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        無磷灰水分散劑在煤氣化灰水裝置上的應(yīng)用研究

        2022-11-09 08:34:46孫金忠曾祥軍
        煤化工 2022年5期
        關(guān)鍵詞:系統(tǒng)

        孫金忠,曾祥軍

        (常州中南化工有限公司,江蘇 常州 213111)

        1 概 述

        某公司碳一氣化裝置采用6.5 MPa德士古高壓水煤漿氣化爐,3開1備,年消耗原煤190萬t,灰水循環(huán)量780 m3/h,氣化灰水處理工藝包括黑水冷卻、熱量回收、溶解氣體脫除、渣水分離和灰水循環(huán)使用等流程[1]。氣化灰水具有高溫、高壓、高濁度、高硬度、高堿度等特點(diǎn),因此在其循環(huán)運(yùn)行過程中容易產(chǎn)生沉積、結(jié)垢、腐蝕等不利現(xiàn)象,影響煤氣化設(shè)備的正常穩(wěn)定運(yùn)行。隨著該公司生產(chǎn)運(yùn)行負(fù)荷逐步提高,氣化系統(tǒng)對氣化灰水系統(tǒng)運(yùn)行的品質(zhì)要求日益提高;加之當(dāng)前環(huán)保形勢日益嚴(yán)峻,廢水外排標(biāo)準(zhǔn)愈加嚴(yán)苛,為減輕水處理工序除磷負(fù)擔(dān),保證污水處理水質(zhì)達(dá)標(biāo),氣化裝置要求使用無磷配方藥劑。經(jīng)考察對比,該公司決定選用常州中南化工有限公司無磷灰水分散劑HS-09,并于2018年3月在碳一氣化裝置上進(jìn)行了現(xiàn)場應(yīng)用,以下對其在現(xiàn)場9個月的應(yīng)用情況進(jìn)行總結(jié)。

        2 無磷灰水分散劑現(xiàn)場應(yīng)用情況

        2.1 分散劑應(yīng)用流程

        2018年3月,該公司在碳一氣化灰水系統(tǒng)上投用無磷灰水分散劑HS-09,投用期間,碳一氣化裝置運(yùn)行C、D 2臺氣化爐,氣化灰水量520 m3/h。

        按照無磷灰水分散劑現(xiàn)場處理方案,將HS-09用泵輸送到大槽內(nèi),通過分散劑計量泵按照投加質(zhì)量濃度100 mg/L將分散劑輸送到低壓灰水槽(原流程是添加到灰水澄清槽溢流圈內(nèi))和高壓灰水泵的入口(兩者質(zhì)量比3∶1)。分散劑在灰水中通過溶解、螯合、分散等作用,抑制Ca2+、Mg2+等結(jié)垢性離子與CO32-、SO42-等陰離子形成結(jié)垢,從而減緩灰水系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備、管道結(jié)垢趨勢[2],延長氣化裝置運(yùn)行周期。

        2.2 氣化裝置運(yùn)行情況

        氣化爐C爐自2018年3月10日開始投加HS-09。4月9日,氣化爐C爐因爐內(nèi)托渣板溫度高被迫停車,檢查發(fā)現(xiàn)爐內(nèi)掛渣積灰比較嚴(yán)重,導(dǎo)致錐底超溫;對工藝氣管道檢修時發(fā)現(xiàn)管道有2 cm左右厚的灰垢,進(jìn)行拆彎頭清洗,但因清洗槍長度和壓力不夠,清洗效果不理想,在管壁上還殘留了較多灰垢的情況下,于4月19日投料開車。運(yùn)行45 d后,因氣化爐渣口壓差(PDT0706)達(dá)到0.102 MPa被迫在6月4日停車,檢查發(fā)現(xiàn)工藝氣管道積灰垢厚度3 cm~4 cm,通過對灰垢取樣分析(結(jié)果見表1),判斷垢樣主要成分為硫酸鈣垢;對工藝氣管道進(jìn)行人工振打等物理機(jī)械方法處理干凈后,于6月13日投料運(yùn)行。運(yùn)行至10月12日,C爐按計劃停車檢修,全面檢查氣化灰水系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備,發(fā)現(xiàn)結(jié)垢情況并不嚴(yán)重,在少量灰垢清理后于10月26日投料運(yùn)行。運(yùn)行至12月10日,氣化爐內(nèi)液位波動大,判斷為導(dǎo)氣管內(nèi)結(jié)灰,進(jìn)行停車檢查,發(fā)現(xiàn)導(dǎo)氣管內(nèi)壁結(jié)灰嚴(yán)重(厚度達(dá)3 cm~4 cm),已影響了氣化爐內(nèi)流體的運(yùn)行狀況,再次取樣分析(結(jié)果見表1),垢樣主要成分為硫酸鈣垢。

        表1 垢樣成分分析

        氣化爐D爐自2018年3月10日開始投加HS-09,6月4日夜班出現(xiàn)激冷水泵故障,激冷水量下降,導(dǎo)致PDT0706壓差上漲,在6月5日被迫停車;停爐檢查發(fā)現(xiàn)導(dǎo)氣管內(nèi)和工藝氣管線結(jié)灰嚴(yán)重,通過切割工藝氣管線、人工敲擊振打等方法進(jìn)行清理,并于6月15日晚投料運(yùn)行。運(yùn)行至9月27日,氣化爐計劃停車檢修,在對外圍管線拆口檢查時發(fā)現(xiàn)氣化爐外排水管線、低壓和高壓灰水管線以及洗滌塔內(nèi)等氣化灰水系統(tǒng)設(shè)備都比較干凈,結(jié)垢較輕,垢厚度只有2 mm左右,但氣化爐爐內(nèi)積灰垢比較嚴(yán)重,灰垢厚度達(dá)到3 cm左右,從清理情況看,氣化爐爐內(nèi)清理比較容易,說明以積灰為主。

        HS-09應(yīng)用期間,從每個周期內(nèi)氣化爐C、D的檢修情況看,氣化爐爐內(nèi)、沉積槽以及導(dǎo)氣管積灰結(jié)垢比較嚴(yán)重,氣化爐灰水系統(tǒng)的外排水管線、黑水管線、低壓和高壓灰水管線以及洗滌塔內(nèi)設(shè)備比較干凈,垢厚度1 mm~2 mm,經(jīng)過簡單清洗便可見金屬光澤。

        2.3 氣化灰水系統(tǒng)運(yùn)行情況

        對氣化爐D爐投用HS-09前后的灰水水質(zhì)進(jìn)行了分析,結(jié)果見表2、表3。

        表2 低壓灰水泵出口水質(zhì)分析數(shù)據(jù)(平均值)

        表3 高壓灰水泵出口水質(zhì)分析數(shù)據(jù)(平均值)

        從表2、表3可以看出,無論是低壓灰水泵出口的低壓灰水,還是高壓灰水泵出口的高壓灰水,2018年6月—8月氣化灰水中Cl-、溶解性總固體、總硬度均有所上升。

        HS-09于2018年3月開始投加,從表2、表3看,6月—8月灰水溶解性總固體含量達(dá)到歷史最高值,結(jié)合當(dāng)時氣化爐系統(tǒng)結(jié)垢情況,分析灰水溶解性總固體含量高是導(dǎo)致氣化裝置部分設(shè)備、管道結(jié)垢最直接的原因。表1對氣化爐爐內(nèi)垢樣的分析確認(rèn)了其主要成分為硫酸鈣垢,因此對HS-09藥劑成分進(jìn)行了針對性調(diào)整。從氣化爐在運(yùn)行周期內(nèi)的檢修情況看,HS-09成分調(diào)整后阻硫酸鈣垢的效果很明顯。

        灰水的置換量(即氣化系統(tǒng)向生化系統(tǒng)外送的廢水排放量)是影響灰水溶解性總固體含量至關(guān)重要的因素。在負(fù)荷一定、入爐煤質(zhì)不變的情況下,即單位時間內(nèi)溶解在系統(tǒng)內(nèi)可溶鹽量不變時,灰水溶解性總固體含量將隨外排廢水量的增加而減少。2017年、2018年灰水系統(tǒng)外排廢水情況見圖1。由圖1可知,2018年系統(tǒng)的外送廢水量減少20%左右,隨著氣化爐外排水量的逐步減少,氣化灰水系統(tǒng)中的溶解性總固體和硬度含量是逐步增加的,說明氣化灰水系統(tǒng)外排量對灰水水質(zhì)影響非常大。

        圖1 灰水系統(tǒng)外排廢水情況

        此外,對比了氣化爐C、D爐在2017年—2018年的原煤日消耗量(2017年、2018年同期D爐的原煤日消耗量見圖2),2018年氣化爐C、D爐整體運(yùn)行負(fù)荷比2017年提高。

        圖2 2017年—2018年D爐原煤日消耗量

        在氣化爐負(fù)荷增加、灰水系統(tǒng)外排量減少、灰水水質(zhì)惡化的情況下,氣化爐的外排水管線、低壓和高壓灰水管線結(jié)垢情況都有了明顯改善,說明HS-09起到了良好的阻垢分散效果作用。

        2.4 無磷灰水分散劑與高磷灰水分散劑阻垢對比實(shí)驗

        在Ca2+質(zhì)量濃度為250 mg/L,HCO3-質(zhì)量濃度為250 mg/L,懸浮物(SS)質(zhì)量濃度為80 mg/L,pH為8.8的配制水中,分別投加質(zhì)量濃度為60 mg/L的高磷、無磷(HS-09)灰水分散劑,升溫升壓到250℃、4.0 MPa,靜置2 h后取水樣分析水中剩余鈣含量,計算其藥劑阻垢率。高磷灰水分散劑與無磷灰水分散劑阻垢率對比見表4。

        由表4可以看出,在相同的實(shí)驗條件下,無磷灰水分散劑的阻垢率高于高磷灰水分散劑。

        表4 高磷灰水分散劑與無磷灰水分散劑阻垢率對比

        2.5 氣化灰水系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備結(jié)垢情況對比

        在氣化爐運(yùn)行周期基本相同的情況下,對2017年使用高磷灰水分散劑與2018年使用無磷灰水分散劑HS-09期間氣化灰水系統(tǒng)相關(guān)檢修設(shè)備結(jié)垢情況進(jìn)行了對比,結(jié)果見圖3。由圖3可以看出,2018年氣化灰水系統(tǒng)中的低壓灰水管線、高壓灰水管線以及外排水管線的結(jié)垢情況較2017年明顯改善,說明2018年使用的無磷灰水分散劑HS-09效果要好于高磷灰水分散劑。

        圖3 使用高磷、無磷分散劑氣化灰水系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備結(jié)垢情況對比

        3 結(jié)論與建議

        3.1 無磷灰水分散劑HS-09在某公司碳一氣化灰水處理系統(tǒng)中的應(yīng)用期自2018年3月至12月,歷時9個月,期間由于多種因素的影響,對其使用效果造成了很大影響,但從這段時間HS-09在氣化灰水裝置上的使用情況看,在氣化系統(tǒng)較高負(fù)荷、高pH、高硬度、高溶解性總固體的灰水水質(zhì)條件下,HS-09可以滿足氣化灰水裝置在一定周期內(nèi)的正常運(yùn)行要求。

        3.2 在氣化系統(tǒng)高負(fù)荷運(yùn)行、且灰水外排量下降20%左右的情況下,HS-09能夠滿足現(xiàn)場氣化爐在一定周期內(nèi)的穩(wěn)定運(yùn)行,這不僅節(jié)約水資源,保護(hù)了環(huán)境,還有效緩解了后期污水處理的壓力。

        3.3 無磷灰水分散劑HS-09應(yīng)用期間,氣化爐外排水管線、低壓和高壓灰水管線結(jié)垢情況較使用高磷藥劑時改善。

        綜上所述,無磷灰水分散劑HS-09在該公司氣化裝置上的應(yīng)用是成功的,其節(jié)水效果明顯,阻垢分散效果良好,未來可進(jìn)一步優(yōu)化提高其在氣化灰水水質(zhì)高硬度、高溶解性總固體運(yùn)行條件下的藥劑性能。

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