四噴嘴對(duì)置式水煤漿加壓氣化裝置黑灰水處理技術(shù)研究

李 波，叢曉東

(1.兗礦魯南化工有限公司 山東滕州 277527；2.天津正達(dá)科技有限責(zé)任公司 天津 300131)

四噴嘴對(duì)置式水煤漿加壓氣化裝置黑灰水處理技術(shù)研究

李 波1，叢曉東2

(1.兗礦魯南化工有限公司 山東滕州 277527；2.天津正達(dá)科技有限責(zé)任公司 天津 300131)

介紹了四噴嘴對(duì)置式水煤漿加壓氣化裝置的工藝特點(diǎn)及其黑灰水的特性。針對(duì)黑灰水的特性，對(duì)黑水絮凝技術(shù)及灰水阻垢分散技術(shù)進(jìn)行了相應(yīng)研究，總結(jié)了黑水絮凝劑和灰水阻垢分散劑的選型依據(jù)。

水煤漿加壓氣化；四噴嘴；黑灰水；阻垢分散劑；絮凝劑

1 黑灰水簡(jiǎn)介

兗礦魯南化工有限公司氣化車間的四噴嘴對(duì)置式水煤漿加壓氣化裝置是國(guó)家“863”重點(diǎn)推廣項(xiàng)目，是我國(guó)第1套具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大型煤氣化裝置。該套煤氣化裝置黑灰水工藝流程：來(lái)自氣化爐、旋風(fēng)分離器和水洗塔的3股黑水減壓后進(jìn)入蒸發(fā)熱水塔蒸發(fā)室內(nèi)進(jìn)行閃蒸，閃蒸出的水蒸氣及部分溶解在黑水中的酸性氣CO2，H2S等通過(guò)上升管進(jìn)入蒸發(fā)熱水塔熱水室，與來(lái)自低壓灰水泵的灰水直接接觸，低壓灰水被加熱；在蒸發(fā)熱水塔蒸發(fā)室初步濃縮后的黑水進(jìn)入真空閃蒸器進(jìn)行真空閃蒸，然后通過(guò)靜態(tài)混合器與絮凝劑混合后進(jìn)入澄清槽；在澄清槽中澄清后的灰水溢流至灰水槽，然后通過(guò)低壓灰水泵分為3路，第1路輸送至蒸發(fā)熱水塔熱水室換熱，然后經(jīng)高溫?zé)崴锰釅汉蠓祷厮此鳛橄礈焖?路作為鎖斗的排渣沖洗水，第3路少量灰水送廢水處理裝置處理后外排。

四噴嘴對(duì)置式水煤漿加壓氣化裝置黑灰水的特點(diǎn)是高溫、高壓、高硬、高堿、高懸浮物，使系統(tǒng)面臨結(jié)垢、腐蝕和絮凝三大問(wèn)題，且它們之間相互影響。黑水絮凝效果不好，會(huì)加重灰水結(jié)垢傾向，而系統(tǒng)嚴(yán)重結(jié)垢又會(huì)導(dǎo)致垢下腐蝕的產(chǎn)生。

2 黑灰水處理技術(shù)

2.1 黑水絮凝技術(shù)

2.1.1 黑水絮凝處理

灰水經(jīng)激冷室、水洗塔、蒸發(fā)熱水塔等設(shè)備后，其溫度和懸浮物含量都大幅升高，再經(jīng)低壓閃蒸和真空閃蒸濃縮后，水中懸浮物含量將高達(dá)10 000 NTU以上，必須進(jìn)行絮凝沉降處理后才能進(jìn)入下一循環(huán)。絮凝沉降在黑灰水處理中是一個(gè)非常重要的工序，一般設(shè)計(jì)要求絮凝沉降后黑水濁度小于50 NTU。如果絮凝沉降效果不理想，將給整個(gè)系統(tǒng)帶來(lái)諸多危害：①降低煤氣的洗滌效果；②水中過(guò)多的懸浮物將加快其在后續(xù)設(shè)備、管道中的沉積，同時(shí)作為晶核的提供者，將加速碳酸鈣等垢的形成；③懸浮物具有吸附作用，其含量高，增大了阻垢分散劑的消耗。

絮凝沉降的效果與煤種及氣化爐操作工藝條件有很大關(guān)系，一般需經(jīng)試運(yùn)行后，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際水樣再篩選并確定絮凝劑型號(hào)。在絮凝劑使用過(guò)程中，應(yīng)做到連續(xù)、勻速、定量加入。在煤種等條件保持不變的情況下，若絮凝劑加入量少，將直接影響絮凝效果，進(jìn)而帶來(lái)上述3點(diǎn)危害；而絮凝劑加入過(guò)量，除影響絮凝效果外，未能消耗的部分絮凝劑進(jìn)入下一循環(huán)，將對(duì)灰水阻垢分散處理帶來(lái)不利影響，同時(shí)還會(huì)造成水體渾濁、黏度增大以及由此導(dǎo)致的其他問(wèn)題。

2.1.2 黑水絮凝劑的選型

在四噴嘴對(duì)置式水煤漿加壓氣化裝置中，出真空閃蒸罐的黑水中含有較多的固體懸浮物(以無(wú)機(jī)固體懸浮物為主)，且經(jīng)絮凝沉降處理后的灰水通過(guò)添加阻垢分散劑后需返回煤氣化系統(tǒng)中的高溫、高壓環(huán)境下運(yùn)行，所以黑水絮凝劑必須具有如下特點(diǎn)：①必須針對(duì)特定的黑水水質(zhì)情況具有非常好的絮凝效果，能有效、迅速地絮凝沉降黑水中的固體懸浮物，使該黑水的濁度在最短時(shí)間內(nèi)降至系統(tǒng)工藝要求的指標(biāo)；②不能影響灰水阻垢分散劑的使用效果；③受pH、堿度等水質(zhì)因素影響小。

由于煤氣化裝置黑水系統(tǒng)中的固體懸浮物、膠體、有機(jī)物等主要來(lái)源于煤，所以煤種的變化是影響黑水絮凝沉降效果的主要因素，而黑水的溫度、流量、pH、堿度等也是影響絮凝沉降效果的因素。在實(shí)際選型時(shí)，應(yīng)根據(jù)煤氣化裝置黑水處理對(duì)絮凝劑的特殊要求，并結(jié)合絮凝劑在不同溫度、pH下的性能，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)篩選試驗(yàn)，最終確定絮凝劑型號(hào)和投加量。目前，一般選擇聚丙烯酰胺類的有機(jī)高分子絮凝劑，此種絮凝劑受pH、堿度的影響相對(duì)于無(wú)機(jī)絮凝劑要小得多。

2.2 灰水阻垢分散技術(shù)

2.2.1 灰水阻垢分散處理

煤氣化裝置的黑灰水在高溫、高壓狀態(tài)下運(yùn)行，本身又具有硬度高、堿度高、懸浮物含量高等特點(diǎn)，因此，水質(zhì)具有很強(qiáng)的結(jié)垢傾向，一般通過(guò)向灰水中添加阻垢分散劑來(lái)降低和減緩裝置的結(jié)垢趨勢(shì)，從而延長(zhǎng)裝置的運(yùn)行時(shí)間。

黑水經(jīng)絮凝處理后，得到的灰水濁度明顯降低，但仍遠(yuǎn)高于一般循環(huán)水的濁度。另外，灰水需循環(huán)使用，故煤氣化裝置要求灰水阻垢分散劑必須具有優(yōu)良的阻垢分散性能，以保證煤氣化裝置的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。灰水阻垢分散劑需要具有對(duì)成垢離子的穩(wěn)定和分散作用，以滿足現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)工藝條件，有效遏制系統(tǒng)的結(jié)垢問(wèn)題，確保系統(tǒng)在高硬度、高堿度、高濁度狀況下長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。由于現(xiàn)場(chǎng)煤種、工藝操作的變化等多種復(fù)雜影響因素的存在，必須依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際水質(zhì)情況以及停車檢修時(shí)對(duì)設(shè)備、管路結(jié)垢情況的實(shí)際觀察與檢測(cè)結(jié)果來(lái)評(píng)判灰水阻垢分散劑的處理效果，并進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化調(diào)整。

2.2.2 灰水阻垢分散劑的選型

灰水的高溫、高壓、高硬度、高堿度及高懸浮物含量的特點(diǎn)決定了阻垢分散劑應(yīng)具有以下特點(diǎn)：①系統(tǒng)操作壓力在4.0 MPa左右，灰水溫度可達(dá) 285 ℃，故要求阻垢分散劑具有優(yōu)良的耐高溫、高壓性能；②在285 ℃下，生成碳酸鈣的反應(yīng)速率比通常條件下循環(huán)冷卻水快得多，因此，要求阻垢分散劑必須具有非常優(yōu)良的阻垢性能才能抑制灰水系統(tǒng)的結(jié)垢；③黑水中的固體懸浮物大部分被絮凝沉降，少部分進(jìn)入灰水中，但長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后仍可導(dǎo)致沉積并結(jié)垢，所以要求灰水阻垢分散劑對(duì)固體懸浮物具有良好的分散作用，抑制其沉積；④對(duì)SiO2，F(xiàn)e2O3，Al2O3等難溶物具有良好的分散作用。

根據(jù)灰水系統(tǒng)及灰水阻垢分散劑的特點(diǎn)，并通過(guò)研究各類阻垢分散劑在高溫、高壓環(huán)境下的熱分解及阻垢性能情況，經(jīng)多次篩選試驗(yàn)，最終確定了適合四噴嘴對(duì)置式水煤漿加壓氣化裝置的灰水阻垢分散劑的類型及用量。

2.3 黑水絮凝劑與灰水阻垢分散劑的配伍

黑水絮凝和灰水阻垢分散技術(shù)是相輔相成的，如果黑水絮凝效果不理想，會(huì)使灰水中懸浮物過(guò)多、濁度過(guò)高，阻垢分散劑被懸浮物吸附，導(dǎo)致藥劑不能有效發(fā)揮分散性能。此外，黑水絮凝劑的用量并不是越大越好，絮凝劑過(guò)量不但會(huì)造成生產(chǎn)成本增加，而且殘留在灰水中的絮凝劑還會(huì)對(duì)阻垢分散劑的分散效果產(chǎn)生副作用。因此，黑水絮凝劑與灰水阻垢分散劑的選擇必須考慮兩者的配伍效果。

3 結(jié)語(yǔ)

在四噴嘴對(duì)置式水煤漿加壓氣化裝置中，黑灰水的處理是其中極其重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，一般采用黑水絮凝及灰水阻垢分散處理技術(shù)。如果在某一時(shí)間段內(nèi)黑水的濁度和灰水的水質(zhì)突然出現(xiàn)大幅度的變化，這往往是由于煤種發(fā)生改變引起的，此時(shí)應(yīng)考慮更換黑水絮凝劑的類型并調(diào)整灰水阻垢分散劑的配方，可通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)黑水絮凝試驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)室阻垢分散試驗(yàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，選擇適合現(xiàn)場(chǎng)工況的黑灰水處理技術(shù)是保障整套煤氣化裝置長(zhǎng)周期、安全、穩(wěn)定運(yùn)行的重要措施之一。

Study of Black and Ash Water Treatment Technology of Opposed Four-Nozzle Coal Water Slurry Pressurized Gasification Unit

LI Bo1, CONG Xiaodong2

(1.Yancon Lunan Chemical Industry Co., Ltd., Tengzhou 277527, China；2.Tianjin Zhengda Science and Technology Co., Ltd., Tianjin 300131, China)

Process features of opposed four-nozzle coal water slurry pressurized gasification unit and characteristics of its black and ash water are introduced. In connection with the characteristics of black and ash water, corresponding research of black water flocculation technology and ash water scale inhibition and dispersion technology is carried out, and basis for selection of flocculant of black water and scale inhibitor and dispersant of ash water is summarized.

coal water slurry pressurized gasification; four-nozzle; black and ash water; scale inhibitor and dispersant; flocculant

X703

B

1006- 7779(2017)01- 0044- 02

2016- 11- 14)

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