水煤漿氣化裝置灰水中氨氮含量高的原因及解決措施研究

張文才 肖康

水煤漿氣化裝置灰水中氨氮含量較高往往會直接影響污水處理站的運行，系統減量運行情況也很容易因此出現，這便使得近年來圍繞水煤漿氣化裝置灰水中氨氮含量控制開展的研究大量涌現，基于此，本文簡單分析了水煤漿氣化裝置灰水中氨氮含量高的原因，并詳細論述了相應解決措施，希望由此能夠為相關業內人士帶來一定啟發。

本文選擇了某地采用德士古水煤漿工藝技術的S化工企業作為研究對象，該企業配置有6.5MPa氣化壓力的Φ3200mm氣化爐3臺，采用四級閃蒸工藝、激冷流程，灰水系統工藝流程可簡單概括為：“汽化爐→高壓閃蒸→低壓閃蒸→一級真空閃蒸→二級真空閃蒸→澄清槽→灰水槽→除氧器→碳洗塔→汽化爐”，由此便完成了整個灰水循環。

1.水煤漿氣化裝置灰水中氨氮含量高原因分析

1.1 問題分析

在2017年9月之前，S化工企業灰水中氨氮含量始終穩定在350～420mg/L區間，但在日常1500t甲醇、100%氣化裝置負荷工況下，污水處理站接收的灰水量處于80～100m3/h區間，而由于灰水中氨氮含量較高，污水處理站始終采用回用中水稀釋方式進行灰水的輔助處理，由此灰水的氨氮含量被稀釋至180～220mg/L，這一指標下污水處理站200m3/h的灰水處理能力可滿足生產需要。2017年9月18日至10月3日，S化工企業開展了氣化裝置部分改造，在高負荷運行試驗中，企業的甲醇產量達到設計能力的120%，即1800t/h，但灰水外排放量及氨氮含量也因此分別提升至100～120m3/h、390～440mg/L區間，這就使得污水處理站無法滿足S化工企業的生產需要。

1.2 原因分析

圍繞S化工企業在氣化裝置部分改造后出現灰水外排放量及氨氮含量升高情況開展分析，筆者認為灰水外排放量的提升是必然的，但對比同樣應用德士古氣化工藝的化工企業不難發現，這類企業的灰水氨氮含量多能夠控制在260mg/L，因此本文認為S化工企業灰水中氨氮含量的上升可能受到了一定隱藏因素的影響，德士古氣化工藝的性能也因此未實現完全發揮。為明確S化工企業水煤漿氣化裝置灰水中氨氮含量較高的原因，筆者在2017年9月22日開展灰水系統取樣，取樣過程中氣化裝置處于120%負荷運行狀態，結合檢驗可確定澄清槽、灰水槽、除氧器、汽提塔底部處的灰水氨氮含量分別為432mg·L-1、430mg·L-1、366mg·L-1、321mg·L-1，而2016年同一時間（）測得的數據則分別為379mg·L-1、371mg·L-1、310mg·L-1、172mg·L-1，測量期間氣化裝置處于100%負荷運行狀態。

結合上述數據開展分析不難發現，2017年9月22日測得的汽提塔底部灰水氨氮含量相較于上一年度同一時間每升提升了149mg，這種情況的出現主要是由于汽提塔壓力升高導致汽提效果變差，系統負荷增大則屬于最根本原因；同時除氧器處灰水氨氮含量相較于上一年度每升也提升了55mg，2014年同一時期測得的數據則為101mg/L，測量期間氣化裝置處于100%負荷運行狀態，而由于2017年數據顯示的進、出除氧器灰水氨氮含量沒有明顯變化，因此可斷定本身具備優秀氨氮脫除效果的除氧器部位出現了問題，這一問題屬于解決水煤漿氣化裝置灰水中氨氮含量高問題的最佳切人點。

2.水煤漿氣化裝置灰水中氨氮含量高的解決措施

2.1 深入分析

除氧器主要負責水中氨氮、氧氣及其他不凝氣的去除，這使得其能夠有效保證給水水質，在S化工企業的灰水系統工藝流程中，除氧器汽提段下部會進入低壓閃蒸器頂部的閃蒸氣，并能夠與除氧器上部進入的灰水逆流換熱，灰水水質的凈化能夠在這一過程產生的汽提作用下順利實現。深入分析不難發現，設備結構、壓力、溫度均會直接影口向除氧器運行效果，而在筆者實際參與的檢查中發現，S化工企業灰水系統中除氧器汽提段頂部灰水進入量較少，且旁路閥存在發熱現象（灰水進入除氧器水箱），因此可初步判斷該旁路閥存在內漏故障，這一故障使得大部分灰水并沒有經過除氧器的處理，而是直接進入了水箱，這就使得除氧器并沒有在灰水系統真正發揮凈化水質的作用，除氧器處灰水氨氮含量偏高問題也因此出現。

2.2 解決措施

綜合分析灰水系統中除氧器存在的問題后，筆者采用了如下兩方面措施處理s化工企業水煤漿氣化裝置灰水中氨氮含量高問題：（1）提高汽提效果。為提高汽提效果實現更高質量的灰水處理，2017年9月24日，S化工企業調整了汽提塔操作壓力與操作溫度，原操作壓力與操作溫度分別為0.15MPa、138.0℃，調整后變為0.08MPa與136.7℃，在運行8h后開展檢測，可確定汽提塔處灰水氨氮含量為173mg/L，汽提效果因此實現了長足提升，水煤漿氣化裝置灰水中氨氮含量也得到了有效控制。（2）旁路閥故障處理，通過多次開關灰水人除氧器水箱的旁路閥，該處存在的灰水走短路、內漏問題已經得到了基本解決，在2017年9月24日關閉該處的旁路閥后，經過除氧器處理后的灰水氨氮含量下降至130mg/L，而為了從根本上解決旁路閥故障，2017年12月5日，S化工企業利用系統短停機會進行了旁路閥的更換，更換后除氧器處灰水氨氮含量穩定在120～140mg/L區間。

2.3 效果分析

在應用上述解決措施完成S化工企業水煤漿氣化裝置的處理后，灰水氨氮含量逐步降低，在2017年12月5日除氧器更換完成后，污水處理站接收的灰水氨氮含量穩定于228mg/L區間，且上下波動不超過10mg/L，這使得污水處理站可滿足S化工企業120%負荷狀態運行的氣化裝置需要，S化工企業氣化裝置高負荷運行的瓶頸由此順利解決，企業的環保效益也因此實現了長足提升。在企業水煤漿氣化裝置灰水中氨氮含量降低后，降低的氨氮含量相當于污水處理站每小時減少80m3的200mg/L氨氮含量灰水處理，按4元/m3的污水處理費用計算，企業年經濟效益大約為230萬元，本文研究的實踐價值可見一斑。

綜上所述，水煤漿氣化裝置灰水中氨氮含量較高問題的解決具備較高現實意義，在此基礎上，本文涉及的基于S化工企業水煤漿氣化裝置實際開展的問題分析、原因分析、深入分析、解決措施、效果分析等內容，則提供了可行性較高的水煤漿氣化裝置灰水中氨氮含量控制路徑，而為了更好降低灰水中氨氮含量，工藝技術的研究與實踐需要得到重點關注。