德士古水煤浆加压气化装置真空闪蒸系统存在的问题及处理措施

张春练， 娄奥林， 易昌国， 石国弘， 吴 吉

(贵州赤天化桐梓化工有限公司 贵州桐梓 563200)

德士古水煤浆加压气化工艺开发于20世纪40年代后期，90年代以后在我国煤化工行业得到应用，目前该工艺已非常成熟。随着工艺的持续改进和操作人员技术水平的提升，气化炉生产负荷逐步提高，气化炉及碳洗塔黑水排放量也不断增加。德士古水煤浆加压气化装置中的灰水处理单元对排出的黑水进行闪蒸浓缩处理，渣水分离后的灰水重新进入灰水系统循环使用。黑水排放量增大后，灰水处理单元的高压闪蒸系统出现超温、超压现象，使其处理负荷后移至低压闪蒸系统和真空闪蒸系统，导致真空闪蒸系统出现超温、超压现象，经灰水处理单元处理后的水质也受到影响，进而影响气化单元的水质，最终影响气化单元的运行周期[1]。

1 工艺流程

气化炉及碳洗塔排放的黑水(6.0 MPa、206 ℃)经减压阀进入灰水处理单元的高压闪蒸系统，闪蒸后的黑水(0.85 MPa、183 ℃)减压进入低压闪蒸系统再次闪蒸，二次浓缩后的黑水(0.11 MPa、108 ℃)经减压阀进入真空闪蒸系统。经减压阀进入1#真空闪蒸器的黑水处于-64 kPa的真空环境，此时黑水温度高于此压力下水的饱和温度，部分黑水吸热蒸发，1#真空闪蒸器内部温度降低的同时，黑水中会逸出更多的不凝气。1#真空闪蒸器内剩余的黑水经减压阀进入2#真空闪蒸器(-91 kPa)，重复进行1#真空闪蒸器内的过程。1#、2#真空闪蒸器的出口气体经1#、2#真空闪蒸冷凝器冷凝至41 ℃后，进入1#、2#真空闪蒸分离器进行气液分离，分离出的凝液经凝液泵送至脱氧水槽；分离出的气体经真空泵进入真空泵分离器分离，凝液返回真空闪蒸分离器，不凝气直接向大气排放。2#真空闪蒸器底部的渣水由沉降槽给料泵送至沉降槽，利用絮凝剂快速实现渣水分离，最终实现水的循环利用。真空闪蒸系统工艺流程框图见图1。

2 存在问题及原因分析

在实际生产过程中，随着气化炉生产负荷提高至设计负荷的108%，需通过增大黑水排放量来带走气化单元增加的热量。在高压闪蒸系统、低压闪蒸系统的黑水处理量增大的同时，真空闪蒸系统的黑水处理量也增大，导致真空闪蒸系统在运行过程中出现异常。

2.1 影响系统真空度

真空闪蒸冷凝器是真空闪蒸系统形成真空的主要设备，冷凝效果下降将直接导致真空闪蒸器负压减小，影响黑水闪蒸量，进而影响黑水排放温度。随着气化炉生产负荷增大，气化炉和碳洗塔黑水排放总量从150 m3/h(工况1)提升至200 m3/h(工况2)后，经真空闪蒸系统处理后的黑水温度升高，见表1和表2。

表1 不同黑水排放量下真空闪蒸冷凝器运行情况

表2 不同黑水排放量下沉降槽给料泵出口温度

真空闪蒸冷凝器壳程介质为黑水闪蒸气，管程介质为循环冷却水。由表1可知，黑水排放量增加引起真空闪蒸冷凝器负荷增大，1#、2#真空闪蒸冷凝器壳程进出口温度上升，循环水出口温度升高。从表2可以看出，黑水排放至沉降槽的温度也随着负荷的增大而升高。

2.2 影响系统水质

对系统水质的影响主要来源于两个方面：①黑水排放量增大，影响真空闪蒸冷凝器换热效果，真空度降低，从而影响黑水蒸发量，导致沉降槽给料泵出口温度升高，影响絮凝剂絮凝效果，沉降槽水质变差；②黑水处理量增大，闪蒸气量增加，真空闪蒸器内含有灰渣的水被带入真空闪蒸冷凝器，然后进入真空闪蒸分离器，致使真空闪蒸分离器内冷凝液的洁净度变差，该冷凝液送至脱氧水槽后导致水的浊度及总固含量增加(见表3)，水质变差，影响系统运行周期。

表3 脱氧水槽水质及凝液泵出口固定周期内冲穿次数

2.3 加速设备腐蚀

真空闪蒸分离器中冷凝液含渣量升高会增大对凝液泵进出口管线的冲刷、磨损，导致管线在运行过程中需频繁更换、修补(见表3)；出口液位控制阀阀芯、阀腔也因此受到不同程度的磨损，致使真空闪蒸分离器液位无法有效控制，最终导致真空闪蒸分离器处于无液位状态，凝液泵产生气缚现象，缩短与之连接的管道使用寿命。

3 优化措施

因黑水闪蒸气通过真空闪蒸冷凝器的流速过快，停留时间过短，导致真空闪蒸冷凝器达不到换热效果，影响了真空度。优化措施：①加大循环冷却水流量，为真空闪蒸冷凝器提供更多的冷量；②真空闪蒸冷凝器由于投用时间过长，结垢严重，对其进行机械清洗，以增大传热系数。经试验，单独采用某个方案的效果不理想；2种方案同时实施后，真空闪蒸冷凝器及沉降槽给料泵运行效果见表4和表5。

表4 优化后真空闪蒸冷凝器运行情况

表5 优化后沉降槽给料泵出口温度

2#真空闪蒸分离器内冷凝液受到污染，但其温度在40 ℃左右，不会对絮凝剂活性造成影响，因此可利用沉降槽给料泵直接将2#真空闪蒸分离器内的冷凝液送至沉降槽内处理。凝液泵至脱氧水槽的管道切除后，2#真空闪蒸分离器内的冷凝液不再回收排向脱氧水槽，脱氧水槽的水质得到保证，凝液泵进出口管线及液位控制阀的磨损问题同时得到解决。改造后的真空闪蒸系统工艺流程框图见图2。

4 结语

改造后，真空闪蒸系统各项参数正常，设备运行稳定；沉降槽给料泵出口温度能够得到有效控制，不会影响絮凝剂的使用效果，水质稳定；真空凝液泵停运后，减少了运行设备、运行管道及阀门，系统稳定性增加，操作人员劳动强度降低，运行成本下降；有效解决了黑水排放量增加后对真空闪蒸系统的影响。