多喷嘴气化装置灰水处理工段运行问题探讨

步建军

(江苏索普集团公司 江苏镇江212006)

多喷嘴气化装置灰水处理工段运行问题探讨

步建军

(江苏索普集团公司 江苏镇江212006)

多喷嘴对置式水煤浆气化技术是由华东理工大学(洁净煤技术研究所)和兖矿集团共同开发，于2006年1月通过中国石油化工协会组织的专家鉴定，具有完全自主知识产权，已实现产业化。

江苏索普集团有限公司(以下简称索普公司)日处理1500t煤的多喷嘴气化炉装置与GE水煤浆气化装置相比，最大的区别之一在闪蒸－灰水处理系统上。多喷嘴气化装置的第1级闪蒸系统的蒸发热水塔采用直接换热方案回收黑水余热，其热传递效率高，闪蒸汽大多数在上塔被冷却回到系统;GE水煤浆气化装置采用间接换热方案回收黑水余热，换热器易结垢堵塞。索普公司多喷嘴气化炉装置自2009年9月，投料运行至今，灰水处理系统总体运行平稳，但也暴露出一些问题，直接影响到气化装置的长周期运行。

1 灰水处理系统工艺流程简述

灰水处理系统的作用是将气化及煤气初步净化工序产生的黑水中所含的固体和溶解的气体分离出来，并对黑水所含的热量加以回收。来自气化炉洗涤冷却室、旋风分离器及水洗塔底部的黑水分别减压后送入蒸发热水塔下部蒸发室。在蒸发热水塔蒸发室中，一部分水蒸发为蒸汽，连同少量溶解气体进入蒸发热水塔上部热水室，与低压灰水泵来的灰水直接接触，加热灰水，自身大部分冷凝。热水室的热水流入高温热水罐，经高温热水泵进入水洗塔中部。热水室未冷凝的蒸汽经换热、冷凝、分离后，气相送至火炬放空，冷凝液进入灰水槽。蒸发热水塔蒸发室底部被浓缩的黑水经液位调节由底侧部排出，进入低压闪蒸罐。黑水被再次减压，产生的低压蒸汽送往脱氧槽，黑水进入真空闪蒸罐。来自渣池的含渣水用渣池泵经流量调节后也送入真空闪蒸罐，在真空闪蒸罐内进行真空闪蒸，大量溶解的气体被释放出来，黑水进一步浓缩，含固量增大，温度进一步降低。真空闪蒸气经换热、冷凝、分离后从分离器顶部出来，送往水环式真空泵。真空闪蒸罐底部的黑水经液位控制泵送至静态混合器与絮凝剂混合后流入澄清槽。澄清槽上部设置1台缓慢转动的刮渣机，将沉降的固体推到澄清槽底部出口，澄清槽上部澄清水溢流至灰水槽。为了防止管道和设备结垢，在灰水槽中加入分散剂，再分别经低压灰水泵和锁斗冲洗水/废水泵送至蒸发热水塔、锁斗冲洗水罐、渣池和废水处理站。澄清槽底部的细渣和水经澄清槽底流泵送往压滤机处理，滤饼送出界区外，滤液进入研磨水槽。

2 运行过程中出现的问题

2.1 闪蒸系统各角阀磨损严重

2.1.1 存在问题

气化装置运行1600h之后停车。检查时发现:气化炉至蒸发热水塔管路中的黑水压力调节阀(PV1304)后缓冲罐底部冲击盲板磨损严重，表面的碳化钨涂层几乎完全剥落，在缓冲罐根部有约10cm高的环带，表面碳化钨涂层被冲击蜂窝状的小坑。此情况在其他引进水煤浆加压气化装置的公司也很普遍。

2.1.2 原因分析

分析其原因主要有:①节流后的黑水以很高的速度冲击缓冲罐底部冲击盲板;②黑水经过PV1304减压后，压力发生变化，静压能转变为动能，流速急剧提高，在黑水中灰渣颗粒的摩擦冲击下，调节阀及阀后段磨损严重，易发生泄漏;③由于内部压力突变，使溶于黑水中的气体及黑水大量闪蒸，在金属表面反复出现气泡形成及溃灭过程，气泡在溃灭时产生的冲击波对缓冲罐冲击盲板表面产生强烈的锤击作用，使盲板表面的碳化钨涂层剥落，桶壁表面被冲击成蜂窝状的小孔。

2.1.3 处理措施

缓冲罐底部冲击盲板在开车期间不易检查处理，应在气化装置运行一个周期后及时检查、更换或进行管道硬化处理，包括调整开车期间角阀开度、确定缓冲罐的使用寿命。若其在开车期间发生磨损泄漏，一般可在放大筒外使用管径相同的钢管覆焊即可。对经常出现磨损的管道采用内衬耐磨陶瓷的管件，在减压阀阀后的冲击盲板上再增加1层防冲击盲板，增强抗磨性，防止在系统运行时磨穿。检修时，对检测部位建立台帐，掌握其磨损速率，定期更换，避免在系统运行时出现磨漏情况。

2.2 黑水排放管道堵塞、角阀阀卡

2.2.1 存在问题

2014年1月，蒸发热水塔进口处多只角阀发生堵塞现象，C系统 PV1304C1C2，PV1306B1，PV1306A1A2和PV1305A1发生较严重的堵塞，影响到系统正常运行;PV1305B1发生过阀卡现象，经处理后正常。

2.2.2 原因分析

由于管路布置的问题，旋风分离器、水洗塔底部黑水闪蒸管道从低处到高处(渣水从一楼到三楼)的管道弯头设置过多，并在个别地方形成死角。开、停车时，设备、管道内附着的垢片由于温度、压力的变化大量脱落，随着黑水排放流量增大，这些垢片被带到死角处并沉积下来，从而造成堵塞。因为黑水排放存在较高的压差，这些脱落的垢片随着水流动到角阀前聚集，会造成黑水排放不畅，有时会发生阀卡和角阀关不到位现象。严重时，角阀堵塞，黑水无法排放。

2.2.3 处理措施

合理布置黑水管路，尽量减少拐弯及死角，减少管道堵塞的概率;在容易出现堵塞的管道处增加冲洗水接头，以方便检修和管道冲洗。在开、停车时，尽量将黑水闪蒸管道上的自调阀维持在较大开度，防止因开度过小造成阀前堵塞及阀体局部因流速过大而磨损。对于1开1备的减压阀阀组要经常切换，防止因垢片沉积而堵塞阀门及管道。

2.3 备用泵进口堵塞

2.3.1 存在问题

C系统沉降槽给料泵(P1309EF)每次倒泵后，都会发生备用泵进口堵塞现象。

2.3.2 原因分析

经拆检后，发现备用泵进口有砖状垢片，而此问题在A系统和B系统上并没有发生过。其原因应该与气化炉(R1201C)操作温度低有关，C气化炉开车初期，其拱顶温度较A气化炉拱顶温度(170℃)高，达到220℃以上，操作时炉温控制得不高，导致黑水中浮灰较多;另外，试车初期灰水浊度波动较大，在闪蒸系统各设备以及黑水排放管道上结垢，黑水温度变化时，由于垢片和金属管(设备)膨胀系数不同，导致垢片脱落(此现象在真空闪蒸罐尤其明显)，并在备用泵进口聚集，导致倒泵时备用泵不打量。

2.3.3 处理措施

在水质得到有效控制后，P1309EF倒泵时备用泵进口堵塞现象已有所缓解。

2.4 高温热水泵进口气蚀

2.4.1 存在问题

在正常生产过程中，高温热水泵进口发生气蚀，导致其电流和出口流量波动。

2.4.2 原因分析

该问题一方面与泵的气蚀余量设计不合理有关，另一方面也与高温热水储罐中水的固含量高有关。由于高温热水储罐水质的不稳定性，高温热水泵进口过滤器可能会出现临时性堵塞，导致高温热水泵打量不足，电流、压力大幅波动，泵腔自平衡被打破，长时间如此将会损坏机封、推力轴承和轴瓦。

2.4.3 处理措施

中控和现场巡检人员应多关注高温热水泵的电流和出口压力波动情况，做到有问题早发现、早处理。

2.5 蒸发热水塔填料层结垢、超压，甚至带水

2.5.1 存在问题

蒸发热水塔设计工作压力为0.8MPa，填料层高5m，内装Φ76.0mm×76.0mm×1.2mm拉西环。A系统和C系统运行30d后，频繁出现不同程度的带水现象，多次造成高温热水贮罐液位下降和蒸发热水塔超压现象。拆检发现，填料层顶部的丝网局部被吹翻，大量的拉西环堆积在分布器上方，在运行过程中容易造成积液，给带水处理增加难度;另外，在分布器及填料上部发现有大量质地较为疏松的灰垢。

2.5.2 原因分析

其原因有以下几点:①随着装置运行时间延长，特别是水质波动频繁，灰水容易在填料上产生结垢、积灰。②双系统运行时，灰水指标控制较为合理，浊度在30mg/L左右，硬度在1000mg/L左右，且结垢主要发生在填料上层及分布器内部，因此判断主要是由于低温变换冷凝液碱度较高，与硬度较高的灰水接触产生CaCO3及MgCO3等沉淀，形成结垢;此外，夹带有大量细灰的闪蒸气至填料层上部被冷却后，形成了硬度较高的灰水，与碱度较高的低温变换冷凝液接触，是产生结垢的另一重要原因。③为保护激冷环，正常生产中系统水循环量远大于该负荷下的设计流量，从而造成进蒸发热水塔热负荷大，闪蒸量大，根据测算，表观流速达到0.7m/s，远大于设计值0.2m/s，容易带水、带灰。

2.5.3 处理措施

在实际生产中，由于负荷、灰分、灰熔点等一系列因素改变，造成灰水浊度波动大，常需要调整絮凝剂的投加量或者更改絮凝剂类型来稳定灰水浊度。正常生产中，应时常观察灰水样，当水样浑浊并有大量悬浮物时，可判定灰水浊度高;若此情况长时间内得不到改观，在排除絮凝剂添加不符合规定的情况下，应取黑水重新做黑水水样分析，重新确定合适的絮凝剂类型和投加量;当水样不清、发白时，结合真空抽滤机滤饼样，如果滤饼含水量高并且黏度过大，可以判定絮凝剂添加量过大，应重新做黑水分析，确定合适的絮凝剂类型和投加量。

通过水置换改善系统水质:①在除氧器、灰水槽补入原水。②可以将现场运行泵备泵的机封水打开向系统补脱氧水，此方法可以同时在整个气化水系统的多点进行补水，置换效果快。③按周期对机泵的过滤器进行冲洗，定时开大气化炉、旋风、洗涤塔的出口阀，将底部淤积的脏水排出;也可以考虑采用波纹管来减少污垢的积聚。控制好水温和出口气的温度，减少对后系统管道的压力。控制好黑水管线流速，防止黑水中固体积聚和沉淀。

气化车间黑水分析数据见表1(2014年1月31日)。

表1 气化车间黑水分析数据

有表1可知:蒸发热水塔黑水呈中性，真空闪蒸罐的黑水呈碱性，而真空闪蒸冷凝液的水也呈碱性。根据资料显示，高碱度的水遇到高硬度的水，会产生结垢，通过将真空闪蒸冷凝液引入沉降槽，使沉降槽出水的硬度降下来，降低灰水系统中钙、镁离子浓度，可以减少系统管道、设备结垢堵塞的风险。

通过以下处理，基本解决或缓解了蒸发热水塔带水现象，保障了系统水平衡:①始终保证上塔压力不低于下塔压力，减少低温变换冷凝液及脱氧水流量，大幅度加大低压灰水流量，以强化换热、减少闪蒸气流量;②调整絮凝剂用量，提高真空闪蒸罐负压，降低黑水水温，以利于黑水沉降和降低灰水浊度;③保证系统废水外排流量，加大灰水置换，改善水质;④尽可能降低系统水循环量，提高蒸发热水塔工作压力至设计压力，降低黑水闪蒸气量。

优化工艺操作:避免气化炉低温操作，否则会产生大量浮灰，若浮灰被带入黑水管道、闪蒸设备，多会在管道设备内聚集，和垢片结合形成大块，对灰水处理系统影响极大;气化炉、洗涤塔、旋风分离器黑水要保持一定的排量，以防固含量过高;开、停车时，应保证系统水循环时间，尽量减少系统积灰，尤其停车后，应对黑水管线进行冲洗，保证管线畅通。

3 结语

经过半年的运行，证明多喷嘴气化炉的闪蒸－灰水处理系统能够满足气化装置生产要求，具有充分回收黑水余热和热传递效率高的优点。随着对整个气化装置认识的进一步加深和操作水平的提升，以及渣水处理系统的日趋完善，系统的稳定运行周期逐渐提高，保障了气化装置的安全、高效、长周期运行。在运行过程中也暴露了一些问题，通过对灰水处理系统故障的分析，对黑灰水系统进行了改造，提高了灰水质量，优化了操作工艺，保证灰水处理系统正常运行。为了今后能更好发挥多喷嘴气化装置的优势，还需要进一步优化工艺操作，提高设备维护保养管理水平，完善设计，实现长周期高负荷稳定运行。

2014-11-28)