淺談多噴嘴水煤漿氣化系統氨氮含量的操作控制

胡 勇

(安徽華誼化工有限公司，安徽蕪湖 238312)

安徽華誼化工有限公司氣化裝置采用多噴嘴水煤漿加壓氣化工藝，煤漿和氧氣在氣化爐內反應生成合成氣(主要成分為CO+H2)，經氣化爐、旋風分離器、水洗塔洗滌除塵后進入變換系統。黑水經減壓后進入蒸發熱水塔、低壓閃蒸、真空閃蒸進行處理，部分熱量得到回收利用，變換分離器分離的凝液和汽提塔汽提后的凝液重新返回到氣化系統使用。灰水和汽提凝液的水質會直接影響設備、管線的結垢速率和結垢嚴重程度[1]。灰垢中的Ca2+、Mg2+主要來自煤中的無機鹽，很難去除，在堿性環境下易生成Ca(OH)2、Mg(OH)2等難溶性物質，這些堿性物質又與灰水中的CO2反應生成CaCO3/Ca(HCO3)2或MgCO3/Mg(HCO3)2；而Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2極不穩定，又會分解成CaCO3、MgCO3，因此，降低氨含量來改變水系統中的堿性環境顯得尤為重要[2]。

1 系統中氨的循環

氣化裝置系統中的氨主要來自于氣化爐，原煤中的氮元素及泄漏入氣化爐的高壓氮氣在氣化爐高溫高壓還原氣氛下，與氫氣反應合成氨。原煤中的氮(H-N、C-N)在1 300 ℃、6.5 MPa的環境下主要轉化成N2、NH3、HCN及少量的NO，與氫氣反應合成氨氣。通過引壓口、煤漿管線、氧氣管線泄漏入氣化爐的高壓氮氣與氫氣也能合成氨[3]。

在氣化爐內反應生成的氨，一部分隨著合成氣進入變換系統，經過汽提塔分離出系統；另一部分隨著黑水進入灰水處理系統，經過三級閃蒸分離出系統。這就是除氨的兩個主要方向。

2 系統氨氮含量降低操作控制

降低系統中的氨氮含量主要通過調整閃蒸及汽提塔的操作參數進行，控制好操作參數可使整個氣化工藝系統中的氨氮含量保持在一個較低的水平，則系統管線、設備結垢的速率也會大大降低[4]。

氣化爐、旋風分離器及水洗塔的高溫黑水經減壓后進入蒸發熱水塔蒸發室，高溫黑水產生的大量蒸汽與蒸發熱水塔給水泵和脫氧水泵過來的低溫灰水、除氧水進行換熱，將溶解在灰水中的氨閃蒸出來，此時蒸發熱水塔氣相出口管線到汽提塔的閥門(PV10805閥)不能開得太小，否則會造成蒸發室和熱水室的介質換熱效果變差，熱水室溫度變低，除氨效果變差。蒸發熱水塔氣相閥門開得越小，除氨效果就越差，含氨較高的灰水經高溫熱水泵打到水洗塔，水洗塔內的水又被黑水循環泵打到氣化爐，整個過程中就會出現高溫熱水泵殼內部及葉輪結垢，蒸發熱水塔填料結垢造成蒸發熱水塔翻液氣相帶水嚴重及蒸發熱水塔補水跟不上的情況，水洗塔帶水及塔盤結垢，氣化爐破泡條積灰結垢帶水及氣化爐合成氣出口處積灰結垢嚴重，相關聯的管線和閥門結垢等一系列問題。蒸發熱水塔熱水室溫度控制在160～170 ℃較為適宜；氣相閥門也不能開得太大，否則熱水室的水被閃蒸汽帶到汽提塔，會影響汽提塔的操作控制。黑水排量較大時，可能會出現蒸發熱水塔熱水室溫度高、壓力高的情況，此時可通過調整水循環量控制黑水排量，或者調整蒸發熱水塔給水泵和除氧水的量來降低蒸發熱水塔熱水室的溫度和壓力到一個合理范圍內。備爐檢修期間，對蒸發熱水塔內填料進行更換清洗，以保障換熱效果。低壓閃蒸和真空閃蒸在對黑水閃蒸處理的同時，也對其中的不凝氣起到了較好的分離處理。

氣化爐產生的合成氣進入變換系統后，合成氣分離出來的變換凝液一部分直接回到氣化爐和水洗塔循環使用，其余變換凝液進入汽提塔進行除氨處理。汽提塔的除氨主要是通過汽提閃蒸完成的，其中汽提塔的溫度主要通過S5蒸汽和蒸發熱水塔過來的閃蒸氣控制。蒸發熱水塔的操作穩定時，汽提塔的溫度控制可通過調整S5蒸汽完成，蒸汽調整幅度不能太大和太頻繁，以防汽提塔填料壓板被吹翻，填料進入汽提塔氣相出口換熱器而造成管線設備堵塞，影響汽提氣的排放，使除氨效果變得較差，長時間運行會造成系統氨氮含量的不斷累積，加快系統管線、設備的結垢速率，進而影響氣化爐的安全長周期穩定運行。在汽提塔的操作控制過程中盡量避免蒸發熱水塔工況出現較大和頻繁的波動，蒸發熱水塔到汽提塔的閃蒸氣中含有較多的氨和不凝氣，而且溫度較高，非常有利于汽提塔的除氨，也減少了S5蒸汽的用量。汽提出來的氨和部分不凝氣進入鍋爐摻燒或放火炬燒掉，含氨較少的汽提塔底液通過汽提塔底流泵送到蒸發熱水塔循環利用。

在汽提塔汽提氣中含有H2S、NH3、CO2、CO等物質，對汽提塔出口換熱器管束造成一定的腐蝕泄漏，最終導致變換凝液和汽提氣在此換熱器處直接混合進入后面的分離器，氨溶解在凝液里又回到了氣化系統進行累積，造成設備、管線快速結垢，可通過監控V10908分離器液位來判斷汽提塔氣相出口換熱器的工作狀態；如果換熱器管束泄漏，應及時切出來檢修。該分離器的工況對整個汽提系統除氨有著重要影響。

氨含量在系統中不斷累積，可通過向灰水系統中加入新鮮水來稀釋系統中的氨濃度，加大含氨廢水的外送處理也是降低氨含量的重要途徑[5]。

3 結語

系統中的氨氮對管線、設備結垢影響較大，會影響氣化爐的安全穩定運行。通過對蒸發熱水塔、汽提塔等關鍵設備的精心操作，可顯著降低系統中的氨氮含量，通過其他輔助措施可將系統的氨氮含量控制在較低的水平，從而保障氣化爐在滿負荷的工況下安全、穩定、長周期運行。