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        煤制油凝結(jié)水處理系統(tǒng)優(yōu)化改造

        2022-02-06 03:49:44張飛躍史俊杰
        煤化工 2022年6期
        關(guān)鍵詞:混床除鐵汽包

        張飛躍,史俊杰

        (國家能源集團(tuán)寧夏煤業(yè)有限責(zé)任公司,寧夏 銀川 750411)

        引 言

        國家能源集團(tuán)寧夏煤業(yè)有限責(zé)任公司煤制油項(xiàng)目是國內(nèi)最大的煤炭間接液化項(xiàng)目,項(xiàng)目年產(chǎn)油品405 萬t,年轉(zhuǎn)化煤炭2 466 萬t。凝結(jié)水處理系統(tǒng)是煤炭間接液化項(xiàng)目公用工程裝置,凝結(jié)水處理包括透平凝結(jié)水預(yù)處理、潔凈凝結(jié)水預(yù)處理及潛在污染凝結(jié)水預(yù)處理。其中,透平凝結(jié)水設(shè)計(jì)處理能力為900 t/h,潔凈凝結(jié)水設(shè)計(jì)處理能力為750 t/h,潛在污染凝結(jié)水設(shè)計(jì)處理能力為550 t/h,總設(shè)計(jì)處理能力為2 200 t/h。本文介紹了凝結(jié)水處理系統(tǒng)運(yùn)行過程中存在的問題,并有針對(duì)性地給出了解決措施,使凝結(jié)水得到有效回收,現(xiàn)介紹如下。

        1 凝結(jié)水處理系統(tǒng)工藝流程

        凝結(jié)水處理系統(tǒng)工藝流程示意圖見圖1。潛在污染凝結(jié)水通過凝結(jié)水換熱器降溫到100 ℃以下,然后進(jìn)入凝結(jié)水罐,經(jīng)聚結(jié)除油過濾器、活性炭過濾器過濾后,出水含油質(zhì)量濃度≤0.5 mg/L,之后進(jìn)入中間水罐。潔凈凝結(jié)水經(jīng)凝結(jié)水換熱器降溫到100 ℃以下,然后進(jìn)入凝結(jié)水罐,經(jīng)活性炭過濾器過濾后進(jìn)入中間水罐。透平凝結(jié)水通過精密過濾器除鐵后進(jìn)入中間水罐。以上三股凝結(jié)水匯合后進(jìn)入粉末樹脂過濾器,經(jīng)進(jìn)一步過濾和除鹽后送入精處理凝結(jié)水罐。三個(gè)工藝裝置輸出水水質(zhì)指標(biāo)、凝結(jié)水處理系統(tǒng)出水水質(zhì)指標(biāo)分別見表1、表2。

        表1 各工藝裝置輸出水水質(zhì)指標(biāo)(設(shè)計(jì)值)

        表2 凝結(jié)水處理系統(tǒng)出水水質(zhì)指標(biāo)(設(shè)計(jì)值)

        圖1 凝結(jié)水處理系統(tǒng)工藝流程示意圖

        2 凝結(jié)水處理系統(tǒng)存在的問題

        2.1 凝結(jié)水溫度較高,一級(jí)換熱難以有效控制

        原設(shè)計(jì)潛在污染凝結(jié)水和潔凈凝結(jié)水分別采用1 臺(tái)板式換熱器(無備用換熱器)與脫鹽水進(jìn)行換熱冷卻,使凝結(jié)水溫度降至90 ℃左右(最高96 ℃),但凝結(jié)水溫度較高,極易造成換熱器泄漏,導(dǎo)致凝結(jié)水無法進(jìn)入后續(xù)過濾系統(tǒng)。同時(shí),高溫凝結(jié)水進(jìn)入凝結(jié)水罐中會(huì)導(dǎo)致罐內(nèi)壁聚脲防腐涂料層脫落。

        2.2 聚結(jié)除油過濾器濾芯更換頻繁

        原始開車過程中,上游潛在污染凝結(jié)水會(huì)攜帶油、蠟等物質(zhì),因此設(shè)置兩級(jí)聚結(jié)除油過濾器除去潛在污染凝結(jié)水中的油和烴類,保證出水中油質(zhì)量濃度≤1 mg/L?;钚蕴窟^濾器為除油保安過濾器,通過活性炭吸附進(jìn)一步去除水中的微量油,以保證鍋爐給水中油質(zhì)量濃度≤0.5 mg/L。但在實(shí)際運(yùn)行中,會(huì)有大量油從潛在污染凝結(jié)水系統(tǒng)進(jìn)入凝結(jié)水系統(tǒng),造成凝結(jié)水回收系統(tǒng)癱瘓,導(dǎo)致聚結(jié)除油過濾器頻繁更換濾芯。

        2.3 凝結(jié)水系統(tǒng)出水SiO2 含量嚴(yán)重超標(biāo)

        2.3.1 上游來水水質(zhì)指標(biāo)超標(biāo)

        上游費(fèi)托合成汽包副產(chǎn)蒸汽換熱后的凝液進(jìn)入凝結(jié)水處理系統(tǒng),由于費(fèi)托汽包換熱列管為不銹鋼材質(zhì)(SS321),為防止藥劑中的Cl-造成汽包換熱列管應(yīng)力腐蝕,汽包不進(jìn)行加藥,只通過加大排污降低汽包中SiO2質(zhì)量濃度,當(dāng)汽包排污管控不到位時(shí),極易造成SiO2在汽包中富集,導(dǎo)致汽包副產(chǎn)蒸汽中SiO2含量超標(biāo),最終導(dǎo)致去凝結(jié)水處理系統(tǒng)凝液中SiO2質(zhì)量濃度最高達(dá)到1 000 μg/L。

        2.3.2 粉末樹脂過濾器離子交換能力有限

        粉末樹脂過濾器離子交換能力有限,只適用于水質(zhì)較好、來水穩(wěn)定的凝結(jié)水。由于凝結(jié)水處理系統(tǒng)來水SiO2質(zhì)量濃度超設(shè)計(jì)值(設(shè)計(jì)SiO2質(zhì)量濃度≤100 μg/L),并受鋪膜量的限制,其交換容量較小,超出粉末樹脂過濾器處理能力,造成凝結(jié)水出水超標(biāo)。

        2.3.3 活性炭過濾器存在嚴(yán)重析硅問題

        原始開車時(shí),分別對(duì)10 臺(tái)活性炭過濾器進(jìn)行了間斷沖洗,其中2 臺(tái)活性炭過濾器加堿液浸泡24 h。通過對(duì)各過濾器出口水樣的分析,發(fā)現(xiàn)沖洗效果不理想,可溶硅含量無下降趨勢(shì),出口水中SiO2平均質(zhì)量濃度在1 000 μg/L。對(duì)其中1 臺(tái)活性炭過濾器沖洗15 d 后,出口水中SiO2質(zhì)量濃度仍在800 μg/L 左右,無明顯下降趨勢(shì),同時(shí)發(fā)現(xiàn)活性炭過濾器在工作溫度60 ℃~70 ℃時(shí)存在析硅現(xiàn)象。

        2.4 除鐵過濾器壓差高,頻繁更換濾芯

        凝結(jié)水除鐵過濾器投用50 d 后,濾芯前后壓差持續(xù)增大(達(dá)200 kPa),濾芯污堵,已達(dá)到使用壽命,較預(yù)期壽命相差較大。

        對(duì)除鐵過濾器濾芯進(jìn)行拆解,觀察潔凈凝結(jié)水、非潔凈凝結(jié)水過濾器濾布層和進(jìn)水側(cè)無紡布層,發(fā)現(xiàn)濾布污染嚴(yán)重,其中潔凈水過濾器濾布各層呈紅棕色,附著的懸浮物主要為鐵氧化物,非潔凈凝結(jié)水過濾器濾芯進(jìn)水側(cè)的網(wǎng)狀支撐層和無紡布層的表面附著一層油泥,外部濾布層呈現(xiàn)紅棕色,并附著了鐵氧化物,內(nèi)部濾布層呈深黑色,附著的懸浮物可能為來水或者凝結(jié)水車間泄漏的固體或膠體物質(zhì)。由此可以確定上游新投用裝置系統(tǒng)較臟,造成凝結(jié)水系統(tǒng)除鐵濾芯失效。

        2.5 外送鍋爐給水pH 值偏低

        外送鍋爐給水pH 值偏低(7~8),未達(dá)到中壓鍋爐給水水質(zhì)要求,將新增混床切除后,pH 達(dá)到設(shè)計(jì)要求,分析主要原因?yàn)樾略龌齑蚕到y(tǒng)再生過程中需添加鹽酸藥劑,從而造成pH 下降。但鍋爐給水pH 偏小容易造成汽包水汽系統(tǒng)被腐蝕,這也是凝結(jié)水中Fe3+超標(biāo)的原因之一。

        3 凝結(jié)水處理系統(tǒng)優(yōu)化改造措施

        通過分析凝結(jié)水處理系統(tǒng)存在的問題,確定了優(yōu)化改造措施,即潔凈凝結(jié)水和潛在污染凝結(jié)水采用“復(fù)合膜(除鐵除油)+活性炭+混床”工藝流程,透平凝結(jié)水采用“除鐵過濾器+混床”工藝流程。優(yōu)化改造后的凝結(jié)水處理系統(tǒng)工藝流程示意圖見圖2。

        圖2 優(yōu)化改造后的凝結(jié)水處理系統(tǒng)工藝流程示意圖

        3.1 增加換熱設(shè)備

        由于工藝凝結(jié)水溫度較高,潔凈凝結(jié)水和潛在污染凝結(jié)水需增加三級(jí)換熱器,依次為混床出水換熱器、除鹽水換熱器、循環(huán)水換熱器,換熱器優(yōu)先選用全焊接板式換熱器,透平凝結(jié)水增加一級(jí)管殼式透平凝液換熱器,使進(jìn)入混床系統(tǒng)的凝結(jié)水溫度≤50 ℃。

        3.2 工藝凝結(jié)水增設(shè)除油除鐵過濾器

        改造后的除油系統(tǒng)實(shí)施兩級(jí)過濾:在潔凈凝結(jié)水和潛在污染凝結(jié)水分別新增一級(jí)除鐵過濾器、一級(jí)除油過濾器,經(jīng)除鐵除油后,要求出口水中鐵質(zhì)量濃度≤20 μg/L、油質(zhì)量濃度≤1 mg/L;二級(jí)過濾利用原有14 臺(tái)活性炭過濾器,經(jīng)活性炭過濾器過濾后,要求出口水中油質(zhì)量濃度≤0.3 mg/L、TOCi質(zhì)量濃度≤0.5 mg/L、SiO2質(zhì)量濃度≤5 μg/L。若在極端工況下進(jìn)水中含油質(zhì)量濃度達(dá)到30 mg/L,除油除鐵過濾器可以正常運(yùn)行24 h。通過對(duì)上游工藝設(shè)備的改造和水質(zhì)的管控,可減少凝結(jié)水帶油,目前除油除鐵系統(tǒng)基本運(yùn)行正常。

        3.3 增加10 臺(tái)混床,滿足凝結(jié)水去離子要求

        根據(jù)凝結(jié)水水量增加10 臺(tái)混床,8 開2 備,單臺(tái)混床處理能力280 t/h,混床樹脂采用耐高溫樹脂,增加混床后,混床出口凝結(jié)水中SiO2質(zhì)量濃度≤20 μg/L,達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

        3.4 除氧器產(chǎn)水管線增加pH 調(diào)節(jié)裝置

        在除氧器出口管線上增加1 套加氨裝置用于調(diào)節(jié)鍋爐給水pH,加氨系統(tǒng)所用化學(xué)藥劑為質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%氨水,3 臺(tái)除氧器共設(shè)置1 套加氨裝置。加氨裝置投用后,鍋爐給水水質(zhì)能夠滿足GB/T 12145—2016《火力發(fā)電機(jī)組及蒸汽動(dòng)力設(shè)備水汽質(zhì)量》要求。凝結(jié)水回收系統(tǒng)改造后,出水水質(zhì)(見表3)基本滿足要求。

        表3 優(yōu)化改造后凝結(jié)水處理系統(tǒng)出水水質(zhì)(實(shí)測值)

        4 改造效果

        通過對(duì)國家能源集團(tuán)寧夏煤業(yè)有限責(zé)任公司煤制油凝結(jié)水處理系統(tǒng)的優(yōu)化改造,從根本上解決了凝結(jié)水溫度高、SiO2含量高、pH 偏低等水質(zhì)指標(biāo)超標(biāo)的問題,除油除鐵濾芯更換頻次明顯降低,滿足設(shè)計(jì)使用壽命6 個(gè)月要求,保證了凝結(jié)水處理系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。改造實(shí)施后,可節(jié)約換熱脫鹽水量200 t/h,每年節(jié)約成本1 000 萬元,為煤制油裝置安全穩(wěn)定長周期運(yùn)行提供保障。

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