒸汽入口管线末端至水箱底部距离为1500mm，蒸汽入口管线下段1000mm做开孔处理，孔距为150mm，孔径为50mm。

1.3 改造后存在的风险及相应操作措施

(1)低压闪蒸气进入水箱后造成水温过高导致除气水泵汽蚀，解决办法：①利用除气头部原有预留孔，在低压闪蒸气管线增加DN150管线至除气头，用来调整进入水箱的蒸汽量，进而达到控制水温的效果；②若水温高于109℃，则打开低温热水器就地放空，减小蒸汽进入脱气槽水箱流量。

(2)蒸汽进入水箱后造成水击现象，脱气槽振动大，解决办法：①脱气槽在投用前投用蒸汽进行升温，温度控制在80℃，减小水箱内灰水与蒸汽的温差；②适当降低脱气槽液位，蒸汽分布器在水箱液面以上部分蒸汽不经过灰水直接换热而放空。

1.4 优化后实际效果

经过以上改造投用以后换热效果明显增大，脱气槽出口水度由原来的89℃上涨至101℃，经过灰水换热器后灰水水温由132℃上涨至157℃，合成气带水量增加，洗涤效果良好。

蒸汽与灰水换热效果增大后，蒸汽放空量明显减小，维持脱气槽正常操作压力的同时低温热水器现场放空关闭，回收蒸汽约8t/h, 经济效益明显。

2 灰水中悬浮物、浊度较高

2.1 运行期间存在问题

气化炉与洗涤塔的黑水经过高、低、两级真空闪蒸后黑水浓缩，降低温度，高浓度的黑水最终进入澄清槽，在絮凝剂的作用下进行沉降分离，达到灰水循环再利用的目的。从灰水水质分析数据看，悬浮物含量较高，大于200mg/L，严重超出小于100mg/L的指标。浊度大于130NTU，灰水水质较差，澄清槽溢流堰及灰水管线结垢速度快，检修清洗难度大、周期长，严重影响高、低压灰水系统的稳定运行。

2.2 解决办法

(1)将二级真空闪蒸凝液至灰水槽的流程改至澄清槽。二级真空闪蒸凝液中细灰较多，直接进入灰水槽后对悬浮物含量的影响较大。该流程经过改造后，闪蒸凝液进入澄清槽后再次沉降分离，水质指标大大改善。

(2)澄清槽运行模式由一开一备改为同时投用，在系统水循环量不变的情况下增加沉降时间，使得细灰得到有效分离与沉降。

(3)通过絮凝剂选型试验选择适应所适用原料煤特性的最佳型号，使其具有最好的絮凝效果及较短的沉降时间。

(4)絮凝剂配制浓度由1‰提高至2‰，这样就增加了絮凝剂在水中的搅拌及溶解时间，延长了药剂配制的周期，增加了絮凝剂的溶解效果，絮凝剂配制过程中块状物明显减小，提高了絮凝剂的使用效果。

(5)在煤种选用时尽量避免使用灰成份中SiO2含量较低的煤种。实践证明，原料煤灰成份中SiO2含量大于50%时，悬浮物及浊度较高，沉降槽溢流出水为“乳白色”，灰水处理难度大。

2.3 优化后实际效果

经过以上操作后，悬浮物由大于200mg/L逐渐降低至50mg/L，浊度由大于130NTU降低至30NTU以下，灰水水质大大改善，澄清槽水质表观明显转好，改善前后趋势图如图2所示。

图2 改善前后趋势图情况

3 澄清槽进料泵进、出口管线磨穿泄漏

3.1 运行期间存在的问题

澄清槽进料泵作用是将二级真空闪蒸后的黑水送至澄降槽进行渣水分离，灰水经澄清槽溢流后循环利用，含固量较多的黑水经过滤机过滤后滤饼外送。气化炉和洗涤塔黑水经过四级闪蒸后含固量在6%～8%，经过澄清槽进料泵加压后在0.5MPa，二级真空闪蒸罐液位依靠液位调节阀控制。因含固量高，流量大，对进料泵进口管线、泵入口口环、泵壳、叶轮、液位调节阀及阀后管线冲刷磨损严重，经常出现泄漏情况，造成环境污染，在线处理难度大，安全风险高。

3.2 解决办法

澄清槽进料泵为工频电机驱动，在此基础上增加变频器，通过变频器输出频率调节二级真空闪蒸罐液位，取消液位调节阀以短节代替，降低黑水在管道中的流速，起到减缓磨损的作用。

3.3 优化后实际效果

经过增加变频器后，降低了介质流速，管线及泵体磨穿泄漏的现象彻底消除，调节阀前后管线部位磨损明显减小，既保护环境又降低了安全风险，同时降低了能耗。

4 结语

灰水处理系统作为气化炉、洗涤塔黑水处理的关键装置，与高、低压灰水系统的稳定运行息息相关。灰水水质的稳定运行关系着管线结垢的快慢，也直接影响着气化炉长周期运行。经过解决灰水系统存在问题，严格控制了灰水水温及灰水中悬浮物的含量，保证了气化炉长周期运行，提高了经济效益。