基于頂噴式干煤粉氣化技術的節水措施探討

王國梁，李俊挺，張永明

(神華寧夏煤業集團有限責任公司煤制油分公司 寧夏銀川 750411)

現代煤氣化技術[1- 2]是現代煤化工裝置的核心，直接關系到整個煤化工裝置能否正常運行，其中粉煤加壓氣化技術具有煤種適應性廣、原料消耗低、碳轉化率和冷煤氣效率高等優勢。目前，粉煤加壓氣化技術中的燒嘴頂置、下行激冷流程得到越來越廣泛的應用。頂噴粉煤加壓氣化技術的特點是氣化工藝流程合理且相對簡單、投資較低，在煤制甲醇、煤制烯烴以及煤制油裝置上可以得到很好的應用，是今后粉煤氣化工藝發展的主流方向[3]。根據頂噴式干煤粉氣化裝置的實際運行情況，在保證裝置穩定運行的情況下，對節水前后的運行指標等進行對比分析，以期為同類干煤粉氣化裝置提供參考[4]。

1 頂噴式干煤粉氣化裝置主要工藝流程

1.1 主要工藝流程

煤粉通過2只交替運行的煤鎖斗連續進入煤粉給料罐，然后通過密相氣力輸送系統被加壓并通過載氣處于流態化狀態，再經4根煤粉管線從主燒嘴進入氣化爐燃燒室進行氣化反應。由于使煤粉完全氧化所需氧量遠大于氣化反應的供氧量，因此煤粉在燃燒室中發生部分氧化反應，產生富含H2和CO的合成氣。熱合成氣和熔渣通過下渣口經下降管進入氣化爐激冷室與激冷水混合，熔渣被迅速固化，大部分粗渣進入激冷室下部的水浴中，小部分細灰隨合成氣進入下游合成氣洗滌工序，合成氣經洗滌處理后送下游變換裝置。氣化爐激冷室的黑水被送至黑水閃蒸系統以脫除酸氣并回收部分熱量，閃蒸后的黑水、來自撈渣機的渣水和來自真空帶式過濾機的濾液被一起送至黑水處理系統，得到的澄清水大部分作為系統回用水，小部分灰水作為廢水送至污水處理單元作進一步處理[5- 8]。

1.2 裝置主要配置

該氣化裝置共有4臺干煤粉氣化爐、4套黑水閃蒸裝置和2套黑水處理裝置，每套黑水處理裝置包含1只循環水罐、1套沉降絮凝系統以及3臺板式過濾機。

2 改造前水系統

如圖1所示，該干煤粉氣化裝置水系統共有3種外補水形式：①脫鹽水用作合成氣洗滌塔上層塔盤沖洗水、除渣單元密封沖洗水、絮凝劑槽補水、各機泵密封水、過濾機密封及濾布沖洗水等；②各等級蒸汽凝液用作合成氣洗滌塔上層塔盤沖洗水；③變換裝置高溫凝液用作合成氣洗滌塔上層塔盤沖洗水。

如表1所示：該干煤粉氣化裝置原設計4臺氣化爐共耗脫鹽水400.00 t/h，脫鹽水消耗量大；外排廢水295.00 t/h，廢水處理裝置負荷大、能耗高。表1中排水量稍大于進水量是存在部分漏點和生產水用作沖洗水所致，下同。

圖1 節水改造前水系統流程

表1 改造前干煤粉氣化裝置滿負荷時的水平衡數據[9]

t/h

3 改造后水系統

3.1 節水措施

為了減少脫鹽水用量、減輕含鹽廢水處理裝置的壓力、降低生產成本、提高裝置的經濟效益，通過采取大量節水措施以降低脫鹽水的消耗、減少外排廢水量。

(1) 氣化裝置需密封水的機泵共有54臺，各機泵密封水管線直徑均為20 mm，手閥全開后密封水流量均超過2.0 m3/h，而實際運行時機泵密封水只需1.0～1.5 m3/h。因此，在各機泵密封水管線增設限流孔板，使機泵密封水流量控制在1.0～1.5 m3/h。該措施實施后，可節省脫鹽水約30.0 m3/h。

(2) 黑水過濾系統密封、濾布沖洗以及真空泵水環用水為脫鹽水，每臺設備的用水量一般在35.0 m3/h左右。在保證系統真空度、濾布沖洗干凈的情況下，通過在進過濾系統的脫鹽水管線上增設限流孔板，控制每臺過濾機脫鹽水用量在25.0 m3/h以內。該措施實施后，可節省脫鹽水40.0 m3/h。

(3) 氣化爐投料運行正常且向變換裝置導氣完成后，及時將洗滌塔上部塔盤沖洗水量由100 t/h降至70 t/h，且優先使用變換高溫凝液，在變換高溫凝液不足的情況下再補充脫鹽水。

3.2 改造效果

3.2.1 系統水質

如表2所示，節水措施實施后，系統補入的脫鹽水量和外排廢水量減少，對系統水質造成了一定的影響，但水質各項指標均未超出控制范圍。

表2 水質分析數據

項目總溶解固體/(mg·L-1)pH懸浮物/(mg·L-1)Cl-/(mg·L-1)氨氮/(mg·L-1)COD/(mg·L-1)總堿/(mmol·L-1)總硬度/(mg·L-1)改造前1 2867.7342011455057.01 022改造后1 6707.6502452055828.11 478

3.2.2 合成氣含塵量

節水措施實施后，合成氣洗滌塔上部塔盤沖洗水流量降低，在一定程度上會影響合成氣的洗滌效果，造成合成氣的含塵量升高。通過連續120 h的取樣分析，合成氣的含塵量均低于0.5 mg/m3(標態)，說明合成氣洗滌塔上部塔盤沖洗水流量降低后并未對合成氣的含塵量造成嚴重影響。

3.2.3 水平衡

如表3所示，節水措施實施后，因外補脫鹽水量減少，系統形成了新的水平衡。

表3 改造后干煤粉氣化裝置滿負荷時的水平衡數據 t/h

項目進水設計值項目排水設計值入爐煤粉帶水13.12爐渣帶水15.00次高壓蒸汽4.00濾餅帶水30.00各等級蒸汽凝液100.00合成氣帶水425.00脫鹽水280.00外排廢水125.00變換高溫凝液180.00酸氣帶水0.29入爐煤氫折水130.00合成氣氫折水115.00總計707.12總計710.29

4 結語

頂噴式干煤粉氣化裝置的脫鹽水主要用作機泵密封水、洗滌塔塔盤沖洗水和過濾機用水，都可以在保證裝置正常運行的情況下減少其用量。節水措施實施以后，整個裝置的脫鹽水用量減少了120 t/h，相應減少了170 t/h外排廢水量，降低了含鹽廢水處理裝置的能耗。當然，對系統作進一步的優化后，頂噴式干煤粉氣化裝置的耗水量還有進一步降低的空間。