張勁松，郭 偉，徐才福，趙 濤，王光友

（1. 神華寧夏煤業(yè)集團煤炭化學工業(yè)分公司，寧夏 靈武 750411； 2. 中國五環(huán)工程有限公司，湖北 武漢 430014）

煤氣化裝置采用合成氣激冷流程時，必然產生大量的含固廢水。通常采用閃蒸的方式脫除廢水中溶解的酸性氣體，同時用灰水冷卻閃蒸氣回收廢熱。按照熱量回收的流程劃分，分為間接換熱流程和直接換熱流程。傳統(tǒng)的水煤漿加壓氣化的閃蒸流程即為間接換熱流程，由于出現結垢等現象導致?lián)Q熱效率下降，嚴重時會影響裝置的長周期運行[1]；GSP氣化過程中出激冷室的黑水壓力約為4.2 MPa(g)，溫度約為160 ℃。在閃蒸系統(tǒng)通過兩段閃蒸罐的減壓和蒸發(fā)，把黑水的溫度降到約 70 ℃，并釋放出溶解在黑水里的大部分氣體。之后黑水送往澄清池進行除渣和循環(huán)再利用；閃蒸釋放出來的酸性氣體經過冷卻后送往焚燒爐。在開車過程中激冷、黑水系統(tǒng)相繼出現了激冷室液位波動大、激冷水過濾器堵塞、激冷噴頭磨蝕嚴重、黑水閃蒸系統(tǒng)磨蝕嚴重等問題。這些問題的產生不僅與上游的氣化反應密切相關，而且也與激冷、黑水系統(tǒng)本身設計存在缺陷相關。因此采用灰水和閃蒸氣直接接觸換熱的流程逐漸受到各方的重視[2]。

本文對直接換熱和間接換熱的兩種方案，從水耗、設備配置和效果方面進行對比，方案的工藝流程和物料數據見圖1、2, 方案一為間接換熱流程，方案二為直接換熱流程。

1 水耗（循環(huán)水耗：t/h）

由表 1可看出方案二比方案一冷卻水耗量少788 t/h。原因在于中壓閃蒸冷凝器采用間接換熱時，閃蒸氣在165 ℃下冷凝，灰水從97 ℃升高到140℃，此時閃蒸氣的蒸汽分率約為40%。

表1 循環(huán)水耗對比Table 1 Contrast of circulating water consumption

這些蒸汽都在后續(xù)的冷卻器中冷卻，導致冷卻水耗量較高。如果要繼續(xù)升高灰水溫度，則換熱面積需要很大[3]。目前單臺換熱器的長度一般約為 10 m，已經很大。采用直接換熱時，灰水和閃蒸氣的傳熱效率較高，經過多層塔板的換熱，閃蒸氣的冷凝比較徹底。后續(xù)冷卻器水耗較低。

圖1 黑水處理間接換熱流程Fig.1 The process of blackwater indirect heat transfer

圖2 黑水處理直接換熱流程Fig.2 The process of blackwater direct heat transfer

Table 2 Equipment disposition contrast表2 設備配置對比

2 設備配置

設備配置見表2。

3 效 果

采用閃蒸汽與循環(huán)灰水間接換熱的熱回收方法來處理干粉煤氣化工藝的黑水，有以下缺點：

（1）大量細小的飛灰易帶出，摻雜于水中經過間接換熱器，不但易發(fā)生結垢，造成換熱效率下降，導致閃蒸壓力難以控制，而且細灰隨黑水不斷磨蝕換熱器的內部構件，給換熱器的壽命造成嚴重的損害[4]。

（2）由于高壓灰水與閃蒸氣的操作壓差較大（4.9 /0.7 MPa(g)），換熱管使用材料為雙相鋼，使該設備造價昂貴。

經水煤漿黑水閃蒸工序實踐表明，許多工廠采用這類技術的灰水處理系統(tǒng)均出現過故障，出水經常渾濁發(fā)黑。帶來的主要影響是灰水循環(huán)回用量減少，新鮮水補充量提高，廢水處理系統(tǒng)負荷大增。因此，閃蒸氣與循環(huán)灰水直接換熱方式，用減濕器代替原來的高壓灰水換熱器，該技術與四噴嘴水煤漿氣化中采用蒸發(fā)熱水塔直接換熱類似，其效果是經過實踐檢驗的[5,6]。

此外，在中壓閃蒸罐頂部用清潔的給水進行洗滌?？山档椭袎洪W蒸氣中的灰含量。

4 結 論

從上述各個方面的對比來看，直接換熱方案的水耗低。

根據工程經驗，方案一間接換熱的高壓差，管程為雙相鋼材料的換熱器的投資要高于直接換熱方案的減濕器。

在方案二中，根據表3的計算可知，在中壓閃蒸罐中洗滌后的閃蒸氣含塵量小于5 mg/Nm3，閃蒸氣在減濕器里被循環(huán)灰水冷凝，灰水總量增大，出口灰含量為 73×10-6，小于進口灰水含灰量 80×10-6。因此，在直接換熱方案經過實踐驗證下的前提下，其性能是較優(yōu)的。

表3 直接換熱流程詳細水耗Table 3 Direct heat flow with water consumption

［1］趙濤,章衛(wèi)星,等.干煤粉氣化技術之廢鍋流程與激冷流程的比較和選擇[J]. 化肥設計,2009,47(5):15-19．

［2］許世森,張東亮,等.大規(guī)模煤氣化技術[M]. 北京：化學工業(yè)出版社,2006:248-260．

［3］蔣建平,王聰.高效固液分離裝置及在煤氣洗滌廢水處理中的應用[J].東北電力大學學報,2010,30(1):39-43．

［4］崔意華,袁善錄.GSP加壓氣流床氣化技術工藝分析[J].煤炭轉化,200 8,31(1):93-96.

［5］譚成敏,曹召軍.GSP粉煤氣化技術引進方案的優(yōu)化.煤化工,2008,13 4(1):10-12．

［6］唐宏青.GSP工藝技術[J].中氮肥,2005(2):14-18．