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多噴嘴氣化裝置灰水處理工段運行問題探討

文檔作者：步建軍文檔來源：江蘇索普集團(tuán)公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年04月27日
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小氮肥 第 43 卷 第 5 期 2015 年 5 月多噴嘴氣化裝置灰水處理工段運行問題探討步建軍（江蘇索普集團(tuán)公司 江蘇鎮(zhèn)江 212006）多噴嘴對置式水煤漿氣化技術(shù)是由華東理工大學(xué)（潔凈煤技術(shù)研究所）和兗礦集團(tuán)共同開發(fā)，于 2006 年 1 月通過中國石油化工協(xié)會組織的專家鑒定，具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)，已實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。江蘇索普集團(tuán)有限公司（ 以下簡稱索普公司）日處理 1 500 t 煤的多噴嘴氣化爐裝置與 GE水煤漿氣化裝置相比，最大的區(qū)別之一在閃蒸 -灰水處理系統(tǒng)上。多噴嘴氣化裝置的第 1 級閃蒸系統(tǒng)的蒸發(fā)熱水塔采用直接換熱方案回收黑水余熱，其熱傳遞效率高，閃蒸汽大多數(shù)在上塔被冷卻回到系統(tǒng)；GE 水煤漿氣化裝置采用間接換熱方案回收黑水余熱，換熱器易結(jié)垢堵塞。索普公司多噴嘴氣化爐裝置自 2009 年 9 月，投料運行至今，灰水處理系統(tǒng)總體運行平穩(wěn)，但也暴露出一些問題，直接影響到氣化裝置的長周期運行。1 灰水處理系統(tǒng)工藝流程簡述灰水處理系統(tǒng)的作用是將氣化及煤氣初步凈化工序產(chǎn)生的黑水中所含的固體和溶解的氣體分離出來，并對黑水所含的熱量加以回收。來自氣化爐洗滌冷卻室、旋風(fēng)分離器及水洗塔底部的黑水分別減壓后送入蒸發(fā)熱水塔下部蒸發(fā)室。在蒸發(fā)熱水塔蒸發(fā)室中，一部分水蒸發(fā)為蒸汽，連同少量溶解氣體進(jìn)入蒸發(fā)熱水塔上部熱水室，與低壓灰水泵來的灰水直接接觸，加熱灰水，自身大部分冷凝。熱水室的熱水流入高溫?zé)崴?，?jīng)高溫?zé)崴眠M(jìn)入水洗塔中部。熱水室未冷凝的蒸汽經(jīng)換熱、冷凝、分離后，氣相送至火炬放空，冷凝液進(jìn)入灰水槽。蒸發(fā)熱水塔蒸發(fā)室底部被濃縮的黑水經(jīng)液位調(diào)節(jié)由底側(cè)部排出，進(jìn)入低壓閃蒸罐。黑水被再次減壓，產(chǎn)生的低壓蒸汽送往脫氧槽，黑水進(jìn)入真空閃蒸罐。來自渣池的含渣水用渣池泵經(jīng)流量調(diào)節(jié)后也送入真空閃蒸罐，在真空閃蒸罐內(nèi)進(jìn)行真空閃蒸，大量溶解的氣體被釋放出來，黑水進(jìn)一步濃縮，含固量增大，溫度進(jìn)一步降低。真空閃蒸氣經(jīng)換熱、冷凝、分離后從分離器頂部出來，送往水環(huán)式真空泵。真空閃蒸罐底部的黑水經(jīng)液位控制泵送至靜態(tài)混合器與絮凝劑混合后流入澄清槽。澄清槽上部設(shè)置 1 臺緩慢轉(zhuǎn)動的刮渣機(jī)，將沉降的固體推到澄清槽底部出口，澄清槽上部澄清水溢流至灰水槽。為了防止管道和設(shè)備結(jié)垢，在灰水槽中加入分散劑，再分別經(jīng)低壓灰水泵和鎖斗沖洗水/ 廢水泵送至蒸發(fā)熱水塔、鎖斗沖洗水罐、渣池和廢水處理站。澄清槽底部的細(xì)渣和水經(jīng)澄清槽底流泵送往壓濾機(jī)處理，濾餅送出界區(qū)外，濾液進(jìn)入研磨水槽。2 運行過程中出現(xiàn)的問題2. 1 閃蒸系統(tǒng)各角閥磨損嚴(yán)重2. 1. 1 存在問題氣化裝置運行 1 600 h 之后停車。檢查時發(fā)現(xiàn)：氣化爐至蒸發(fā)熱水塔管路中的黑水壓力調(diào)節(jié)閥（PV1304）后緩沖罐底部沖擊盲板磨損嚴(yán)重，表面的碳化鎢涂層幾乎完全剝落，在緩沖罐根部有約 10 cm 高的環(huán)帶，表面碳化鎢涂層被沖擊蜂窩狀的小坑。此情況在其他引進(jìn)水煤漿加壓氣化裝置的公司也很普遍。2. 1. 2 原因分析分析其原因主要有：①節(jié)流后的黑水以很高的速度沖擊緩沖罐底部沖擊盲板；②黑水經(jīng)過PV1304 減壓后，壓力發(fā)生變化，靜壓能轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽埽魉偌眲√岣撸诤谒谢以w粒的摩擦沖擊下，調(diào)節(jié)閥及閥后段磨損嚴(yán)重，易發(fā)生泄漏；③由于內(nèi)部壓力突變，使溶于黑水中的氣體及黑水大量閃蒸，在金屬表面反復(fù)出現(xiàn)氣泡形成及潰滅過程，氣泡在潰滅時產(chǎn)生的沖擊波對緩沖罐沖擊盲板表面產(chǎn)生強烈的錘擊作用，使盲板表面的碳化鎢涂層剝落，桶壁表面被沖擊成蜂窩狀的小孔。1小氮肥 第 43 卷 第 5 期 2015 年 5 月2. 1. 3 處理措施緩沖罐底部沖擊盲板在開車期間不易檢查處理，應(yīng)在氣化裝置運行一個周期后及時檢查、更換或進(jìn)行管道硬化處理，包括調(diào)整開車期間角閥開度、確定緩沖罐的使用壽命。若其在開車期間發(fā)生磨損泄漏，一般可在放大筒外使用管徑相同的鋼管覆焊即可。對經(jīng)常出現(xiàn)磨損的管道采用內(nèi)襯耐磨陶瓷的管件，在減壓閥閥后的沖擊盲板上再增加 1 層防沖擊盲板，增強抗磨性，防止在系統(tǒng)運行時磨穿。檢修時，對檢測部位建立臺帳，掌握其磨損速率，定期更換，避免在系統(tǒng)運行時出現(xiàn)磨漏情況。2. 2 黑水排放管道堵塞、角閥閥卡2. 2. 1 存在問題2014 年 1 月，蒸發(fā)熱水塔進(jìn)口處多只角閥發(fā)生堵 塞 現(xiàn) 象，C 系 統(tǒng) PV1304C1C2，PV1306B1，PV1306A1A2 和 PV1305A1 發(fā)生較嚴(yán)重的堵塞，影響到系統(tǒng)正常運行；PV1305B1 發(fā)生過閥卡現(xiàn)象，經(jīng)處理后正常。2. 2. 2 原因分析由于管路布置的問題，旋風(fēng)分離器、水洗塔底部黑水閃蒸管道從低處到高處（渣水從一樓到三樓）的管道彎頭設(shè)置過多，并在個別地方形成死角。開、停車時，設(shè)備、管道內(nèi)附著的垢片由于溫度、壓力的變化大量脫落，隨著黑水排放流量增大，這些垢片被帶到死角處并沉積下來，從而造成堵塞。因為黑水排放存在較高的壓差，這些脫落的垢片隨著水流動到角閥前聚集，會造成黑水排放不暢，有時會發(fā)生閥卡和角閥關(guān)不到位現(xiàn)象。嚴(yán)重時，角閥堵塞，黑水無法排放。2. 2. 3 處理措施合理布置黑水管路，盡量減少拐彎及死角，減少管道堵塞的概率；在容易出現(xiàn)堵塞的管道處增加沖洗水接頭，以方便檢修和管道沖洗。在開、停車時，盡量將黑水閃蒸管道上的自調(diào)閥維持在較大開度，防止因開度過小造成閥前堵塞及閥體局部因流速過大而磨損。對于 1 開 1 備的減壓閥閥組要經(jīng)常切換，防止因垢片沉積而堵塞閥門及管道。2. 3 備用泵進(jìn)口堵塞2. 3. 1 存在問題C 系統(tǒng)沉降槽給料泵（ P1309EF）每次倒泵后，都會發(fā)生備用泵進(jìn)口堵塞現(xiàn)象。2. 3. 2 原因分析經(jīng)拆檢后，發(fā)現(xiàn)備用泵進(jìn)口有磚狀垢片，而此問題在 A 系統(tǒng)和 B 系統(tǒng)上并沒有發(fā)生過。其原因應(yīng)該與氣化爐（R1201C）操作溫度低有關(guān)，C 氣化爐開車初期，其拱頂溫度較 A 氣化爐拱頂溫度（170 ℃）高，達(dá)到 220 ℃以上，操作時爐溫控制得不高，導(dǎo)致黑水中浮灰較多；另外，試車初期灰水濁度波動較大，在閃蒸系統(tǒng)各設(shè)備以及黑水排放管道上結(jié)垢，黑水溫度變化時，由于垢片和金屬管（設(shè)備）膨脹系數(shù)不同，導(dǎo)致垢片脫落（此現(xiàn)象在真空閃蒸罐尤其明顯），并在備用泵進(jìn)口聚集，導(dǎo)致倒泵時備用泵不打量。2. 3. 3 處理措施在水質(zhì)得到有效控制后，P1309EF 倒泵時備用泵進(jìn)口堵塞現(xiàn)象已有所緩解。2. 4 高溫?zé)崴眠M(jìn)口氣蝕2. 4. 1 存在問題在正常生產(chǎn)過程中，高溫?zé)崴眠M(jìn)口發(fā)生氣蝕，導(dǎo)致其電流和出口流量波動。2. 4. 2 原因分析該問題一方面與泵的氣蝕余量設(shè)計不合理有關(guān)，另一方面也與高溫?zé)崴畠拗兴墓毯扛哂嘘P(guān)。由于高溫?zé)崴畠匏|(zhì)的不穩(wěn)定性，高溫?zé)崴眠M(jìn)口過濾器可能會出現(xiàn)臨時性堵塞，導(dǎo)致高溫?zé)崴么蛄坎蛔?，電流、壓力大幅波動，泵腔自平衡被打破，長時間如此將會損壞機(jī)封、推力軸承和軸瓦。2. 4. 3 處理措施中控和現(xiàn)場巡檢人員應(yīng)多關(guān)注高溫?zé)崴玫碾娏骱统隹趬毫Σ▌忧闆r，做到有問題早發(fā)現(xiàn)、早處理。2. 5 蒸發(fā)熱水塔填料層結(jié)垢、超壓，甚至帶水2. 5. 1 存在問題蒸發(fā)熱水塔設(shè)計工作壓力為 0. 8 MPa，填料層高 5 m，內(nèi)裝 Φ 76. 0 mm × 76. 0 mm × 1. 2 mm拉西環(huán)。A 系統(tǒng)和 C 系統(tǒng)運行 30 d 后，頻繁出現(xiàn)不同程度的帶水現(xiàn)象，多次造成高溫?zé)崴A罐液位下降和蒸發(fā)熱水塔超壓現(xiàn)象。拆檢發(fā)現(xiàn)，填料層頂部的絲網(wǎng)局部被吹翻，大量的拉西環(huán)堆積在2小氮肥 第 43 卷 第 5 期 2015 年 5 月分布器上方，在運行過程中容易造成積液，給帶水處理增加難度；另外，在分布器及填料上部發(fā)現(xiàn)有大量質(zhì)地較為疏松的灰垢。2. 5. 2 原因分析其原因有以下幾點：①隨著裝置運行時間延長，特別是水質(zhì)波動頻繁，灰水容易在填料上產(chǎn)生結(jié)垢、積灰。②雙系統(tǒng)運行時，灰水指標(biāo)控制較為合理，濁度在 30 mg / L 左右，硬度在 1 000 mg / L左右，且結(jié)垢主要發(fā)生在填料上層及分布器內(nèi)部，因此判斷主要是由于低溫變換冷凝液堿度較高，與硬度較高的灰水接觸產(chǎn)生 CaCO3 及 MgCO3 等沉淀，形成結(jié)垢；此外，夾帶有大量細(xì)灰的閃蒸氣至填料層上部被冷卻后，形成了硬度較高的灰水，與堿度較高的低溫變換冷凝液接觸，是產(chǎn)生結(jié)垢的另一重要原因。③為保護(hù)激冷環(huán)，正常生產(chǎn)中系統(tǒng)水循環(huán)量遠(yuǎn)大于該負(fù)荷下的設(shè)計流量，從而造成進(jìn)蒸發(fā)熱水塔熱負(fù)荷大，閃蒸量大，根據(jù)測算，表觀流速達(dá)到 0. 7 m/ s，遠(yuǎn)大于設(shè)計值 0. 2 m/ s，容易帶水、帶灰。2. 5. 3 處理措施在實際生產(chǎn)中，由于負(fù)荷、灰分、灰熔點等一系列因素改變，造成灰水濁度波動大，常需要調(diào)整絮凝劑的投加量或者更改絮凝劑類型來穩(wěn)定灰水濁度。正常生產(chǎn)中，應(yīng)時常觀察灰水樣，當(dāng)水樣渾濁并有大量懸浮物時，可判定灰水濁度高；若此情況長時間內(nèi)得不到改觀，在排除絮凝劑添加不符合規(guī)定的情況下，應(yīng)取黑水重新做黑水水樣分析，重新確定合適的絮凝劑類型和投加量；當(dāng)水樣不清、發(fā)白時，結(jié)合真空抽濾機(jī)濾餅樣，如果濾餅含水量高并且黏度過大，可以判定絮凝劑添加量過大，應(yīng)重新做黑水分析，確定合適的絮凝劑類型和投加量。通過水置換改善系統(tǒng)水質(zhì)：①在除氧器、灰水槽補入原水。②可以將現(xiàn)場運行泵備泵的機(jī)封水打開向系統(tǒng)補脫氧水，此方法可以同時在整個氣化水系統(tǒng)的多點進(jìn)行補水，置換效果快。③按周期對機(jī)泵的過濾器進(jìn)行沖洗，定時開大氣化爐、旋風(fēng)、洗滌塔的出口閥，將底部淤積的臟水排出；也可以考慮采用波紋管來減少污垢的積聚?？刂坪盟疁睾统隹跉獾臏囟?，減少對后系統(tǒng)管道的壓力?？刂坪煤谒芫€流速，防止黑水中固體積聚和沉淀。氣化車間黑水分析數(shù)據(jù)見表 1（2014 年 1 月31 日）。表 1 氣化車間黑水分析數(shù)據(jù)項 目 pH含固質(zhì)量分?jǐn)?shù)量/ %（ρ CI - ）/（mg·L - 1）硬度/（mmoI·L - 1）研磨水槽 8. 2 0. 32 147. 47 4. 12沉降槽 10. 26添加劑槽 B 7. 89高溫?zé)崴?A 8. 8 澄清 14. 18高溫?zé)崴?C 9. 0 澄清 31. 20渣池灰水 A 8. 0 1. 30 99. 26渣池灰水 C 8. 0 2. 15 102. 10蒸發(fā)熱水塔 A 7. 0 0. 92 117. 69蒸發(fā)熱水塔 C 6. 2 1. 92 155. 98真閃 A 7. 7 0. 92 9. 06真閃 C 7. 7 0. 98 10. 08有表 1 可知：蒸發(fā)熱水塔黑水呈中性，真空閃蒸罐的黑水呈堿性，而真空閃蒸冷凝液的水也呈堿性。根據(jù)資料顯示，高堿度的水遇到高硬度的水，會產(chǎn)生結(jié)垢，通過將真空閃蒸冷凝液引入沉降槽，使沉降槽出水的硬度降下來，降低灰水系統(tǒng)中鈣、鎂離子濃度，可以減少系統(tǒng)管道、設(shè)備結(jié)垢堵塞的風(fēng)險。通過以下處理，基本解決或緩解了蒸發(fā)熱水塔帶水現(xiàn)象，保障了系統(tǒng)水平衡：①始終保證上塔壓力不低于下塔壓力，減少低溫變換冷凝液及脫氧水流量，大幅度加大低壓灰水流量，以強化換熱、減少閃蒸氣流量；②調(diào)整絮凝劑用量，提高真空閃蒸罐負(fù)壓，降低黑水水溫，以利于黑水沉降和降低灰水濁度；③保證系統(tǒng)廢水外排流量，加大灰水置換，改善水質(zhì)；④盡可能降低系統(tǒng)水循環(huán)量，提高蒸發(fā)熱水塔工作壓力至設(shè)計壓力，降低黑水閃蒸氣量。優(yōu)化工藝操作：避免氣化爐低溫操作，否則會產(chǎn)生大量浮灰，若浮灰被帶入黑水管道、閃蒸設(shè)備，多會在管道設(shè)備內(nèi)聚集，和垢片結(jié)合形成大塊，對灰水處理系統(tǒng)影響極大；氣化爐、洗滌塔、旋風(fēng)分離器黑水要保持一定的排量，以防固含量過高；開、停車時，應(yīng)保證系統(tǒng)水循環(huán)時間，盡量減少系統(tǒng)積灰，尤其停車后，應(yīng)對黑水管線進(jìn)行沖洗，保證管線暢通。3小氮肥 第 43 卷 第 5 期 2015 年 5 月合成氨脫硫系統(tǒng)改造小結(jié)張素田 李 立（陽煤集團(tuán)平原化工有限公司 山東平原 253100）陽煤平原化工有限公司化肥一廠現(xiàn)有的 3 套合成氨系統(tǒng)，均以白煤和煤棒為原料，采用固定層間歇氣化法制氣，半水煤氣采用 DDS 脫硫法脫硫工藝；一期 2 套系統(tǒng)合成氨設(shè)計能力為 80 Kt / a，二期系統(tǒng)合成氨設(shè)計能力為 180 Kt / a。2012 年，原料煤全部改用陽泉高硫煤。全燒陽泉煤后，半水煤氣中 H2 S 質(zhì)量濃度由原來的 1 200 mg / L 上升至 3 500 mg / L，尤其是二期合成氨系統(tǒng)，脫硫前H2 S 質(zhì)量濃度高達(dá) 4 250 mg / L。原料煤的改變，給脫硫系統(tǒng)操作帶來了巨大困難，在 H2 S 含量上升初期，脫硫系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)“皂泡”現(xiàn)象，再生槽、富液槽溢液頻繁，熔硫后清液中的泡沫難以徹底分離，返回系統(tǒng)后導(dǎo)致脫硫液中懸浮硫含量上升，液體損失量增大，噸氨脫硫費用高達(dá) 29 元。H2 S含量的上升，嚴(yán)重影響系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行，但由于原裝置空間的限制，無法再新增設(shè)備，只能在原有基礎(chǔ)上對設(shè)備進(jìn)行改造與調(diào)整，提高脫硫效率，以適應(yīng)高硫煤的生產(chǎn)。1 脫硫系統(tǒng)工藝流程及主要設(shè)備1. 1 工藝流程氣體流程：來自氣柜的半水煤氣經(jīng)清洗塔降溫除塵后進(jìn)入靜電除焦器，進(jìn)一步除去半水煤氣中的粉塵和焦油，經(jīng)羅茨風(fēng)機(jī)加壓、降溫塔降溫后進(jìn)入脫硫塔，脫除 H2 S 的半水煤氣再經(jīng)清洗塔洗滌、靜電除焦器后進(jìn)入壓縮機(jī)一段進(jìn)口總管。液體流程：吸收 H2 S 的富液由脫硫塔進(jìn)入富液槽，經(jīng)再生泵加壓后，通過空氣自吸式噴射器進(jìn)入氧化再生槽，在氧化再生槽內(nèi)氧化再生，生成的硫單質(zhì)浮選成泡沫進(jìn)入泡沫槽，然后輸送至硫磺回收泡沫罐；再生后的貧液進(jìn)入貧液槽供脫硫系統(tǒng)使用。連續(xù)熔硫工藝：從泡沫罐來的硫泡沫經(jīng)泡沫泵加壓后送至熔硫釜進(jìn)行熔硫，含硫液體從底部定時排出，冷卻降溫后得到硫磺塊，分離出的清液由放空管進(jìn)入回收液沉淀池，經(jīng)沉淀降溫后再回至脫硫系統(tǒng)。1. 2 主要設(shè)備參數(shù)一期、二期脫硫系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)分別見表 1 和表 2。表 1 一期脫硫系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)設(shè)備名稱 設(shè)備參數(shù)再生泵 Q = 792 m3 / h，N = 200 KW羅茨風(fēng)機(jī) Q = 303 m3 / min，N = 320 KW降溫塔 Ф 5 000 mm × 16 970 mm × 14 mm脫硫塔 Ф 5 000 mm × 34 142 mm × 16 mm清洗塔 Ф 4 000 mm × 12 560 mm × 14 mm富液槽 Ф 4 400 mm × 5 200 mm × 12 mm靜電除焦器 JC-Ⅲ型，Q = 30 000 m3 / h氧化再生槽 Ф 7 000 mm × 6 800 mm × 14 mm貧液槽 Ф 4 400 mm × 5 400 mm × 12 mm降溫塔 Ф櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴櫴5 000 mm × 12 100 mm × 12 mm3 結(jié)語經(jīng)過半年的運行，證明多噴嘴氣化爐的閃蒸 -灰水處理系統(tǒng)能夠滿足氣化裝置生產(chǎn)要求，具有充分回收黑水余熱和熱傳遞效率高的優(yōu)點。隨著對整個氣化裝置認(rèn)識的進(jìn)一步加深和操作水平的提升，以及渣水處理系統(tǒng)的日趨完善，系統(tǒng)的穩(wěn)定運行周期逐漸提高，保障了氣化裝置的安全、高效、長周期運行。在運行過程中也暴露了一些問題，通過對灰水處理系統(tǒng)故障的分析，對黑灰水系統(tǒng)進(jìn)行了改造，提高了灰水質(zhì)量，優(yōu)化了操作工藝，保證灰水處理系統(tǒng)正常運行。為了今后能更好發(fā)揮多噴嘴氣化裝置的優(yōu)勢，還需要進(jìn)一步優(yōu)化工藝操作，提高設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)管理水平，完善設(shè)計，實現(xiàn)長周期高負(fù)荷穩(wěn)定運行。

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