四喷嘴对置式水煤浆加压气化装置黑灰水处理技术研究

李 波，丛晓东

(1.兖矿鲁南化工有限公司 山东滕州 277527；2.天津正达科技有限责任公司 天津 300131)

四喷嘴对置式水煤浆加压气化装置黑灰水处理技术研究

李 波1，丛晓东2

(1.兖矿鲁南化工有限公司 山东滕州 277527；2.天津正达科技有限责任公司 天津 300131)

介绍了四喷嘴对置式水煤浆加压气化装置的工艺特点及其黑灰水的特性。针对黑灰水的特性，对黑水絮凝技术及灰水阻垢分散技术进行了相应研究，总结了黑水絮凝剂和灰水阻垢分散剂的选型依据。

水煤浆加压气化；四喷嘴；黑灰水；阻垢分散剂；絮凝剂

1 黑灰水简介

兖矿鲁南化工有限公司气化车间的四喷嘴对置式水煤浆加压气化装置是国家“863”重点推广项目，是我国第1套具有完全自主知识产权的大型煤气化装置。该套煤气化装置黑灰水工艺流程：来自气化炉、旋风分离器和水洗塔的3股黑水减压后进入蒸发热水塔蒸发室内进行闪蒸，闪蒸出的水蒸气及部分溶解在黑水中的酸性气CO2，H2S等通过上升管进入蒸发热水塔热水室，与来自低压灰水泵的灰水直接接触，低压灰水被加热；在蒸发热水塔蒸发室初步浓缩后的黑水进入真空闪蒸器进行真空闪蒸，然后通过静态混合器与絮凝剂混合后进入澄清槽；在澄清槽中澄清后的灰水溢流至灰水槽，然后通过低压灰水泵分为3路，第1路输送至蒸发热水塔热水室换热，然后经高温热水泵提压后返回水洗塔作为洗涤水，第2路作为锁斗的排渣冲洗水，第3路少量灰水送废水处理装置处理后外排。

四喷嘴对置式水煤浆加压气化装置黑灰水的特点是高温、高压、高硬、高碱、高悬浮物，使系统面临结垢、腐蚀和絮凝三大问题，且它们之间相互影响。黑水絮凝效果不好，会加重灰水结垢倾向，而系统严重结垢又会导致垢下腐蚀的产生。

2 黑灰水处理技术

2.1 黑水絮凝技术

2.1.1 黑水絮凝处理

灰水经激冷室、水洗塔、蒸发热水塔等设备后，其温度和悬浮物含量都大幅升高，再经低压闪蒸和真空闪蒸浓缩后，水中悬浮物含量将高达10 000 NTU以上，必须进行絮凝沉降处理后才能进入下一循环。絮凝沉降在黑灰水处理中是一个非常重要的工序，一般设计要求絮凝沉降后黑水浊度小于50 NTU。如果絮凝沉降效果不理想，将给整个系统带来诸多危害：①降低煤气的洗涤效果；②水中过多的悬浮物将加快其在后续设备、管道中的沉积，同时作为晶核的提供者，将加速碳酸钙等垢的形成；③悬浮物具有吸附作用，其含量高，增大了阻垢分散剂的消耗。

絮凝沉降的效果与煤种及气化炉操作工艺条件有很大关系，一般需经试运行后，根据现场实际水样再筛选并确定絮凝剂型号。在絮凝剂使用过程中，应做到连续、匀速、定量加入。在煤种等条件保持不变的情况下，若絮凝剂加入量少，将直接影响絮凝效果，进而带来上述3点危害；而絮凝剂加入过量，除影响絮凝效果外，未能消耗的部分絮凝剂进入下一循环，将对灰水阻垢分散处理带来不利影响，同时还会造成水体浑浊、黏度增大以及由此导致的其他问题。

2.1.2 黑水絮凝剂的选型

在四喷嘴对置式水煤浆加压气化装置中，出真空闪蒸罐的黑水中含有较多的固体悬浮物(以无机固体悬浮物为主)，且经絮凝沉降处理后的灰水通过添加阻垢分散剂后需返回煤气化系统中的高温、高压环境下运行，所以黑水絮凝剂必须具有如下特点：①必须针对特定的黑水水质情况具有非常好的絮凝效果，能有效、迅速地絮凝沉降黑水中的固体悬浮物，使该黑水的浊度在最短时间内降至系统工艺要求的指标；②不能影响灰水阻垢分散剂的使用效果；③受pH、碱度等水质因素影响小。

由于煤气化装置黑水系统中的固体悬浮物、胶体、有机物等主要来源于煤，所以煤种的变化是影响黑水絮凝沉降效果的主要因素，而黑水的温度、流量、pH、碱度等也是影响絮凝沉降效果的因素。在实际选型时，应根据煤气化装置黑水处理对絮凝剂的特殊要求，并结合絮凝剂在不同温度、pH下的性能，经现场筛选试验，最终确定絮凝剂型号和投加量。目前，一般选择聚丙烯酰胺类的有机高分子絮凝剂，此种絮凝剂受pH、碱度的影响相对于无机絮凝剂要小得多。

2.2 灰水阻垢分散技术

2.2.1 灰水阻垢分散处理

煤气化装置的黑灰水在高温、高压状态下运行，本身又具有硬度高、碱度高、悬浮物含量高等特点，因此，水质具有很强的结垢倾向，一般通过向灰水中添加阻垢分散剂来降低和减缓装置的结垢趋势，从而延长装置的运行时间。

黑水经絮凝处理后，得到的灰水浊度明显降低，但仍远高于一般循环水的浊度。另外，灰水需循环使用，故煤气化装置要求灰水阻垢分散剂必须具有优良的阻垢分散性能，以保证煤气化装置的连续稳定运行。灰水阻垢分散剂需要具有对成垢离子的稳定和分散作用，以满足现场水质工艺条件，有效遏制系统的结垢问题，确保系统在高硬度、高碱度、高浊度状况下长周期稳定运行。由于现场煤种、工艺操作的变化等多种复杂影响因素的存在，必须依据现场实际水质情况以及停车检修时对设备、管路结垢情况的实际观察与检测结果来评判灰水阻垢分散剂的处理效果，并进行相应的优化调整。

2.2.2 灰水阻垢分散剂的选型

灰水的高温、高压、高硬度、高碱度及高悬浮物含量的特点决定了阻垢分散剂应具有以下特点：①系统操作压力在4.0 MPa左右，灰水温度可达 285 ℃，故要求阻垢分散剂具有优良的耐高温、高压性能；②在285 ℃下，生成碳酸钙的反应速率比通常条件下循环冷却水快得多，因此，要求阻垢分散剂必须具有非常优良的阻垢性能才能抑制灰水系统的结垢；③黑水中的固体悬浮物大部分被絮凝沉降，少部分进入灰水中，但长时间运行后仍可导致沉积并结垢，所以要求灰水阻垢分散剂对固体悬浮物具有良好的分散作用，抑制其沉积；④对SiO2，Fe2O3，Al2O3等难溶物具有良好的分散作用。

根据灰水系统及灰水阻垢分散剂的特点，并通过研究各类阻垢分散剂在高温、高压环境下的热分解及阻垢性能情况，经多次筛选试验，最终确定了适合四喷嘴对置式水煤浆加压气化装置的灰水阻垢分散剂的类型及用量。

2.3 黑水絮凝剂与灰水阻垢分散剂的配伍

黑水絮凝和灰水阻垢分散技术是相辅相成的，如果黑水絮凝效果不理想，会使灰水中悬浮物过多、浊度过高，阻垢分散剂被悬浮物吸附，导致药剂不能有效发挥分散性能。此外，黑水絮凝剂的用量并不是越大越好，絮凝剂过量不但会造成生产成本增加，而且残留在灰水中的絮凝剂还会对阻垢分散剂的分散效果产生副作用。因此，黑水絮凝剂与灰水阻垢分散剂的选择必须考虑两者的配伍效果。

3 结语

在四喷嘴对置式水煤浆加压气化装置中，黑灰水的处理是其中极其重要的一个环节，一般采用黑水絮凝及灰水阻垢分散处理技术。如果在某一时间段内黑水的浊度和灰水的水质突然出现大幅度的变化，这往往是由于煤种发生改变引起的，此时应考虑更换黑水絮凝剂的类型并调整灰水阻垢分散剂的配方，可通过现场黑水絮凝试验和实验室阻垢分散试验来实现。因此，选择适合现场工况的黑灰水处理技术是保障整套煤气化装置长周期、安全、稳定运行的重要措施之一。

Study of Black and Ash Water Treatment Technology of Opposed Four-Nozzle Coal Water Slurry Pressurized Gasification Unit

LI Bo1, CONG Xiaodong2

(1.Yancon Lunan Chemical Industry Co., Ltd., Tengzhou 277527, China；2.Tianjin Zhengda Science and Technology Co., Ltd., Tianjin 300131, China)

Process features of opposed four-nozzle coal water slurry pressurized gasification unit and characteristics of its black and ash water are introduced. In connection with the characteristics of black and ash water, corresponding research of black water flocculation technology and ash water scale inhibition and dispersion technology is carried out, and basis for selection of flocculant of black water and scale inhibitor and dispersant of ash water is summarized.

coal water slurry pressurized gasification; four-nozzle; black and ash water; scale inhibitor and dispersant; flocculant

X703

B

1006- 7779(2017)01- 0044- 02

2016- 11- 14)

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