步建軍

(江蘇索普集團公司 江蘇鎮(zhèn)江212006)

多噴嘴氣化裝置灰水處理工段運行問題探討

步建軍

(江蘇索普集團公司 江蘇鎮(zhèn)江212006)

多噴嘴對置式水煤漿氣化技術(shù)是由華東理工大學(潔凈煤技術(shù)研究所)和兗礦集團共同開發(fā)，于2006年1月通過中國石油化工協(xié)會組織的專家鑒定，具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)，已實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

江蘇索普集團有限公司(以下簡稱索普公司)日處理1500t煤的多噴嘴氣化爐裝置與GE水煤漿氣化裝置相比，最大的區(qū)別之一在閃蒸－灰水處理系統(tǒng)上。多噴嘴氣化裝置的第1級閃蒸系統(tǒng)的蒸發(fā)熱水塔采用直接換熱方案回收黑水余熱，其熱傳遞效率高，閃蒸汽大多數(shù)在上塔被冷卻回到系統(tǒng);GE水煤漿氣化裝置采用間接換熱方案回收黑水余熱，換熱器易結(jié)垢堵塞。索普公司多噴嘴氣化爐裝置自2009年9月，投料運行至今，灰水處理系統(tǒng)總體運行平穩(wěn)，但也暴露出一些問題，直接影響到氣化裝置的長周期運行。

1 灰水處理系統(tǒng)工藝流程簡述

灰水處理系統(tǒng)的作用是將氣化及煤氣初步凈化工序產(chǎn)生的黑水中所含的固體和溶解的氣體分離出來，并對黑水所含的熱量加以回收。來自氣化爐洗滌冷卻室、旋風分離器及水洗塔底部的黑水分別減壓后送入蒸發(fā)熱水塔下部蒸發(fā)室。在蒸發(fā)熱水塔蒸發(fā)室中，一部分水蒸發(fā)為蒸汽，連同少量溶解氣體進入蒸發(fā)熱水塔上部熱水室，與低壓灰水泵來的灰水直接接觸，加熱灰水，自身大部分冷凝。熱水室的熱水流入高溫熱水罐，經(jīng)高溫熱水泵進入水洗塔中部。熱水室未冷凝的蒸汽經(jīng)換熱、冷凝、分離后，氣相送至火炬放空，冷凝液進入灰水槽。蒸發(fā)熱水塔蒸發(fā)室底部被濃縮的黑水經(jīng)液位調(diào)節(jié)由底側(cè)部排出，進入低壓閃蒸罐。黑水被再次減壓，產(chǎn)生的低壓蒸汽送往脫氧槽，黑水進入真空閃蒸罐。來自渣池的含渣水用渣池泵經(jīng)流量調(diào)節(jié)后也送入真空閃蒸罐，在真空閃蒸罐內(nèi)進行真空閃蒸，大量溶解的氣體被釋放出來，黑水進一步濃縮，含固量增大，溫度進一步降低。真空閃蒸氣經(jīng)換熱、冷凝、分離后從分離器頂部出來，送往水環(huán)式真空泵。真空閃蒸罐底部的黑水經(jīng)液位控制泵送至靜態(tài)混合器與絮凝劑混合后流入澄清槽。澄清槽上部設置1臺緩慢轉(zhuǎn)動的刮渣機，將沉降的固體推到澄清槽底部出口，澄清槽上部澄清水溢流至灰水槽。為了防止管道和設備結(jié)垢，在灰水槽中加入分散劑，再分別經(jīng)低壓灰水泵和鎖斗沖洗水/廢水泵送至蒸發(fā)熱水塔、鎖斗沖洗水罐、渣池和廢水處理站。澄清槽底部的細渣和水經(jīng)澄清槽底流泵送往壓濾機處理，濾餅送出界區(qū)外，濾液進入研磨水槽。

2 運行過程中出現(xiàn)的問題

2.1 閃蒸系統(tǒng)各角閥磨損嚴重

2.1.1 存在問題

氣化裝置運行1600h之后停車。檢查時發(fā)現(xiàn):氣化爐至蒸發(fā)熱水塔管路中的黑水壓力調(diào)節(jié)閥(PV1304)后緩沖罐底部沖擊盲板磨損嚴重，表面的碳化鎢涂層幾乎完全剝落，在緩沖罐根部有約10cm高的環(huán)帶，表面碳化鎢涂層被沖擊蜂窩狀的小坑。此情況在其他引進水煤漿加壓氣化裝置的公司也很普遍。

2.1.2 原因分析

分析其原因主要有:①節(jié)流后的黑水以很高的速度沖擊緩沖罐底部沖擊盲板;②黑水經(jīng)過PV1304減壓后，壓力發(fā)生變化，靜壓能轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽?，流速急劇提高，在黑水中灰渣顆粒的摩擦沖擊下，調(diào)節(jié)閥及閥后段磨損嚴重，易發(fā)生泄漏;③由于內(nèi)部壓力突變，使溶于黑水中的氣體及黑水大量閃蒸，在金屬表面反復出現(xiàn)氣泡形成及潰滅過程，氣泡在潰滅時產(chǎn)生的沖擊波對緩沖罐沖擊盲板表面產(chǎn)生強烈的錘擊作用，使盲板表面的碳化鎢涂層剝落，桶壁表面被沖擊成蜂窩狀的小孔。

2.1.3 處理措施

緩沖罐底部沖擊盲板在開車期間不易檢查處理，應在氣化裝置運行一個周期后及時檢查、更換或進行管道硬化處理，包括調(diào)整開車期間角閥開度、確定緩沖罐的使用壽命。若其在開車期間發(fā)生磨損泄漏，一般可在放大筒外使用管徑相同的鋼管覆焊即可。對經(jīng)常出現(xiàn)磨損的管道采用內(nèi)襯耐磨陶瓷的管件，在減壓閥閥后的沖擊盲板上再增加1層防沖擊盲板，增強抗磨性，防止在系統(tǒng)運行時磨穿。檢修時，對檢測部位建立臺帳，掌握其磨損速率，定期更換，避免在系統(tǒng)運行時出現(xiàn)磨漏情況。

2.2 黑水排放管道堵塞、角閥閥卡

2.2.1 存在問題

2014年1月，蒸發(fā)熱水塔進口處多只角閥發(fā)生堵塞現(xiàn)象，C系統(tǒng) PV1304C1C2，PV1306B1，PV1306A1A2和PV1305A1發(fā)生較嚴重的堵塞，影響到系統(tǒng)正常運行;PV1305B1發(fā)生過閥卡現(xiàn)象，經(jīng)處理后正常。

2.2.2 原因分析

由于管路布置的問題，旋風分離器、水洗塔底部黑水閃蒸管道從低處到高處(渣水從一樓到三樓)的管道彎頭設置過多，并在個別地方形成死角。開、停車時，設備、管道內(nèi)附著的垢片由于溫度、壓力的變化大量脫落，隨著黑水排放流量增大，這些垢片被帶到死角處并沉積下來，從而造成堵塞。因為黑水排放存在較高的壓差，這些脫落的垢片隨著水流動到角閥前聚集，會造成黑水排放不暢，有時會發(fā)生閥卡和角閥關(guān)不到位現(xiàn)象。嚴重時，角閥堵塞，黑水無法排放。

2.2.3 處理措施

合理布置黑水管路，盡量減少拐彎及死角，減少管道堵塞的概率;在容易出現(xiàn)堵塞的管道處增加沖洗水接頭，以方便檢修和管道沖洗。在開、停車時，盡量將黑水閃蒸管道上的自調(diào)閥維持在較大開度，防止因開度過小造成閥前堵塞及閥體局部因流速過大而磨損。對于1開1備的減壓閥閥組要經(jīng)常切換，防止因垢片沉積而堵塞閥門及管道。

2.3 備用泵進口堵塞

2.3.1 存在問題

C系統(tǒng)沉降槽給料泵(P1309EF)每次倒泵后，都會發(fā)生備用泵進口堵塞現(xiàn)象。

2.3.2 原因分析

經(jīng)拆檢后，發(fā)現(xiàn)備用泵進口有磚狀垢片，而此問題在A系統(tǒng)和B系統(tǒng)上并沒有發(fā)生過。其原因應該與氣化爐(R1201C)操作溫度低有關(guān)，C氣化爐開車初期，其拱頂溫度較A氣化爐拱頂溫度(170℃)高，達到220℃以上，操作時爐溫控制得不高，導致黑水中浮灰較多;另外，試車初期灰水濁度波動較大，在閃蒸系統(tǒng)各設備以及黑水排放管道上結(jié)垢，黑水溫度變化時，由于垢片和金屬管(設備)膨脹系數(shù)不同，導致垢片脫落(此現(xiàn)象在真空閃蒸罐尤其明顯)，并在備用泵進口聚集，導致倒泵時備用泵不打量。

2.3.3 處理措施

在水質(zhì)得到有效控制后，P1309EF倒泵時備用泵進口堵塞現(xiàn)象已有所緩解。

2.4 高溫熱水泵進口氣蝕

2.4.1 存在問題

在正常生產(chǎn)過程中，高溫熱水泵進口發(fā)生氣蝕，導致其電流和出口流量波動。

2.4.2 原因分析

該問題一方面與泵的氣蝕余量設計不合理有關(guān)，另一方面也與高溫熱水儲罐中水的固含量高有關(guān)。由于高溫熱水儲罐水質(zhì)的不穩(wěn)定性，高溫熱水泵進口過濾器可能會出現(xiàn)臨時性堵塞，導致高溫熱水泵打量不足，電流、壓力大幅波動，泵腔自平衡被打破，長時間如此將會損壞機封、推力軸承和軸瓦。

2.4.3 處理措施

中控和現(xiàn)場巡檢人員應多關(guān)注高溫熱水泵的電流和出口壓力波動情況，做到有問題早發(fā)現(xiàn)、早處理。

2.5 蒸發(fā)熱水塔填料層結(jié)垢、超壓，甚至帶水

2.5.1 存在問題

蒸發(fā)熱水塔設計工作壓力為0.8MPa，填料層高5m，內(nèi)裝Φ76.0mm×76.0mm×1.2mm拉西環(huán)。A系統(tǒng)和C系統(tǒng)運行30d后，頻繁出現(xiàn)不同程度的帶水現(xiàn)象，多次造成高溫熱水貯罐液位下降和蒸發(fā)熱水塔超壓現(xiàn)象。拆檢發(fā)現(xiàn)，填料層頂部的絲網(wǎng)局部被吹翻，大量的拉西環(huán)堆積在分布器上方，在運行過程中容易造成積液，給帶水處理增加難度;另外，在分布器及填料上部發(fā)現(xiàn)有大量質(zhì)地較為疏松的灰垢。

2.5.2 原因分析

其原因有以下幾點:①隨著裝置運行時間延長，特別是水質(zhì)波動頻繁，灰水容易在填料上產(chǎn)生結(jié)垢、積灰。②雙系統(tǒng)運行時，灰水指標控制較為合理，濁度在30mg/L左右，硬度在1000mg/L左右，且結(jié)垢主要發(fā)生在填料上層及分布器內(nèi)部，因此判斷主要是由于低溫變換冷凝液堿度較高，與硬度較高的灰水接觸產(chǎn)生CaCO3及MgCO3等沉淀，形成結(jié)垢;此外，夾帶有大量細灰的閃蒸氣至填料層上部被冷卻后，形成了硬度較高的灰水，與堿度較高的低溫變換冷凝液接觸，是產(chǎn)生結(jié)垢的另一重要原因。③為保護激冷環(huán)，正常生產(chǎn)中系統(tǒng)水循環(huán)量遠大于該負荷下的設計流量，從而造成進蒸發(fā)熱水塔熱負荷大，閃蒸量大，根據(jù)測算，表觀流速達到0.7m/s，遠大于設計值0.2m/s，容易帶水、帶灰。

2.5.3 處理措施

在實際生產(chǎn)中，由于負荷、灰分、灰熔點等一系列因素改變，造成灰水濁度波動大，常需要調(diào)整絮凝劑的投加量或者更改絮凝劑類型來穩(wěn)定灰水濁度。正常生產(chǎn)中，應時常觀察灰水樣，當水樣渾濁并有大量懸浮物時，可判定灰水濁度高;若此情況長時間內(nèi)得不到改觀，在排除絮凝劑添加不符合規(guī)定的情況下，應取黑水重新做黑水水樣分析，重新確定合適的絮凝劑類型和投加量;當水樣不清、發(fā)白時，結(jié)合真空抽濾機濾餅樣，如果濾餅含水量高并且黏度過大，可以判定絮凝劑添加量過大，應重新做黑水分析，確定合適的絮凝劑類型和投加量。

通過水置換改善系統(tǒng)水質(zhì):①在除氧器、灰水槽補入原水。②可以將現(xiàn)場運行泵備泵的機封水打開向系統(tǒng)補脫氧水，此方法可以同時在整個氣化水系統(tǒng)的多點進行補水，置換效果快。③按周期對機泵的過濾器進行沖洗，定時開大氣化爐、旋風、洗滌塔的出口閥，將底部淤積的臟水排出;也可以考慮采用波紋管來減少污垢的積聚?？刂坪盟疁睾统隹跉獾臏囟?，減少對后系統(tǒng)管道的壓力?？刂坪煤谒芫€流速，防止黑水中固體積聚和沉淀。

氣化車間黑水分析數(shù)據(jù)見表1(2014年1月31日)。

表1 氣化車間黑水分析數(shù)據(jù)

有表1可知:蒸發(fā)熱水塔黑水呈中性，真空閃蒸罐的黑水呈堿性，而真空閃蒸冷凝液的水也呈堿性。根據(jù)資料顯示，高堿度的水遇到高硬度的水，會產(chǎn)生結(jié)垢，通過將真空閃蒸冷凝液引入沉降槽，使沉降槽出水的硬度降下來，降低灰水系統(tǒng)中鈣、鎂離子濃度，可以減少系統(tǒng)管道、設備結(jié)垢堵塞的風險。

通過以下處理，基本解決或緩解了蒸發(fā)熱水塔帶水現(xiàn)象，保障了系統(tǒng)水平衡:①始終保證上塔壓力不低于下塔壓力，減少低溫變換冷凝液及脫氧水流量，大幅度加大低壓灰水流量，以強化換熱、減少閃蒸氣流量;②調(diào)整絮凝劑用量，提高真空閃蒸罐負壓，降低黑水水溫，以利于黑水沉降和降低灰水濁度;③保證系統(tǒng)廢水外排流量，加大灰水置換，改善水質(zhì);④盡可能降低系統(tǒng)水循環(huán)量，提高蒸發(fā)熱水塔工作壓力至設計壓力，降低黑水閃蒸氣量。

優(yōu)化工藝操作:避免氣化爐低溫操作，否則會產(chǎn)生大量浮灰，若浮灰被帶入黑水管道、閃蒸設備，多會在管道設備內(nèi)聚集，和垢片結(jié)合形成大塊，對灰水處理系統(tǒng)影響極大;氣化爐、洗滌塔、旋風分離器黑水要保持一定的排量，以防固含量過高;開、停車時，應保證系統(tǒng)水循環(huán)時間，盡量減少系統(tǒng)積灰，尤其停車后，應對黑水管線進行沖洗，保證管線暢通。

3 結(jié)語

經(jīng)過半年的運行，證明多噴嘴氣化爐的閃蒸－灰水處理系統(tǒng)能夠滿足氣化裝置生產(chǎn)要求，具有充分回收黑水余熱和熱傳遞效率高的優(yōu)點。隨著對整個氣化裝置認識的進一步加深和操作水平的提升，以及渣水處理系統(tǒng)的日趨完善，系統(tǒng)的穩(wěn)定運行周期逐漸提高，保障了氣化裝置的安全、高效、長周期運行。在運行過程中也暴露了一些問題，通過對灰水處理系統(tǒng)故障的分析，對黑灰水系統(tǒng)進行了改造，提高了灰水質(zhì)量，優(yōu)化了操作工藝，保證灰水處理系統(tǒng)正常運行。為了今后能更好發(fā)揮多噴嘴氣化裝置的優(yōu)勢，還需要進一步優(yōu)化工藝操作，提高設備維護保養(yǎng)管理水平，完善設計，實現(xiàn)長周期高負荷穩(wěn)定運行。

2014-11-28)