郭文麗，于利紅

(1.滕州生態(tài)環(huán)境監(jiān)控中心；2.充礦水煤漿氣化及煤化工國家工程研究中心有限公司，山東 滕州 277500)

1 煤氣化灰水控制指標及影響

煤氣化單元通常采用控制氣化灰水相關(guān)指標保障氣化水系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，包括pH、總堿、總?cè)芄?、懸浮物、濁度、硫酸根、Cl-、NH3-N、COD、BOD等指標，如表1所示。各單位因煤種及煤氣化技術(shù)種類不同控制指標存在差異。

表1 氣化灰水控制指標

(1)pH：較低的pH會造成管道設備腐蝕，pH超標會增加系統(tǒng)結(jié)垢風險；

(2)硬度：用以表征灰水中Ca2+、Mg2+等成垢離子濃度，因系統(tǒng)水循環(huán)利用，易造成成垢離子累積，達到飽和后，形成結(jié)晶，造成管道設備結(jié)垢；

(4)NH3-N：來源與堿度相同，適量的 NH3可在一定程度上抑制酸性物質(zhì)對設備、管道的腐蝕；氨氮超標一方面導致灰水呈現(xiàn)較強的堿性，增加結(jié)垢風險，另一方面影響水處理系統(tǒng)的穩(wěn)定運行；

(5)濁度：氣化水系統(tǒng)固體顆粒含量高易在管道沉降造成結(jié)垢；

(6)氯濃度：灰水系統(tǒng)氯含量超標會造成設備管道腐蝕，需嚴格控制其含量[2-4]。

2 煤氣化灰水指標的影響因素與控制方法

2.1 pH

2.1.1 影響因素

氣化單元水系統(tǒng)pH在不同設備中有較大不同，氣化爐、洗滌塔等高壓、高溫設備中，因黑水中溶解了CO2、H2S等酸性氣體，導致黑水呈現(xiàn)酸性，可達4.5。而在閃蒸后灰水槽、澄清槽等因酸性氣體閃蒸溢出，水中溶解的堿性金屬離子會導致系統(tǒng)pH呈現(xiàn)堿性。

氣化灰水系統(tǒng)pH受較多因素的影響，包括閃蒸系統(tǒng)真空度、分散劑添加量、原料煤的硫含量、灰水排污量等，甲酸也是影響灰水pH的重要因素[5]。

真空閃蒸罐真空度不達標，造成酸性氣體無法徹底閃蒸出去，造成灰水pH下降?；宜稚┐蠖喑仕嵝?，會對灰水pH造成一定影響，需嚴格控制其添加量。原料煤中硫、氯含量較高，也會造成灰水中酸性物質(zhì)升高，降低pH。另外，系統(tǒng)排污量也是影響系統(tǒng)pH的重要因素，合理控制廢水排放量，能夠起到控制系統(tǒng)pH的作用[5]。

甲酸是造成氣化爐灰水pH偏低的重要原因，甲酸是一種強酸，在灰水中全部電離，且不具有揮發(fā)性，閃蒸系統(tǒng)無法將灰水中的甲酸去除。隨著氣化爐操作壓力的升高，灰水pH下降。氣化爐操作壓力變化不大的情況下，灰水的pH隨氣化爐負荷的升高而升高[6]。

2.1.2 控制方法

排查閃蒸系統(tǒng)運行狀況；進行分散劑投加量實驗，確定分散劑對系統(tǒng)pH的影響。關(guān)注氣化廢水排放量與pH變化間的關(guān)系。對灰水進行取樣分析檢測，檢測水中酸性物質(zhì)成分，分析其來源，以便制定相關(guān)措施。

2.2 硬度、堿度

(1)硬度主要表征灰水中Ca2+、Mg2+等成垢離子濃度，主要來源于煤中灰分及外部補水。因系統(tǒng)水循環(huán)利用，離子濃度不斷提高，達到飽和后，系統(tǒng)波動時易形成結(jié)晶，造成設備管道結(jié)垢。

2.3 濁度

濁度，指灰水中煤灰渣等固體顆粒含量，當其含量過高時易在管道設備沉降造成結(jié)垢。影響灰水濁度因素包括沉降槽停留時間、絮凝劑效率、系統(tǒng)負荷、含氨廢水加入、煤漿添加劑等。外來廢水中氨含量增加會導致水系統(tǒng)濁度、懸浮物濃度升高，需嚴格控制外來廢水氨含量。煤漿添加劑中氯及硅元素含量也會影響絮凝劑及分散劑效率，造成系統(tǒng)濁度升高。另外，需嚴格控制絮凝劑質(zhì)量，據(jù)系統(tǒng)煤種變化，選擇合適的絮凝劑[7]。

2.4 氨氮

2.4.1 影響因素

氣化單元水中氨氮來源于煤的氣化反應，煤快速熱解所產(chǎn)生的揮發(fā)分中含氮芳烴環(huán)的裂解。煤漿中水分有利于NH3、HCN 的生成，過量水分會降低氮污染物生成量。一部分NH3、HCN存在于合成氣中，一部分存在于合成氣洗滌水中。合成氣中氨氮經(jīng)變換單元進入冷凝液中返回氣化單元作為洗滌塔進料[8]。

氣化系統(tǒng)灰水中NH3可中和HCl，HCOOH和HCN等酸性物質(zhì)，抑制其對管道及設備的腐蝕。但氨氮含量超標會使灰水堿性提高，當與鈣鎂離子濃度較高的灰水混合時易結(jié)垢，造成管道堵塞。另一方面，灰水氨含量過高，會影響污水處理系統(tǒng)生物體、菌類生存環(huán)境，從而影響污水處理效果。

2.4.2 控制方法

提高汽提塔操作溫度，閃蒸出液體中的氨氣。降低氣提塔壓力，提高氣提效果。將汽提塔氣分離器凝液稀釋后送污水處理，從而減少返回到系統(tǒng)中的氨氮量[9]。

2.5 氯

2.5.1 影響因素

胡敏等研究了煤中氯元素的遷移規(guī)律，煤中氯元素的存在狀態(tài)影響其在氣化系統(tǒng)的分布。一類氯元素以離子形態(tài)存在于煤孔道溶液中或取代有機質(zhì)中羥基基團，這類氯元素較容易釋放出去，一般存在于合成氣及水系統(tǒng)中；另一類氯元素存在于煤灰礦物中不易釋放出去，一般殘存在灰渣中。在采用神府煤的氣流床水煤獎氣化裝置中，廢水(包括廢水以及粗渣、細渣所攜帶的水)中有88.09%，粗渣中占有4.38%，細渣中占有1.59%。

2.5.2 控制方法

氣化單元氯離子含量超過一定濃度會造成激冷室、激冷水管線、洗滌塔等設備的腐蝕，氣化單元一般規(guī)定氯離子質(zhì)量濃度低于500 mg/L。

可以通過選用防腐性能好的材料來防止Cl-的腐蝕，如400合金、825合金、600合金、625合金和C276合金、2205合金和2507合金等?？刂骗h(huán)境因素降低氯腐蝕的影響：降低環(huán)境溫度、降低系統(tǒng)內(nèi)氯的濃度、降低氧氣或氧化劑的濃度和提高pH，還可以控制溫度高于露點，避免發(fā)生露點腐蝕[10-12]。

2.6 COD

COD主要來源于氣化反應過程中生成的烴類物質(zhì)、機泵的潤滑油及外界進入的油類物質(zhì)?；宜腃OD含量則隨氣化爐氣化溫度降低和煤燃燒形成的烴類物質(zhì)增多而增大，系統(tǒng)外部進入渣水系統(tǒng)的油類物質(zhì)則可以通過人工干預予以避免。

控制氣化爐爐溫，減少煤的低溫烴化反應，是降低系統(tǒng)COD的有效手段[7]。

3 結(jié) 論

(1)氣化灰水系統(tǒng)pH受較多因素的影響，包括閃蒸系統(tǒng)真空度、分散劑添加量、原料煤的硫含量、灰水排污量等，需系統(tǒng)分析各種原因并合理控制。甲酸是造成氣化爐灰水pH偏低的重要原因。氣化爐的操作壓力是影響灰水pH的關(guān)鍵因素。

(2)灰水中氯元素含量與煤中氯元素含量及氯的存在狀態(tài)相關(guān)。氯化物會對渣水處理工序的管道造成腐蝕現(xiàn)象?？刂坡雀g一種方法為使用較好的材料；另一種為控制環(huán)境因素，降低系統(tǒng)溫度、降低氯濃度、降低氧氣濃度等。結(jié)合氣化系統(tǒng)運行情況，控制氯含量較易實現(xiàn)的方法為控制氣化用煤氯含量，控制氣化外排廢水量。在允許情況下可設置灰水處理回用系統(tǒng)，節(jié)約系統(tǒng)耗水量，同時降低氯含量超標狀況。

(3)氮污染物 NH3主要來自煤快速熱解時的揮發(fā)分。NH3經(jīng)洗滌、凈化后聚集在洗滌冷凝水中，作為粗合成氣的洗滌冷卻水返回系統(tǒng)。變換凝液中的氨氮含量與氣化爐的操作壓力有關(guān)，操作壓力越高，變換凝液中的氨氮含量越高。氨氮超標會導致灰水呈現(xiàn)較強的堿性、提高管道結(jié)垢風險、破壞下游污水處理系統(tǒng)中的生物菌生存環(huán)境，影響污水處理效果。