張林峰

(安徽晉煤中能化工股份有限公司, 安徽臨泉 236400)

航天爐氣化技術又稱HT-L粉煤加壓氣化技術，由中國航天科技集團公司下屬北京航天石化技術裝備工程公司獨自研發(fā)，擁有自主知識產權，打破了國外對該技術的壟斷。安徽晉煤中能化工股份有限公司(簡稱中能化工)航天爐裝置從2017年7月開工建設，2019年1月進入設備安裝階段，2019年11月進行單體試車，2020年3月進行系統(tǒng)聯(lián)動試車,2020年5月31日氣化爐一次投料開車成功。

中能公司采用航天爐裝置，設計生產能力為252萬m3/d，單爐日處理原煤1 500 t，氣化爐運行壓力為4.0 MPa。該爐型的燃燒室高度為3.2 m，激冷室高度為3.8 m。在氣化爐的長期運行中,由于氣化爐的自身特性，管道容易結垢，需要定期清理高壓閃蒸罐、激冷水過濾器。特別是由于黑水中固體懸浮物含量大，導致備用激冷水泵無法發(fā)揮備用作用，影響氣化裝置的長期穩(wěn)定運行。因此，需要采取措施以減少氣化裝置黑水中的固體懸浮物含量，保證航天爐裝置長周期穩(wěn)定運行。

1 航天爐渣水技術特點

1.1 灰水循環(huán)過程

沉降槽合格的灰水通過溢流堰分別溢流到灰水槽和外排水槽。外排水槽的灰水通過外排水泵送到污水處理工段，日常排水體積流量約為120 m3/h，用以維持系統(tǒng)的水平衡和改善灰水水質?；宜鄣幕宜ㄟ^低壓灰水泵輸送到低壓汽提塔，初步除去灰水中溶解的少量氧氣后，經過除氧水泵輸送到高壓汽提塔進一步提溫、提壓，然后通過洗滌塔給料泵將灰水輸送到碳洗塔，對合成氣進行洗滌、降溫、除塵，為凈化工段提供合格的合成氣。激冷水泵將灰水從碳洗塔輸送到氣化爐激冷室的激冷環(huán)，灰水通過激冷環(huán)的環(huán)流通道沿下降管形成一層水膜用以保護下降管，最終流入激冷室為氣化爐內反應生成的合成氣進行初步洗滌、降溫、除塵。

1.2 黑水循環(huán)過程

氣化爐激冷室的黑水和碳洗塔的黑水經過排水角閥節(jié)流到高壓閃蒸罐，壓力為0.5 MPa左右，經過初步閃蒸以回收熱量和降低水溫，解吸黑水中溶解的酸性氣體。高壓閃蒸罐的黑水經過排水角閥依次流到低壓閃蒸罐和真空閃蒸罐，經過三級閃蒸進入沉降槽，在沉降槽中加入絮凝劑，將沉降的淤漿通過底流泵送到壓濾機進行處理，完成固液分離。

2 渣水系統(tǒng)運行中存在的問題

總結中能化工一、二期航天爐裝置運行經驗，該渣水系統(tǒng)在長期運行中存在缺陷，制約因素主要有以下2個方面：

(1) 在氣化爐合成氣從激冷室出來直接進入碳洗塔進行洗滌除塵的動態(tài)過程中，合成氣帶灰量較大，長時間運行后碳洗塔內部容易積灰，不僅影響了碳洗塔的洗滌效果，無法滿足后工段要求，而且需要定期清理碳洗塔內部積灰。同時，由于碳洗塔水質較差，容易造成激冷環(huán)和激冷水過濾器堵塞，備用激冷水泵出口容易堵塞，不能起到備用作用，裝置運行存在重大安全隱患，進而影響氣化裝置的長周期穩(wěn)定運行。

(2) 高壓閃蒸罐在長時間運行后容易積灰，影響閃蒸效果，需要定期清理。二級閃蒸效果不理想，導致水溫高，影響絮凝劑和分散劑效果，進而影響了系統(tǒng)水質[1-2]。

3 優(yōu)化措施

在渣水系統(tǒng)增加1臺旋風分離器設備，氣化爐的合成氣通過旋風分離器對合成氣進行初步固氣分離。較潔凈的合成氣進入碳洗塔進行洗滌，改善了碳洗塔的水質，進而解決了激冷環(huán)和激冷水過濾器堵塞問題，也解決三期激冷水泵因為出口閥堵塞而不能備用的問題。

增加1臺低壓閃蒸罐，通過三級閃蒸系統(tǒng)，提高了閃蒸效果，降低了渣水系統(tǒng)溫度，改善了分散劑和絮凝劑的沉降效果。同時，增加了高、低壓閃蒸罐錐部排污閥門，通過定期排污大大改善了高、低壓閃蒸罐內部積灰。

絮凝劑型號選擇與用量優(yōu)化。在絮凝劑型號的選擇上，主要考慮以下因素：

(1) 絮凝劑原理。聚丙烯酰胺的絮凝作用原理包括電中和、吸附架橋、沉淀物網捕。中能化工根據(jù)自身水質情況選用XN412QL陰離子絮凝劑[3]。

(2) 絮凝劑用量。當質量分數(shù)為1×10-6～3×10-6時,絮凝劑會全部吸附在固體粒子表面上，且絮塊的沉降速度達到最大值，絮凝劑用量過量或過小都會影響沉降效果。

(3) 攪拌。攪拌可使絮凝劑均勻地分散到懸浮液中，達到高效絮凝的效果。

(4) 水溫。低溫水的黏度較大，不利于絮凝劑分子的熱運動，水流剪力大，絮凝劑的成長受阻；高溫會破壞絮凝劑的結構，絮凝劑高分子化學鍵斷裂，影響絮凝效果。因此，一般水溫應控制在40～100 ℃。

(5) 水中硬度。硬度是水中鈣、鎂離子含量的總稱，鈣、鎂離子是形成硬垢的主要離子；因此硬度越大，渣水系統(tǒng)結垢傾向越嚴重，對阻垢分散劑的要求越高。

(6) 水中堿度。在渣水系統(tǒng)中，堿度是指水中能夠接受氫離子與強酸進行中和反應的物質含量。堿度高會影響水中鈣、鎂離子生成碳酸鈣、碳酸鎂。

(7) 水中懸浮物。水中懸浮物會吸附并消耗阻垢分散劑，懸浮物多會降低阻垢分散劑效果。

(8) 外排水。外排水量決定了灰水濃縮程度，很大程度上決定了灰水中各種離子濃度。若灰水被提濃程度高，各種成垢和有害離子濃度高，渣水系統(tǒng)對分散劑的阻垢性能和分散性能要求也隨之提高[4]。

4 優(yōu)化效果

優(yōu)化前后渣水系統(tǒng)數(shù)據(jù)對比見表1。

表1 灰水運行指標控制

5 結語

三級閃蒸系統(tǒng)提高了閃蒸效果，降低了渣水系統(tǒng)溫度，改善了絮凝劑的絮凝沉降效果，在外排水、煤種一定的情況下，能有效降低灰水中的堿度、硬度和懸浮物，進而發(fā)揮分散劑的作用，對碳酸鈣、碳酸鎂有良好的阻垢分散效果，保證了氣化爐長期穩(wěn)定運行。