新型五環(huán)爐黑水處理系統(tǒng)的應用優(yōu)化研究

王 倩， 李 磊

(河南龍宇煤化工有限公司，河南 永城 476600)

河南龍宇煤化工有限公司(以下簡稱龍宇煤化工)二期40 萬 t/a醋酸的煤氣化裝置采用中國五環(huán)工程有限公司國內(nèi)首創(chuàng)的五環(huán)氣化爐工藝,自2015年試車以來，黑水處理系統(tǒng)經(jīng)過多次技術(shù)改造，現(xiàn)已達到穩(wěn)定生產(chǎn)，總結(jié)現(xiàn)場操作經(jīng)驗，同時摸索出了一套能夠滿足長周期穩(wěn)定運行的方法。

1 五環(huán)氣化爐閃蒸和澄清系統(tǒng)流程

來自氣化工序激冷罐(V03305)和濕洗系統(tǒng)洗滌塔(C03601)的含灰高溫高壓排放水(3.8 MPa，220 ℃)去往三級閃蒸系統(tǒng)，在閃蒸系統(tǒng)依次經(jīng)過中壓、低壓和真空三級灰水角閥減壓閃蒸后分別進入中壓閃蒸罐(0.8 MPa)、低壓閃蒸罐(0.15 MPa)和真空閃蒸罐(-0.05 MPa)，完成氣液兩相流的分離，溶解含有害氣體H2S、NH3、HCN的飽和水蒸氣，經(jīng)過減濕器(V03707)洗滌冷卻后脫除有害氣體，減濕器對中壓閃蒸氣進行降溫減濕,減濕后的灰水經(jīng)高壓灰水泵送往濕洗塔，水蒸氣去除氧器(U03701)循環(huán)利用，向進入除氧器前的循環(huán)灰水中加入分散劑，可以有效抑制設備和管道結(jié)垢，并盡可能減少腐蝕，延長黑水處理工序的運行周期，提高裝置的可操作性和達到長周期滿負荷操作。有害氣體送至硫回收工序。經(jīng)過三級閃蒸濃縮后的黑水從真空閃蒸罐底部經(jīng)泵送(P03701)冷卻后送往澄清系統(tǒng)，黑水流量約300 m3/h，溫度50 ℃～60 ℃，固含量約1.65%。

在澄清系統(tǒng)灰水進入澄清槽(S03701)的同時加入絮凝劑，加速固體顆粒的聚集和沉降，溢流出的澄清水進入灰水槽(T03701)，澄清水經(jīng)低壓灰水泵送往除氧器循環(huán)利用，沉降下來的固含量約5 %的灰漿經(jīng)澄清槽底流泵輸送到灰漿貯槽(T03702)，經(jīng)灰漿槽底流變頻泵送至臥螺機，臥螺機的轉(zhuǎn)鼓在高速旋轉(zhuǎn)作用下利用灰漿中固液離心力的不同進行分離，分離后的濾餅運往蒸汽磚廠，固含量約100 ×10-6的液相被收集后泵送至澄清槽[1]。

2 絮凝劑的篩選和優(yōu)化配比

2.1 絮凝劑的篩選

由于灰漿中所含灰的粒度較細,為了取得較好的絮凝效果，加入絮凝劑的量要求合適，如加入量偏少，則水質(zhì)無法保障，循環(huán)水會在上游除氧器填料和洗滌塔塔盤積灰和管道內(nèi)結(jié)垢；如加入量偏大，灰漿的黏性較大不易分離又增大了生產(chǎn)成本[2]。因此，篩選出合適的絮凝劑、優(yōu)化絮凝劑加入量，是降低成本的一種必然。

通過對閃蒸P03701出口灰水進行不同廠家藥劑的絮凝試驗，篩選范圍包括不同藥劑廠家，如法國愛森、日本三井和美國陶氏的不同離子類型的絮凝劑。絮凝劑分為陽離子、陰離子和非離子型的共計十幾種藥品。試驗條件及數(shù)據(jù)結(jié)果見第207頁表1～表3。

從表中數(shù)據(jù)可以看出，氣化灰水澄清效果最好的藥劑為陽離子型絮凝劑，進口知名廠家絮凝劑的沉降效果要好于國產(chǎn)品牌，但價格也相對較高。陰離子型和非離子型的絮凝劑不適于氣化灰水。

表1 試劑條件與結(jié)果

表2 試劑條件與結(jié)果

表3 試劑條件與結(jié)果

2.2 絮凝劑添加量的配比優(yōu)化

將絮凝澄清效果較好的4種藥劑(包括3個進口廠家與1個國產(chǎn)廠家)在現(xiàn)場與由宜興市榮盛達環(huán)保有限公司提供的藥劑進行絮凝對比試驗，灰水取自灰水泵P03701出口。試驗數(shù)據(jù)結(jié)果見表4。

表4 絮凝對比試驗結(jié)果

由試驗結(jié)果可知，由于氣化激冷流程工藝的變化，現(xiàn)在的氣化灰水含灰量明顯增大，加入5 ×10-6～6 ×10-6的絮凝劑無法保證出水ρ(ss)在100 mg/L以下，需要把絮凝劑的用量加大到8 ×10-6～10 ×10-6。其中，表4中的1號藥劑為榮盛達藥劑，2號～3號為進口藥劑，5號為國產(chǎn)品牌藥劑。由試驗數(shù)據(jù)可知，榮盛達提供的藥劑絮凝效果更好，同時價格比3種進口藥劑相對便宜。

通過長期的對比試驗和分析數(shù)據(jù)整理，優(yōu)化了澄清系統(tǒng)的絮凝劑和分散劑的加藥量，絮凝劑與水按照0.1%的質(zhì)量比進行配制，配制后的絮凝劑與灰水的混合濃度按照5 ×10-6的比例加入，可以控制澄清槽溢流水的濁度在130 NTU左右，既解決了水質(zhì)混濁問題也減少了藥劑的消耗。系統(tǒng)向污水廠的外排水的COD小于150 mg/L，氨氮小于20 mg/L，氯離子在250 mg/L左右，pH值在7左右。

3 臥螺離心機在黑水系統(tǒng)的推廣應用

3.1 工作原理

臥螺離心機是一種臥式螺旋卸料、連續(xù)操作的沉降設備，如圖1。此類離心機工作原理：轉(zhuǎn)鼓與螺旋以一定差速同向高速旋轉(zhuǎn)，物料由進料管連續(xù)引入輸料螺旋內(nèi)筒，加速后進入轉(zhuǎn)鼓，在離心力場作用下，較重的固相物沉積在轉(zhuǎn)鼓壁上形成沉渣層。輸料螺旋將沉積的固相物連續(xù)不斷地推至轉(zhuǎn)鼓錐端，經(jīng)排渣口排出機外。較輕的液相物則形成內(nèi)層液環(huán)，由轉(zhuǎn)鼓大端溢流口連續(xù)溢出轉(zhuǎn)鼓，經(jīng)排液口排出機外。本機能在高速運轉(zhuǎn)下，連續(xù)進料、分離、洗滌和卸料。具有結(jié)構(gòu)緊湊、連續(xù)操作、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、適應性強、生產(chǎn)能力大、維修方便等特點。

圖1 過濾工藝流程圖

3.2 臥螺離心機在黑水系統(tǒng)的推廣應用

龍宇煤化工二期五環(huán)爐黑水系統(tǒng)使用4臺江蘇華大離心機制造廠生產(chǎn)的設備，3開1備，型號：LW650×2800-N，轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速:2 500 r/min，主電機功率：90 kW，輔電機功率：45 kW，差轉(zhuǎn)速：10 r/min～30 r/min，轉(zhuǎn)鼓材質(zhì)：離心澆鑄雙相鋼2205，螺旋材質(zhì):316 L。

通過長期的使用效果看，臥螺離心機在分離固體顆粒較小和具有黏性的灰漿時調(diào)整臥螺機的轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速在2 000 r/min，差速器的差速在20，處理量為15 m3/h～20 m3/h，灰水固含量4 %～5 %，濾餅含水率在30%～40%，濾液中SS的含量小于150 ×10-6。4臺設備已經(jīng)運行1年以上，分離效果良好。

另外，使用2臺同型號的臥螺離心機分離龍宇煤化工一期殼牌氣化爐的渣水，1開1備，分離效果同樣顯著，濾餅含水率在50%，濾液中SS的含量小于100 ×10-6。2臺設備已經(jīng)運行3年零5個月。

4 結(jié)語

通過大量的試驗、數(shù)據(jù)整理，結(jié)合長期操作經(jīng)驗，向黑水系統(tǒng)加入不同比例的絮凝劑，篩選出適合工藝條件的最優(yōu)添加比例，澄清槽的溢流水滿足正常的生產(chǎn)循環(huán)要求。臥螺離心機在分離固體顆粒較小和具有黏性的黑水時具有處理量大、自動化程度高、脫水效果好、使用范圍廣等特點,開創(chuàng)了臥螺離心機在煤化工領(lǐng)域使用的先例。對其他煤化工裝置黑水處理具有示范作用，對工業(yè)和民用污水處理也有較大的借鑒意義。