沈巧星

(新鄉(xiāng)中新化工有限責(zé)任公司， 河南獲嘉 453800)

煤氣化工藝因用煤原因，會(huì)在煤氣化工藝水中引入大量的金屬離子。其中，鈣鎂離子在高溫、高壓下容易與碳酸根或硫酸根結(jié)合形成鈣鎂沉淀，堵塞管道設(shè)備，影響工藝設(shè)備的水量供應(yīng)，嚴(yán)重時(shí)工藝設(shè)備會(huì)因水質(zhì)較差或水量較少而損壞或停運(yùn)，影響煤氣化裝置的生產(chǎn)安全和生產(chǎn)效益。

鈣鎂離子的工業(yè)分析測(cè)定以硬度作為定量，減少水中硬度已成為不少煤化工企業(yè)努力的方向。新鄉(xiāng)中新化工有限責(zé)任公司通過(guò)與相關(guān)資質(zhì)的公司進(jìn)行研究合作，推廣應(yīng)用了1套去除水中硬度的裝置，即聚陽(yáng)離子交換樹(shù)脂灰水除硬裝置(簡(jiǎn)稱(chēng)灰水除硬裝置)。

1 工藝介紹

1.1 工藝流程

灰水除硬裝置與生產(chǎn)系統(tǒng)連接的工藝流程見(jiàn)圖1。

該灰水除硬裝置分為動(dòng)力輸送、灰水過(guò)濾和鈣鎂離子去除等工序。動(dòng)力輸送工序由離心泵加壓，通過(guò)管道與灰水過(guò)濾裝置進(jìn)行連接。灰水經(jīng)過(guò)灰水過(guò)濾裝置去除大顆粒的煤渣固體，然后通過(guò)灰水除硬裝置去除水中的鈣鎂離子。

去除鈣鎂離子后，灰水硬度能從1 500 mg/L降低至100 mg/L以下，滿足了煤氣化用水的硬度指標(biāo)。該部分灰水經(jīng)過(guò)2種途徑重新返回生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行使用，有效緩解了煤氣化裝置的結(jié)垢問(wèn)題。再生液經(jīng)過(guò)再生后返回到鈉離子回收裝置，通過(guò)納濾膜回收其中的鈉離子送往鹽水罐，經(jīng)納濾后的液體經(jīng)過(guò)反滲透膜后送往清水罐，剩余的含有高濃度氯化鈣和氯化鎂的濃溶液通過(guò)多種選擇進(jìn)行處理或者使用。

1.2 優(yōu)點(diǎn)

該灰水除硬裝置實(shí)現(xiàn)了裝置的連續(xù)運(yùn)行，在除硬和降低水質(zhì)濁度方面效果顯著，灰水硬度能從1 500 mg/L降低至100 mg/L以下，濁度能從50 NTU降低至5 NTU左右。在聚陽(yáng)離子交換樹(shù)脂解吸再生后，不能被完全吸收的鈉離子通過(guò)納濾膜后，被反滲透膜濃縮回收至鹽水罐重復(fù)使用，產(chǎn)生的去離子水送往清水罐重復(fù)使用；經(jīng)納濾膜截留的高濃度的氯化鈣、氯化鎂溶液輸送至鈣鎂離子儲(chǔ)罐，經(jīng)過(guò)其他方式送往污水處理、鍋爐摻燒，或者作為水產(chǎn)養(yǎng)殖的鈣鎂離子補(bǔ)充劑用于蟹類(lèi)和水草的生產(chǎn)繁殖，或者作為建筑砂漿的防凍劑和硬化劑使用，也可以通過(guò)蒸發(fā)的方式生產(chǎn)混合氯化鈣和氯化鎂干燥劑產(chǎn)品。膜回收工藝簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖2。

另外，該灰水除硬裝置附帶了自動(dòng)化的過(guò)濾操作，減少了人力。間斷的吸附器解吸再生操作，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)帶有操作柜旋鈕控制各氣動(dòng)閥門(mén)，1人即可輕松完成整套裝置的在線操作。隨著灰水除硬裝置的連續(xù)運(yùn)行，整個(gè)煤氣化系統(tǒng)的灰水硬度不斷降低，最后維持一定的工業(yè)鹽消耗就能實(shí)現(xiàn)工藝系統(tǒng)的良好運(yùn)轉(zhuǎn)。

1.3 設(shè)備構(gòu)成

該灰水除硬裝置由1臺(tái)灰水泵、6臺(tái)過(guò)濾器、4臺(tái)吸附器及其相關(guān)閥門(mén)組件和管道組成，其中過(guò)濾器內(nèi)填裝不同粒度的石英砂，粒度從上至下依次增大，灰水由上部進(jìn)入，下部流出，能夠起到良好的過(guò)濾作用。6臺(tái)過(guò)濾器都有獨(dú)自的反洗再生閥門(mén)組件，共用1套自動(dòng)控制系統(tǒng)，在正常運(yùn)行中，6臺(tái)過(guò)濾器投自動(dòng)控制。過(guò)濾器再生過(guò)程包括一次反洗、排水、氣擦、二次反洗、正洗等工序，每臺(tái)過(guò)濾器的運(yùn)行時(shí)間定為2 h，即2 h后其中1臺(tái)過(guò)濾器進(jìn)入反洗再生階段，一次再生時(shí)間約為20 min，經(jīng)過(guò)反洗再生后的過(guò)濾器重新投入使用。4臺(tái)吸附器內(nèi)裝填有市面上可以買(mǎi)到的聚陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，樹(shù)脂的直徑為1 mm，在吸附器的上部安裝有分布器，整個(gè)吸附器內(nèi)壁包覆有聚乙烯襯里，防止再生液的腐蝕。在吸附器的下部設(shè)置有隔板，隔板上面安裝有一定數(shù)量的水帽，防止吸附器中樹(shù)脂的流失。聚陽(yáng)離子交換樹(shù)脂吸附器的再生過(guò)程分為反洗、排水、氣擦、排水、清洗、上液解吸、清洗、上水投用等工序，一般解吸過(guò)程在1.5 h左右。4臺(tái)吸附器能夠獨(dú)立隔離切出系統(tǒng)單獨(dú)再生。根據(jù)系統(tǒng)進(jìn)水硬度的不同，吸附器的運(yùn)行時(shí)間隨之變化，每臺(tái)吸附器的除硬能力為700 kg碳酸鈣。過(guò)濾器和吸附器構(gòu)造見(jiàn)圖3。

該套系統(tǒng)可以根據(jù)處理量進(jìn)行裝置的改變。目前，該套系統(tǒng)的額定處理水體積流量為240 m3/h。對(duì)于解吸廢液，設(shè)置了回收裝置，通過(guò)納濾和反滲透回收有用的鈉離子。經(jīng)過(guò)多次濃縮的廢液排放至污水處理系統(tǒng)進(jìn)行處理。

2 成本核算

根據(jù)目前裝置運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)灰水硬度控制在100 mg/L以?xún)?nèi)時(shí)，每臺(tái)吸附器能處理的水量為1 000 m3。每臺(tái)吸附器解吸需要1.5 t工業(yè)鹽，工業(yè)鹽單價(jià)按550元/t計(jì)算，則用水成本為0.825元/m3。灰水泵功率為90 kW，按照100 m3/h供應(yīng)水體積流量計(jì)算，則用水成本為0.201元/m3。綜合用水成本為1.026元/m3。中水回用裝置的處理水售價(jià)為5.4元/m3，則節(jié)約用水成本4.374元/m3。該灰水除硬裝置投用效果顯著，具有很好的推廣意義。

3 注意事項(xiàng)

(1) 冬季防凍工作。對(duì)于過(guò)濾器來(lái)說(shuō)，需要將內(nèi)部的水排凈，打開(kāi)最低點(diǎn)管道盲端，用工廠風(fēng)通過(guò)排氣閥自上而下吹除其中的水分。對(duì)于吸附器來(lái)說(shuō)，由于吸附器內(nèi)聚陽(yáng)離子交換樹(shù)脂比較脆弱，容易碎裂，因此需要向內(nèi)注入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%的鹽水隔離防凍。對(duì)于納濾裝置來(lái)說(shuō)，冬季需要取暖保溫，溫度大于5 ℃為宜。對(duì)于長(zhǎng)時(shí)間不同的納濾裝置，需要用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的亞硫酸氫鈉溶液進(jìn)行浸泡殺菌處理。

(2) 灰水除硬裝置長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后需要觀察出水過(guò)濾器視鏡內(nèi)，以及吸附器反洗水中是否有樹(shù)脂出現(xiàn)。如果有則需要打開(kāi)吸附器，對(duì)吸附器上部的分布器進(jìn)行檢查，觀察是否有變形和撕裂現(xiàn)象。如果有則需要對(duì)分布器進(jìn)行修補(bǔ)或更換，如果沒(méi)有則考慮吸附器下部水帽是否有破損的情況[1]。

(3) 灰水除硬裝置長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行會(huì)出現(xiàn)吸附器或者過(guò)濾器進(jìn)出口壓差上漲和反洗水量降低的情況，主要原因?yàn)檫^(guò)濾器上部有煤泥未能徹底被反洗出來(lái)，吸附器下部水帽堵塞。以上2種情況均可采用手動(dòng)反洗的方式進(jìn)行處理，若反洗效果不佳，則可采取人工清理的方式進(jìn)行處理。吸附器下部解吸廢液出料管線經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行可能出現(xiàn)鈣鎂垢沉積附壁的現(xiàn)象，可以通過(guò)振打的方式使鈣鎂垢隨水流出，或者拆除后通過(guò)鹽酸進(jìn)行浸泡去除[2-3]。

(4) 灰水除硬裝置的出水位置不能太高，因?yàn)樵黾拥母叨葘⑥D(zhuǎn)化為水的勢(shì)能，增加灰水除硬裝置整體的壓力，在裝置反洗時(shí)壓力會(huì)急劇變化，導(dǎo)致過(guò)濾器或吸附器殼體出現(xiàn)應(yīng)力耐受問(wèn)題?；宜惭b置長(zhǎng)期運(yùn)行后過(guò)濾器和吸附器耐受力降低，出現(xiàn)殼體凹陷變形現(xiàn)象[4]。

4 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)不斷的摸索，該灰水除硬裝置運(yùn)行狀況不斷向好，各項(xiàng)指標(biāo)均能有效控制，尤其是在降低灰水濁度和硬度上效果顯著。該裝置經(jīng)過(guò)一系列的改進(jìn)，找到了煤氣化裝置減緩結(jié)垢的有效途徑，為其他煤氣化裝置的鈣鎂離子去除提供了參考。