煤氣水系統現存問題及改進措施

摘要：以國家能源集團寧東煤化工基地某煤氣化裝置為例，對裝置水系統運行過程中出現的水質總溶固、懸浮物、硬度等指標高及系統換熱器運行時間短、易堵塞等實際問題進行原因分析，并從工藝、設備和藥劑等方面進行分析探討，提出了優化措施。

關鍵詞：煤氣化；水系統；水質指標；結垢

煤氣化技術作為煤化工行業的核心技術，對整個生產鏈的穩定運行具有至關重要的影響［1］。在煤氣化過程中，裝置中的黑灰水質量通常較差，常見問題包括管道和設備的結垢和堵塞，這些問題顯著影響了裝置的長期穩定運行。處理這些問題的主要方法是添加水處理藥劑，如絮凝劑和阻垢分散劑。即使采用這些處理方法，仍然會出現各種異常情況。以國家能源集團寧東基地的一個煤氣化項目為例，其在運行過程中遇到了多種挑戰，如水質總溶固、硬度、氯離子和懸浮物指標偏高，以及系統換熱器（包括閃蒸換熱器和廢水換熱器）運行時間短、易于堵塞等問題。通過對這些實際問題進行原因分析和改進，可以為解決類似問題提供有價值的參考。

1煤氣水系統運行現存問題

1.1水系統水質總溶固、硬度、懸浮物等指標高的問題1.1.1總溶固、硬度、氯離子等指標高

在煤氣化水系統運行中，總溶固（TDS）、硬度和氯離子等水質指標非常重要。高TDS水中含有較高濃度的礦物質和鹽類，導致設備結垢和腐蝕，影響熱交換效率，引起設備故障。水的硬度，主要由鈣、鎂離子決定，過高的硬度增加熱交換器和管道的結垢風險，降低系統效率。氯離子濃度高會加速設備的腐蝕，并生成有害副產品。這些水質問題對煤氣化系統的穩定運行和長期可靠性構成嚴重挑戰，影響了效率和運行成本。

選取該煤氣化裝置系統連續幾天的水質進行分析，結果見表1。表1該煤氣化裝置系統連續幾天的水質數據

日期總溶固

/（mg·L-1）硬度

/（mg·L-1）氯離子

/（mg·L-1）外排水量

/（m3·h-1）201812274 8042 066351.7570201812284 7242 466621.7970201812294 0362 400681.42100201812304 9962 316745.33160201812313 3041 576528.20140201901013 1961 307434.62170201901022 5401 263408.41165設計指標＜3 500＜1 500＜500

由表1可知，2018年12月30日開始隨著排水量的加大，水中總溶固、硬度及氯離子開始有明顯下降趨勢。

1.1.2懸浮物指標高

懸浮物主要指的是水中未溶解的固體顆粒，它們的存在直接影響水系統的效率和穩定性。懸浮物在水中的高含量會導致管道和設備的堵塞問題。這些固體顆粒可以積聚在管道和設備的內壁上，從而降低水流的效率，增加了維護和清潔的成本。嚴重的堵塞甚至可能導致系統停機，影響整個煤氣化過程的連續性和穩定性。在熱交換過程中，懸浮物導致磨損和腐蝕，影響設備的壽命和效率。懸浮物在熱交換器的表面形成包裹層，從而降低其熱交換效率。在煤氣化水系統中，通常需要對水進行處理以滿足特定的質量標準。懸浮物的存在會干擾這些處理過程，降低處理效率，導致水處理化學藥劑的過量使用。水處理過程中未能有效去除的懸浮物會隨廢水排放，影響周圍的水體和生態環境。

2水系統換熱器運行時間短、易堵塞的問題

在煤氣化水系統中，換熱器的運行效率是保證整個系統穩定運行的關鍵因素［2］。換熱器經常面臨著運行時間短和易堵塞的問題，這些挑戰主要源于水質問題和換熱器設計特性。水中的懸浮物、高總溶固（TDS）水平和硬度是導致換熱器堵塞的主要原因。懸浮物如泥沙和其他微粒可以在換熱器的內部積聚，水流通道變細，導致效率下降。高TDS和硬度會導致水中礦物質和鹽類在換熱器表面沉積，形成結垢，降低了熱交換效率，而且還會引起物理堵塞。換熱器的設計不足以應對高懸浮物負荷或者水中化學物質的沉積。如果換熱器的維護不當，如清洗周期不足或方法不當，也會加劇堵塞和效率降低的問題。換熱器在煤氣化過程中經常面臨高溫和高壓的工作環境，這些條件會加速設備的磨損和腐蝕，從而縮短其運行時間。特別是當水質中含有腐蝕性化學物質（如高濃度的氯離子）時，腐蝕問題會進一步加劇。換熱器的操作參數，如流速和溫度，如果沒有得到適當的控制，也會影響其運行效率和使用壽命。不適當的流速導致懸浮物和其他沉積物的積淀，而不適宜的溫度則會加速化學反應和結垢。

3煤氣水系統洗滌量過大且分配不合理的問題

洗滌量過大意味著在清洗煤氣過程中使用了過量的水，從而導致水資源的浪費，增加后續的水處理負擔。在煤氣化過程中，煤氣需要通過水洗滌來去除雜質和冷卻。如果洗滌水量過大，會造成能源和水資源的浪廢，增加了處理這些洗滌水所需的成本。洗滌水分配不合理則指的是在煤氣水系統的不同階段，水的使用沒有得到最優化配置。某些區域不需要那么多洗滌水，而其他區域水量又不足。不合理的水分配會影響煤氣的清潔效率，導致雜質去除不徹底，影響最終產品的質量。水處理系統需要針對特定的容量設計，如果進入的水量超出設計范圍，會導致處理效率降低，設備損壞；過量的洗滌水使用和不合理分配也會增加廢水的排放量，將會增加處理廢水的成本。同時這些廢水可能含有雜質和有害物質，需要進行嚴格的處理才能排放，否則會對周圍環境造成污染。

4改進措施

4.1水系統水質總溶固、硬度、懸浮物等指標改進措施

針對總溶固（TDS）水平高的問題，可以通過優化水處理過程來減少溶解物質的含量。例如：采用反滲透或離子交換技術可以有效去除水中的溶解礦物質和鹽類，從而降低TDS水平。為降低水的硬度，可以采用軟化處理，如通過添加化學藥劑來沉淀和去除水中的鈣、鎂離子，或使用離子交換樹脂來吸附這些硬度離子。針對懸浮物含量高的問題，可以采用物理過濾方法，如砂濾或微濾技術，這些方法能有效去除水中的固體顆粒，減少懸浮物的含量。這些改進措施的實施有助于提高水系統的運行效率、降低維護成本并減少設備的磨損和出現故障的風險，有助于保證最終煤氣產品的質量，確保整個煤氣化過程的穩定和高效運行。

4.2水系統換熱器運行時間短、易堵塞的改進措施

改進水質管理，如通過精密過濾和化學處理降低總溶固（TDS）和硬度，減少結垢和堵塞。定期對換熱器進行清潔和維護，去除積累的污垢，保持其高效運行。優化換熱器設計，如選擇更適合的材料和內部結構，可以提高其對污垢和結垢的抵抗力。可以調整操作參數，如水流速度和溫度，以減少沉積物的形成。這些措施的綜合運用，有助于提升換熱器的運行效率和使用壽命，確保煤氣水系統的穩定運行。

4.3煤氣水系統洗滌分配改進措施

實施先進的監控和控制系統，系統能夠實時監測和調整洗滌水的流量，確保在煤氣清洗過程中洗滌水的最優化使用。采用自適應和智能化的洗滌系統可以根據煤氣中雜質的實際含量動態調整洗滌水的分配量，從而提高效率。通過改進洗滌塔的設計，如優化噴嘴布局可以更有效地利用洗滌水，減少不必要的過量使用。還可以考慮回收和再利用部分洗滌水，減少新鮮水的使用需求和廢水的產生［3］。這些措施綜合實施，旨在提高洗滌水的使用效率，減少資源浪費，同時保證煤氣的清潔效果，確保煤氣水系統的高效和可持續運行。

5結語

在煤氣化水系統的調整中，主要是在確保氣化爐負荷需求和灰水水質符合標準的前提下，實現系統水量的平衡，減少水消耗，并保障硬件設備的穩定和可靠運行［4］。系統中的堿度和硬度會隨時間逐漸延長而呈現上升趨勢，因此在操作中，將它們作為氣化灰水水質控制的關鍵指標是一種有效策略。調整策略的總體思路是：根據氣化爐的負荷，穩定控制外排水量，使其維持在預定的指標范圍內。這樣做可以監控整個水系統的水質變化。根據灰水中堿度和硬度的變化，進一步調整外排水量以優化水質。通過選擇合適的藥劑和調整其添加量，可以有效控制懸浮物含量和設備的結垢問題。強化現場技術管理，采取綜合措施來確保煤氣化裝置水系統的穩定運行是關鍵。這樣的調整不僅可以提高系統效率，也能夠降低運行成本，同時還有助于環境保護。

參考文獻：

［1］李道榮.水處理劑概論［M］.北京：化學工業出版社，2005.

［2］岳秀偉.陽離子聚丙烯酰胺的合成工藝及絮凝性能研究［D］.天津：天津大學，2012.

［3］張富國，張超，肖建華，等.氣化工藝水系統管理及技改優化總結［J］.小氮肥，2016，44（2）：1415.

［4］王風云，雷武，夏明珠.阻垢劑性能評定方法中的問題與討論［J］.工業水處理，2004，24（2）：14.

作者簡介：張輝，男，山西晉城人，助理工程師，研究方向：煤化工。