多噴嘴氣化裝置灰水處理工段運行問題探討

步建軍

(江蘇索普集團公司 江蘇鎮江212006)

多噴嘴氣化裝置灰水處理工段運行問題探討

步建軍

(江蘇索普集團公司 江蘇鎮江212006)

多噴嘴對置式水煤漿氣化技術是由華東理工大學(潔凈煤技術研究所)和兗礦集團共同開發，于2006年1月通過中國石油化工協會組織的專家鑒定，具有完全自主知識產權，已實現產業化。

江蘇索普集團有限公司(以下簡稱索普公司)日處理1500t煤的多噴嘴氣化爐裝置與GE水煤漿氣化裝置相比，最大的區別之一在閃蒸－灰水處理系統上。多噴嘴氣化裝置的第1級閃蒸系統的蒸發熱水塔采用直接換熱方案回收黑水余熱，其熱傳遞效率高，閃蒸汽大多數在上塔被冷卻回到系統;GE水煤漿氣化裝置采用間接換熱方案回收黑水余熱，換熱器易結垢堵塞。索普公司多噴嘴氣化爐裝置自2009年9月，投料運行至今，灰水處理系統總體運行平穩，但也暴露出一些問題，直接影響到氣化裝置的長周期運行。

1 灰水處理系統工藝流程簡述

灰水處理系統的作用是將氣化及煤氣初步凈化工序產生的黑水中所含的固體和溶解的氣體分離出來，并對黑水所含的熱量加以回收。來自氣化爐洗滌冷卻室、旋風分離器及水洗塔底部的黑水分別減壓后送入蒸發熱水塔下部蒸發室。在蒸發熱水塔蒸發室中，一部分水蒸發為蒸汽，連同少量溶解氣體進入蒸發熱水塔上部熱水室，與低壓灰水泵來的灰水直接接觸，加熱灰水，自身大部分冷凝。熱水室的熱水流入高溫熱水罐，經高溫熱水泵進入水洗塔中部。熱水室未冷凝的蒸汽經換熱、冷凝、分離后，氣相送至火炬放空，冷凝液進入灰水槽。蒸發熱水塔蒸發室底部被濃縮的黑水經液位調節由底側部排出，進入低壓閃蒸罐。黑水被再次減壓，產生的低壓蒸汽送往脫氧槽，黑水進入真空閃蒸罐。來自渣池的含渣水用渣池泵經流量調節后也送入真空閃蒸罐，在真空閃蒸罐內進行真空閃蒸，大量溶解的氣體被釋放出來，黑水進一步濃縮，含固量增大，溫度進一步降低。真空閃蒸氣經換熱、冷凝、分離后從分離器頂部出來，送往水環式真空泵。真空閃蒸罐底部的黑水經液位控制泵送至靜態混合器與絮凝劑混合后流入澄清槽。澄清槽上部設置1臺緩慢轉動的刮渣機，將沉降的固體推到澄清槽底部出口，澄清槽上部澄清水溢流至灰水槽。為了防止管道和設備結垢，在灰水槽中加入分散劑，再分別經低壓灰水泵和鎖斗沖洗水/廢水泵送至蒸發熱水塔、鎖斗沖洗水罐、渣池和廢水處理站。澄清槽底部的細渣和水經澄清槽底流泵送往壓濾機處理，濾餅送出界區外，濾液進入研磨水槽。

2 運行過程中出現的問題

2.1 閃蒸系統各角閥磨損嚴重

2.1.1 存在問題

氣化裝置運行1600h之后停車。檢查時發現:氣化爐至蒸發熱水塔管路中的黑水壓力調節閥(PV1304)后緩沖罐底部沖擊盲板磨損嚴重，表面的碳化鎢涂層幾乎完全剝落，在緩沖罐根部有約10cm高的環帶，表面碳化鎢涂層被沖擊蜂窩狀的小坑。此情況在其他引進水煤漿加壓氣化裝置的公司也很普遍。

2.1.2 原因分析

分析其原因主要有:①節流后的黑水以很高的速度沖擊緩沖罐底部沖擊盲板;②黑水經過PV1304減壓后，壓力發生變化，靜壓能轉變為動能，流速急劇提高，在黑水中灰渣顆粒的摩擦沖擊下，調節閥及閥后段磨損嚴重，易發生泄漏;③由于內部壓力突變，使溶于黑水中的氣體及黑水大量閃蒸，在金屬表面反復出現氣泡形成及潰滅過程，氣泡在潰滅時產生的沖擊波對緩沖罐沖擊盲板表面產生強烈的錘擊作用，使盲板表面的碳化鎢涂層剝落，桶壁表面被沖擊成蜂窩狀的小孔。

2.1.3 處理措施

緩沖罐底部沖擊盲板在開車期間不易檢查處理，應在氣化裝置運行一個周期后及時檢查、更換或進行管道硬化處理，包括調整開車期間角閥開度、確定緩沖罐的使用壽命。若其在開車期間發生磨損泄漏，一般可在放大筒外使用管徑相同的鋼管覆焊即可。對經常出現磨損的管道采用內襯耐磨陶瓷的管件，在減壓閥閥后的沖擊盲板上再增加1層防沖擊盲板，增強抗磨性，防止在系統運行時磨穿。檢修時，對檢測部位建立臺帳，掌握其磨損速率，定期更換，避免在系統運行時出現磨漏情況。

2.2 黑水排放管道堵塞、角閥閥卡

2.2.1 存在問題

2014年1月，蒸發熱水塔進口處多只角閥發生堵塞現象，C系統 PV1304C1C2，PV1306B1，PV1306A1A2和PV1305A1發生較嚴重的堵塞，影響到系統正常運行;PV1305B1發生過閥卡現象，經處理后正常。

2.2.2 原因分析

由于管路布置的問題，旋風分離器、水洗塔底部黑水閃蒸管道從低處到高處(渣水從一樓到三樓)的管道彎頭設置過多，并在個別地方形成死角。開、停車時，設備、管道內附著的垢片由于溫度、壓力的變化大量脫落，隨著黑水排放流量增大，這些垢片被帶到死角處并沉積下來，從而造成堵塞。因為黑水排放存在較高的壓差，這些脫落的垢片隨著水流動到角閥前聚集，會造成黑水排放不暢，有時會發生閥卡和角閥關不到位現象。嚴重時，角閥堵塞，黑水無法排放。

2.2.3 處理措施

合理布置黑水管路，盡量減少拐彎及死角，減少管道堵塞的概率;在容易出現堵塞的管道處增加沖洗水接頭，以方便檢修和管道沖洗。在開、停車時，盡量將黑水閃蒸管道上的自調閥維持在較大開度，防止因開度過小造成閥前堵塞及閥體局部因流速過大而磨損。對于1開1備的減壓閥閥組要經常切換，防止因垢片沉積而堵塞閥門及管道。

2.3 備用泵進口堵塞

2.3.1 存在問題

C系統沉降槽給料泵(P1309EF)每次倒泵后，都會發生備用泵進口堵塞現象。

2.3.2 原因分析

經拆檢后，發現備用泵進口有磚狀垢片，而此問題在A系統和B系統上并沒有發生過。其原因應該與氣化爐(R1201C)操作溫度低有關，C氣化爐開車初期，其拱頂溫度較A氣化爐拱頂溫度(170℃)高，達到220℃以上，操作時爐溫控制得不高，導致黑水中浮灰較多;另外，試車初期灰水濁度波動較大，在閃蒸系統各設備以及黑水排放管道上結垢，黑水溫度變化時，由于垢片和金屬管(設備)膨脹系數不同，導致垢片脫落(此現象在真空閃蒸罐尤其明顯)，并在備用泵進口聚集，導致倒泵時備用泵不打量。

2.3.3 處理措施

在水質得到有效控制后，P1309EF倒泵時備用泵進口堵塞現象已有所緩解。

2.4 高溫熱水泵進口氣蝕

2.4.1 存在問題

在正常生產過程中，高溫熱水泵進口發生氣蝕，導致其電流和出口流量波動。

2.4.2 原因分析

該問題一方面與泵的氣蝕余量設計不合理有關，另一方面也與高溫熱水儲罐中水的固含量高有關。由于高溫熱水儲罐水質的不穩定性，高溫熱水泵進口過濾器可能會出現臨時性堵塞，導致高溫熱水泵打量不足，電流、壓力大幅波動，泵腔自平衡被打破，長時間如此將會損壞機封、推力軸承和軸瓦。

2.4.3 處理措施

中控和現場巡檢人員應多關注高溫熱水泵的電流和出口壓力波動情況，做到有問題早發現、早處理。

2.5 蒸發熱水塔填料層結垢、超壓，甚至帶水

2.5.1 存在問題

蒸發熱水塔設計工作壓力為0.8MPa，填料層高5m，內裝Φ76.0mm×76.0mm×1.2mm拉西環。A系統和C系統運行30d后，頻繁出現不同程度的帶水現象，多次造成高溫熱水貯罐液位下降和蒸發熱水塔超壓現象。拆檢發現，填料層頂部的絲網局部被吹翻，大量的拉西環堆積在分布器上方，在運行過程中容易造成積液，給帶水處理增加難度;另外，在分布器及填料上部發現有大量質地較為疏松的灰垢。

2.5.2 原因分析

其原因有以下幾點:①隨著裝置運行時間延長，特別是水質波動頻繁，灰水容易在填料上產生結垢、積灰。②雙系統運行時，灰水指標控制較為合理，濁度在30mg/L左右，硬度在1000mg/L左右，且結垢主要發生在填料上層及分布器內部，因此判斷主要是由于低溫變換冷凝液堿度較高，與硬度較高的灰水接觸產生CaCO3及MgCO3等沉淀，形成結垢;此外，夾帶有大量細灰的閃蒸氣至填料層上部被冷卻后，形成了硬度較高的灰水，與堿度較高的低溫變換冷凝液接觸，是產生結垢的另一重要原因。③為保護激冷環，正常生產中系統水循環量遠大于該負荷下的設計流量，從而造成進蒸發熱水塔熱負荷大，閃蒸量大，根據測算，表觀流速達到0.7m/s，遠大于設計值0.2m/s，容易帶水、帶灰。

2.5.3 處理措施

在實際生產中，由于負荷、灰分、灰熔點等一系列因素改變，造成灰水濁度波動大，常需要調整絮凝劑的投加量或者更改絮凝劑類型來穩定灰水濁度。正常生產中，應時常觀察灰水樣，當水樣渾濁并有大量懸浮物時，可判定灰水濁度高;若此情況長時間內得不到改觀，在排除絮凝劑添加不符合規定的情況下，應取黑水重新做黑水水樣分析，重新確定合適的絮凝劑類型和投加量;當水樣不清、發白時，結合真空抽濾機濾餅樣，如果濾餅含水量高并且黏度過大，可以判定絮凝劑添加量過大，應重新做黑水分析，確定合適的絮凝劑類型和投加量。

通過水置換改善系統水質:①在除氧器、灰水槽補入原水。②可以將現場運行泵備泵的機封水打開向系統補脫氧水，此方法可以同時在整個氣化水系統的多點進行補水，置換效果快。③按周期對機泵的過濾器進行沖洗，定時開大氣化爐、旋風、洗滌塔的出口閥，將底部淤積的臟水排出;也可以考慮采用波紋管來減少污垢的積聚。控制好水溫和出口氣的溫度，減少對后系統管道的壓力。控制好黑水管線流速，防止黑水中固體積聚和沉淀。

氣化車間黑水分析數據見表1(2014年1月31日)。

表1 氣化車間黑水分析數據

有表1可知:蒸發熱水塔黑水呈中性，真空閃蒸罐的黑水呈堿性，而真空閃蒸冷凝液的水也呈堿性。根據資料顯示，高堿度的水遇到高硬度的水，會產生結垢，通過將真空閃蒸冷凝液引入沉降槽，使沉降槽出水的硬度降下來，降低灰水系統中鈣、鎂離子濃度，可以減少系統管道、設備結垢堵塞的風險。

通過以下處理，基本解決或緩解了蒸發熱水塔帶水現象，保障了系統水平衡:①始終保證上塔壓力不低于下塔壓力，減少低溫變換冷凝液及脫氧水流量，大幅度加大低壓灰水流量，以強化換熱、減少閃蒸氣流量;②調整絮凝劑用量，提高真空閃蒸罐負壓，降低黑水水溫，以利于黑水沉降和降低灰水濁度;③保證系統廢水外排流量，加大灰水置換，改善水質;④盡可能降低系統水循環量，提高蒸發熱水塔工作壓力至設計壓力，降低黑水閃蒸氣量。

優化工藝操作:避免氣化爐低溫操作，否則會產生大量浮灰，若浮灰被帶入黑水管道、閃蒸設備，多會在管道設備內聚集，和垢片結合形成大塊，對灰水處理系統影響極大;氣化爐、洗滌塔、旋風分離器黑水要保持一定的排量，以防固含量過高;開、停車時，應保證系統水循環時間，盡量減少系統積灰，尤其停車后，應對黑水管線進行沖洗，保證管線暢通。

3 結語

經過半年的運行，證明多噴嘴氣化爐的閃蒸－灰水處理系統能夠滿足氣化裝置生產要求，具有充分回收黑水余熱和熱傳遞效率高的優點。隨著對整個氣化裝置認識的進一步加深和操作水平的提升，以及渣水處理系統的日趨完善，系統的穩定運行周期逐漸提高，保障了氣化裝置的安全、高效、長周期運行。在運行過程中也暴露了一些問題，通過對灰水處理系統故障的分析，對黑灰水系統進行了改造，提高了灰水質量，優化了操作工藝，保證灰水處理系統正常運行。為了今后能更好發揮多噴嘴氣化裝置的優勢，還需要進一步優化工藝操作，提高設備維護保養管理水平，完善設計，實現長周期高負荷穩定運行。

2014-11-28)