航天粉煤加壓氣化裝置灰水降硬減排工藝研究

摘 要：為解決航天粉煤加壓氣化裝置灰水硬度高易結垢的問題，設計出一種灰水降硬減排工藝，對該工藝通過工業項目進行論證。該工藝創造性的提出將汽提塔前變換冷凝液直接引出一部分導入沉降槽參與灰水軟化處理，從而最大限度的利用廠區內的廢液，降低整體方案藥劑花費，實現經濟效益最大化。通過節水可產生直接經濟效益1500萬元/年，而且應用該工藝后系統硬度可常年維持在500mg/L以下，有效減少業主因系統結垢開停車、垢片清理的費用，這一隱形經濟效益簡單核算為300萬元/年。

關鍵詞：灰水；降硬；工藝

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.11.040

1 前言

氣化裝置回用灰水硬度高導致系統結垢的問題在新型現代煤化工企業中普遍存在，該問題對系統整體安全和長周期穩定運行造成了巨大影響。有國內項目通過選用分散劑來緩解系統結垢現象，但隨著系統水質濃縮，鈣硬度上升后超出阻垢分散劑的能力，而且分散劑高溫分解后效果大減，即使加大藥劑量也不能起到阻垢的作用，且對后期的絮凝造成影響[1]；也有項目通過控制煤種來控制系統水硬度從而減少外排水量；大部分項目采用加大外排水量的方法，給廠區環保帶來巨大壓力。本文針對現有灰水處理系統基礎上進行研究改進，研發出了灰水降硬減排處理工藝。

2 工藝研究

航天粉煤加壓氣化裝置所排灰水中的硬度主要以Ca2+為主，堿度以HCO3-為主，通過加入Na2CO3、NaOH或Ca（OH）2等藥劑可有效降低灰水硬度[2]。雖然投加Na2CO3軟化方法最為簡單有效，但其成本較高。大部分化工廠都存在著大量的生產廢液，合成氨廠中的變換冷凝液中含有大量OH-，可作為堿度參與降硬反應。本研究提出NaOH或Ca（OH）2+變換冷凝液的降硬減排方案，以Na2CO3作為補充，可在降低處理成本處理的同時合理利用廠區液體廢棄物。

以加入NaOH或Ca（OH）2軟化灰水進行化學反應分析，灰水中Ca2+的化學方應比較復雜，隨著Ca2+與HCO3-的比值變化而產生不同的化學反應。當Ca2+：HCO3-≤1時只需投加與Ca2+含量相當的NaOH即可去除Ca2+，并減小HCO3-在灰水中的含量；當Ca2+：HCO3->1時需投加與HCO3-相當的NaOH、Ca2+與HCO3-含量差值的Na2CO3。在投加足量NaOH、Na2CO3后，理論上灰水中的Ca2+可被完全去除。因灰水中還有溶解的CO2、Al3+、Fe3+等干擾物質與NaOH反應，且上述函數關系是建立在所有物質完全反應之上的[3]，需加入比硬度更高的碳酸根量。

因此，建議每次換煤后對灰水進行加藥量實驗，確認因干擾物質和反應速率而需多投加的藥劑量。修正函數關系為：

當硬度：堿度≤1時，m（NaOH）= m（硬度）+a，

當硬度：堿度>1時，m（NaOH）= m（堿度） +a，

m（Na2CO3）= m（硬度）-m（堿度） +b，

a=4～6mmol/L，b=1～2mmol/L。

根據氣化灰水的水質特點及系統對水質的要求，選用的工藝應著重于硬度、濁度的去除。航天粉煤加壓氣化裝置現有黑水處理流程為：采用管道混合器添加絮凝劑后在沉降槽中進行重力沉降，沉降后的灰水經溢流堰溢流至灰水槽，添加分散劑循環利用。為降低費用，降低a或b值，減少投加藥劑量，選擇部分黑水進行處理。航天粉煤加壓氣化裝置黑水系統分流出部分黑水依次進入取樣池、反應池，進行軟化處理后進入沉降槽中心筒。設置堿劑加藥裝置四臺，實現連續精確加藥。將變換冷凝液通往除氧器，導致系統水堿度過高，高鈣、高堿的環境造成系統結垢。變換冷凝液含有大量的碳酸氫根、碳酸根可以利用，而不通過汽提直接導入沉降槽還可節約一部分蒸汽費用。為此，可將汽提塔前變換冷凝液直接引出一部分導入沉降槽參與灰水軟化處理。

本研究所提出的軟化工藝可有效保證系統硬度常年維持在500mg/L以下，有效減少業主因系統結垢開停車、垢片清理的費用，進而產生巨大的經濟效益。

加藥計算公式如下：

1）已運行項目初期啟動：

2）項目運行過程中：

3 應用分析

該工藝創造性的提出利用汽提塔前變換冷凝液進行灰水軟化處理，充分利用廠區內的廢液，降低整體方案藥劑花費，實現經濟效益最大化。該工藝已在部分項目進行應用，年節水160萬噸，通過節水可產生直接經濟效益1500萬元/年。應用該工藝后系統硬度可常年維持在500mg/L以下，有效減少業主因系統結垢開停車、垢片清理的費用。這一隱形經濟效益簡單核算為300萬元/年。而由于外排水量減少，還可減小污水處理、脫鹽水站的建設規模與運行費用。

參考文獻：

[1]董進，方輝，李慧，潘莉.高爐煤氣洗滌水零排放水處理技術研究[J].冶金動力，2017（10）：56-58.

[2]趙洪貴，陳朋偉，莊小波.廢水降低硬度后回用實踐[J].硫酸工業，2017（08）：35-37.

[3]高全財.淺析水處理技術的現狀與應用[J].山東工業技術，2017 （19）：56.

作者簡介：康洪強（1986-），男，山東滕州人，碩士研究生，工程師，研究方向：工業水處理方向。