气化细渣脱水技术工艺研究与应用

薛长征,赵立功

(陕西未来能源化工有限公司, 陕西榆林 719000)

1 机组运行现状

陕西未来能源化工有限公司气化装置采用的是兖矿集团和华东理工大学自主研发的多喷嘴对置式水煤浆加压气化技术,气化压力为4.0 MPa,操作温度为1 350 ℃,设置8台Φ3 880 mm的气化炉,6开2备,生产能力为79×104m3/h。气化炉及水煤气洗涤净化系统各设备的黑水经三级闪蒸后进入黑水沉降系统,澄清液在系统内循环使用;浓缩黑水经真空过滤机处理后产生细渣,细渣外运。

气化装置配备3台真空带式过滤机,设计能力为30 m3/h,通过对入口布料系统及滤布进行改造,目前处理能力可以达到80 m3/h,但是滤饼脱水效果差(脱水后滤饼含水质量分数在55%～65%),过滤机使用寿命较短。在气化装置满负荷运行的情况下,澄清槽每小时产生黑水约180 m3,含固质量分数约为10%。

鉴于目前国家有关环境治理的政策,结合当前煤气化渣的存储方式,进一步降低粗渣中的含水率,减轻目前渣场污水处理难度大的压力,并为下一步综合利用气化细渣提供有利条件,研究将气化细渣含水率进一步降低,降低气化细渣运输、存储费用,减少渣场的污水量,节约水资源,降低污水处理费用,延长渣场使用周期,可有效降低煤化工企业生产运营成本。

2 气化细渣脱水技术研究开发应用

2.1 气化细渣特性及水分赋存特征

通过实验室专业分析,可以得到气化细渣可分为残碳和灰颗粒2个部分,细渣表面粗糙多孔且物理结构复杂,至少存在4种碳-灰共存模式:

(1) 间隙水。间隙水即自由水,可以利用外力机械压力轻松除去。

(2) 毛细结合水。毛细结合水是颗粒间的毛细管束缚的水分,需要较高的机械作用力和能量才能除去。

(3) 表面吸附水。表面吸附水是覆盖在颗粒整个表面,通过表面张力作用吸附的水分,可以用吹风法除去。

(4) 内部结合水。内部结合水是最难除去的,需要很高的能量将水分蒸发才能除去。

气化细渣粒径细小,气化细渣真空滤饼中的水分主要分布在100～5 000 nm大孔区间内,细小的粒径会增加脱水过程中水的迁移路径;气化细渣孔隙发达且表面粗糙,比表面积大,为水分提供赋存空间,这是影响其脱水过程的重要因素;丰富的石英和C—N(酰胺)键为气化细渣提供亲水位点,增加其脱水难度[1-2]。

2.2 过滤+压滤+加热吹扫+真空干化脱水技术

项目采用过滤+压滤+加热吹扫+真空干化

脱水技术,结合真空过滤和板框压滤的特点,能很好地提高气化细渣的脱水效果。

2.2.1 加热吹扫真空技术

浓缩黑水进入隔膜板框式过滤机初步压榨后,将物料充分加热,经过高压空气进行反复吹扫,将残留物料、滤液及热蒸汽吹扫处理,利用负压(-80 kPa以下)水的沸点降低原理,实现固液分离,同时在物料高温区实施吹扫,加快物料内残留的水蒸气吹扫干化。

2.2.2 高压隔膜板框压滤技术

在普通板框的基础上进行改进,将普通板框加工成可以改变外形的隔膜板框。在正常的板框完成物料处理后,通过改变隔膜板框的外形体积,压缩物料,改变物料体积,进一步将固液分离[3-4]。

采用中心进料四角排水暗流型压滤机,通过压榨水箱,将脱盐水加热至95 ℃,由热水泵送至隔膜板,将滤饼加热至90 ℃以上,然后通过压榨水泵挤压膈膜滤板,将明水压榨进入暗流水管进行压缩空气吹扫,最后通过真空系统在暗流水管抽真空,负压状态下水的沸点降低,有效地将滤饼中的含水量进一步降低。

高压隔膜板框压滤技术是在板框式压滤机压榨后,加热抽真空。普通板框式压滤机气化细渣脱水后滤饼含水质量分数在45%～50%,且受高分子絮凝剂影响,容易与滤布黏连,物料脱落困难。通过在板框式压滤机脱水后增加压缩空气吹扫系统,对滤饼进行加热及抽真空,集过滤、压滤、加热吹扫、真空干化为一体,采用低品位热源,在1台设备上完成过滤、压榨和干化全过程。隔膜式板框过滤机脱水的过程中,需要充分考虑滤腔容积、滤饼厚度、压榨压力,以及吹扫、真空干化时间等影响因素,在实际生产运行中摸索运行参数,总结出一套适合气化细渣脱水的工艺流程,使气化细渣含水质量分数降至35%以下。隔膜式板框过滤机可以将气化细渣受高分子絮凝剂影响的表面吸附水及部分内部结合水去除,物料干化,不再与滤布黏连,实现物料自然脱落。

3 结语

该项目投用后黑水处理体积流量可达25 m3/h,经脱水后细渣含水质量分数最低可达到28%,滤液回收至系统循环利用,滤饼经渣车运至原料掺烧,完全满足粉煤锅炉掺烧需求。