氣化工藝黑水閃蒸換熱方案研究

2014-11-14 02:47:06張勁松徐才福王光友

當代化工 2014年2期

張勁松，郭偉，徐才福，趙濤，王光友

（1. 神華寧夏煤業集團煤炭化學工業分公司，寧夏靈武 750411； 2. 中國五環工程有限公司，湖北武漢 430014）

煤氣化裝置采用合成氣激冷流程時，必然產生大量的含固廢水。通常采用閃蒸的方式脫除廢水中溶解的酸性氣體，同時用灰水冷卻閃蒸氣回收廢熱。按照熱量回收的流程劃分，分為間接換熱流程和直接換熱流程。傳統的水煤漿加壓氣化的閃蒸流程即為間接換熱流程，由于出現結垢等現象導致換熱效率下降，嚴重時會影響裝置的長周期運行[1]；GSP氣化過程中出激冷室的黑水壓力約為4.2 MPa(g)，溫度約為160 ℃。在閃蒸系統通過兩段閃蒸罐的減壓和蒸發，把黑水的溫度降到約 70 ℃，并釋放出溶解在黑水里的大部分氣體。之后黑水送往澄清池進行除渣和循環再利用；閃蒸釋放出來的酸性氣體經過冷卻后送往焚燒爐。在開車過程中激冷、黑水系統相繼出現了激冷室液位波動大、激冷水過濾器堵塞、激冷噴頭磨蝕嚴重、黑水閃蒸系統磨蝕嚴重等問題。這些問題的產生不僅與上游的氣化反應密切相關，而且也與激冷、黑水系統本身設計存在缺陷相關。因此采用灰水和閃蒸氣直接接觸換熱的流程逐漸受到各方的重視[2]。

本文對直接換熱和間接換熱的兩種方案，從水耗、設備配置和效果方面進行對比，方案的工藝流程和物料數據見圖1、2, 方案一為間接換熱流程，方案二為直接換熱流程。

1 水耗（循環水耗：t/h）

由表 1可看出方案二比方案一冷卻水耗量少788 t/h。原因在于中壓閃蒸冷凝器采用間接換熱時，閃蒸氣在165 ℃下冷凝，灰水從97 ℃升高到140℃，此時閃蒸氣的蒸汽分率約為40%。

表1 循環水耗對比Table 1 Contrast of circulating water consumption

這些蒸汽都在后續的冷卻器中冷卻，導致冷卻水耗量較高。如果要繼續升高灰水溫度，則換熱面積需要很大[3]。目前單臺換熱器的長度一般約為 10 m，已經很大。采用直接換熱時，灰水和閃蒸氣的傳熱效率較高，經過多層塔板的換熱，閃蒸氣的冷凝比較徹底。后續冷卻器水耗較低。

圖1 黑水處理間接換熱流程Fig.1 The process of blackwater indirect heat transfer

圖2 黑水處理直接換熱流程Fig.2 The process of blackwater direct heat transfer

Table 2 Equipment disposition contrast表2 設備配置對比

2 設備配置

設備配置見表2。

3 效果

采用閃蒸汽與循環灰水間接換熱的熱回收方法來處理干粉煤氣化工藝的黑水，有以下缺點：

（1）大量細小的飛灰易帶出，摻雜于水中經過間接換熱器，不但易發生結垢，造成換熱效率下降，導致閃蒸壓力難以控制，而且細灰隨黑水不斷磨蝕換熱器的內部構件，給換熱器的壽命造成嚴重的損害[4]。

（2）由于高壓灰水與閃蒸氣的操作壓差較大（4.9 /0.7 MPa(g)），換熱管使用材料為雙相鋼，使該設備造價昂貴。

經水煤漿黑水閃蒸工序實踐表明，許多工廠采用這類技術的灰水處理系統均出現過故障，出水經常渾濁發黑。帶來的主要影響是灰水循環回用量減少，新鮮水補充量提高，廢水處理系統負荷大增。因此，閃蒸氣與循環灰水直接換熱方式，用減濕器代替原來的高壓灰水換熱器，該技術與四噴嘴水煤漿氣化中采用蒸發熱水塔直接換熱類似，其效果是經過實踐檢驗的[5,6]。

此外，在中壓閃蒸罐頂部用清潔的給水進行洗滌。可降低中壓閃蒸氣中的灰含量。