王志敏,吳鰲三,侯茂林,賈 博

(浙江石油化工有限公司, 浙江岱山 316000)

浙江石油化工有限公司(簡(jiǎn)稱浙江石化)氣化裝置采用華東理工大學(xué)多噴嘴對(duì)置式氣化爐,6臺(tái)氣化爐4開(kāi)2備,氣化爐操作壓力為6.5 MPa,氣化溫度為1 150～1 250 ℃,單爐設(shè)計(jì)投煤量為3 000 t/d,單爐有效氣產(chǎn)量為20萬(wàn) m3/h。

浙江石化氣化裝置一次性開(kāi)車成功,開(kāi)車以來(lái)運(yùn)行情況整體良好,但外排灰水水質(zhì)差、氨氮濃度及溫度經(jīng)常超標(biāo),雖然未造成裝置減產(chǎn)或停車,但是對(duì)下游水處理裝置運(yùn)行影響較大。為了避免對(duì)污水處理單元造成較大沖擊,改善外排灰水水質(zhì)及調(diào)整各項(xiàng)指標(biāo)迫在眉睫。

1 氣化工藝流程及灰水水質(zhì)情況

該多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化裝置工藝流程見(jiàn)圖1,氣化裝置主要由制漿系統(tǒng)、氣化系統(tǒng)、洗滌系統(tǒng)及黑水處理系統(tǒng)組成,其中黑水處理系統(tǒng)采用三級(jí)閃蒸(高壓閃蒸、低壓閃蒸、真空閃蒸)工藝。氣化灰水水質(zhì)分析數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 灰水水質(zhì)分析數(shù)據(jù)

圖1 氣化工藝流程

由表1可以看出:灰水pH較低,氨氮濃度及溫度偏高,水量超設(shè)計(jì)值;尤其在夏季高溫季節(jié),灰水外排溫度達(dá)到55 ℃,嚴(yán)重威脅高氨氮污水處理單元的正常運(yùn)行。

2 存在的問(wèn)題及原因分析

2.1 外排廢水氨氮濃度高

原料煤中含0.8%(質(zhì)量分?jǐn)?shù),下同)左右的氮元素,氣化爐運(yùn)行過(guò)程中導(dǎo)壓管通入60 m3/h氮?dú)狻５卦跉饣癄t內(nèi)發(fā)生如下反應(yīng):

(1)

(2)

(3)

圖2 氣化爐系統(tǒng)內(nèi)氮元素流轉(zhuǎn)圖

氣化裝置的氨氮有3種排放方式:(1) 隨氣化廢水外排至污水處理單元;(2) 經(jīng)凈化汽提塔汽提后隨氣體排至硫回收單元;(3) 氣化渣水閃蒸出部分氣體后隨閃蒸汽排至硫回收單元[4-5]。

分析廢水中氨氮濃度高的原因?yàn)?(1) 外部氮元素進(jìn)入系統(tǒng)內(nèi);(2) 現(xiàn)有凈化汽提、汽化閃蒸后排氨手段不足以處理在氣化爐內(nèi)生成的氨氮,氣化裝置被迫將氨氮從廢水中排放,導(dǎo)致廢水中氨氮濃度超標(biāo);(3) 閃蒸凝液未進(jìn)入汽提系統(tǒng),直接排至系統(tǒng)中增加了系統(tǒng)水中的氨氮含量。

2.2 外排廢水超溫

造成外排廢水超溫的原因?yàn)?

(1) 氣化裝置所用原料煤更換頻繁,煤中的灰分變化幅度大,灰水中懸浮物濃度、濁度、硬度波動(dòng)大,尤其鈣鎂離子濃度及懸浮物濃度高,造成換熱器管束結(jié)垢嚴(yán)重,換熱器換熱效果差。

(2) 循環(huán)冷卻水溫度高,供回水溫差小。循環(huán)冷卻水設(shè)計(jì)進(jìn)水溫度為33 ℃,回水溫度為43 ℃,實(shí)際運(yùn)行中供水溫度為34.5～37.5 ℃,冷卻水溫差較低造成灰水換熱后超溫。

(3) 新增干化機(jī)后,澄清槽底流液溫度由55 ℃加熱到85 ℃,濾液短時(shí)間內(nèi)返回澄清槽后溢流至灰水槽,增加額外的熱量,造成灰水槽水溫度上升。

(4) 廢水換熱器泄漏后堵漏較多,換熱面積下降(見(jiàn)圖3)。頻繁清洗過(guò)程中管束與空氣接觸時(shí)間較長(zhǎng),碳鋼材質(zhì)易氧化,加之高壓清洗水的沖刷,管束易發(fā)生泄漏。碳鋼的耐腐蝕性差,氣化爐摻燒石油焦后原料中硫含量增長(zhǎng)明顯(平均硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.34%),灰水pH明顯降低,最低為5.0?；宜畬?duì)管束的腐蝕造成管束泄漏增多,隨著冷卻器清洗、堵漏次數(shù)增多,冷卻器有效換熱面積大幅減少。

圖3 廢水換熱器堵漏情況

2.3 外排廢水超量

在裝置運(yùn)行過(guò)程中,為解決系統(tǒng)水質(zhì)氨氮濃度高、硬度大等問(wèn)題,被迫提高系統(tǒng)生產(chǎn)水補(bǔ)水量和外排水量,以進(jìn)行水質(zhì)的置換,但最終的結(jié)果是陷入外排水溫度高、水量大的死循環(huán)。系統(tǒng)水平衡圖見(jiàn)圖4。

圖4 系統(tǒng)水平衡圖

3 解決措施

為解決上述水系統(tǒng)問(wèn)題,經(jīng)過(guò)對(duì)標(biāo)學(xué)習(xí)及水平衡測(cè)算,進(jìn)行了技術(shù)改造及生產(chǎn)操作調(diào)整:

(1) 配制濾液至磨煤水槽的管線,80～120 t/h干化機(jī)濾液用來(lái)制漿,減少生產(chǎn)水補(bǔ)水,同時(shí)減緩由于高溫濾液直接進(jìn)入灰水槽導(dǎo)致的灰水溫度升高。

(2) 現(xiàn)場(chǎng)減少使用生產(chǎn)水,在沖洗地面、地溝等方面使用低壓灰水替代生產(chǎn)水,可節(jié)約生產(chǎn)水約20 t/h。

(3) 更換廢水換熱器內(nèi)芯。將4臺(tái)廢水冷卻器內(nèi)芯材質(zhì)升級(jí)為不銹鋼,并定期清理廢水冷卻器。正常運(yùn)行時(shí),每個(gè)框架投用1臺(tái)廢水冷卻器,并定期清洗、切換。

(4) 增加外排灰水跨線。一、二框架廢水外排線進(jìn)行連通,在某一廢水冷卻器出現(xiàn)問(wèn)題時(shí),可通過(guò)連通線對(duì)廢水進(jìn)行降溫后外排。

(5) 穩(wěn)定煤質(zhì),嚴(yán)控煤中氮元素含量,導(dǎo)壓管氮?dú)饬繙p至最低,以最大程度降低進(jìn)入系統(tǒng)的氮元素。

(6) 將閃蒸凝液送至汽提處理后,低氨氮水返回灰水系統(tǒng)。

通過(guò)以上措施,目前浙江石化4臺(tái)氣化爐穩(wěn)定運(yùn)行,廢水冷卻器每個(gè)框架各投用1臺(tái),外排廢水總質(zhì)量流量為390～465 t/h,廢水溫度為40～44 ℃,平均氨氮質(zhì)量濃度為400 mg/L左右,基本滿足正常生產(chǎn)需要。

4 結(jié)語(yǔ)

灰水是煤氣化裝置的“血液”,直接影響氣化裝置的運(yùn)行質(zhì)量,同時(shí)影響下游水處理裝置的運(yùn)行。原料煤煤質(zhì)、換熱器性能、進(jìn)入系統(tǒng)的各元素含量均會(huì)對(duì)灰水的水質(zhì)、溫度及排放量造成影響,因此需要在實(shí)際生產(chǎn)中不斷積累經(jīng)驗(yàn)、摸索研究、數(shù)據(jù)分析及共享,達(dá)到裝置安全穩(wěn)定長(zhǎng)周期運(yùn)行的目標(biāo)。