基于顶喷式干煤粉气化技术的节水措施探讨

王国梁，李俊挺，张永明

(神华宁夏煤业集团有限责任公司煤制油分公司 宁夏银川 750411)

现代煤气化技术[1- 2]是现代煤化工装置的核心，直接关系到整个煤化工装置能否正常运行，其中粉煤加压气化技术具有煤种适应性广、原料消耗低、碳转化率和冷煤气效率高等优势。目前，粉煤加压气化技术中的烧嘴顶置、下行激冷流程得到越来越广泛的应用。顶喷粉煤加压气化技术的特点是气化工艺流程合理且相对简单、投资较低，在煤制甲醇、煤制烯烃以及煤制油装置上可以得到很好的应用，是今后粉煤气化工艺发展的主流方向[3]。根据顶喷式干煤粉气化装置的实际运行情况，在保证装置稳定运行的情况下，对节水前后的运行指标等进行对比分析，以期为同类干煤粉气化装置提供参考[4]。

1 顶喷式干煤粉气化装置主要工艺流程

1.1 主要工艺流程

煤粉通过2只交替运行的煤锁斗连续进入煤粉给料罐，然后通过密相气力输送系统被加压并通过载气处于流态化状态，再经4根煤粉管线从主烧嘴进入气化炉燃烧室进行气化反应。由于使煤粉完全氧化所需氧量远大于气化反应的供氧量，因此煤粉在燃烧室中发生部分氧化反应，产生富含H2和CO的合成气。热合成气和熔渣通过下渣口经下降管进入气化炉激冷室与激冷水混合，熔渣被迅速固化，大部分粗渣进入激冷室下部的水浴中，小部分细灰随合成气进入下游合成气洗涤工序，合成气经洗涤处理后送下游变换装置。气化炉激冷室的黑水被送至黑水闪蒸系统以脱除酸气并回收部分热量，闪蒸后的黑水、来自捞渣机的渣水和来自真空带式过滤机的滤液被一起送至黑水处理系统，得到的澄清水大部分作为系统回用水，小部分灰水作为废水送至污水处理单元作进一步处理[5- 8]。

1.2 装置主要配置

该气化装置共有4台干煤粉气化炉、4套黑水闪蒸装置和2套黑水处理装置，每套黑水处理装置包含1只循环水罐、1套沉降絮凝系统以及3台板式过滤机。

2 改造前水系统

如图1所示，该干煤粉气化装置水系统共有3种外补水形式：①脱盐水用作合成气洗涤塔上层塔盘冲洗水、除渣单元密封冲洗水、絮凝剂槽补水、各机泵密封水、过滤机密封及滤布冲洗水等；②各等级蒸汽凝液用作合成气洗涤塔上层塔盘冲洗水；③变换装置高温凝液用作合成气洗涤塔上层塔盘冲洗水。

如表1所示：该干煤粉气化装置原设计4台气化炉共耗脱盐水400.00 t/h，脱盐水消耗量大；外排废水295.00 t/h，废水处理装置负荷大、能耗高。表1中排水量稍大于进水量是存在部分漏点和生产水用作冲洗水所致，下同。

图1 节水改造前水系统流程

表1 改造前干煤粉气化装置满负荷时的水平衡数据[9]

t/h

3 改造后水系统

3.1 节水措施

为了减少脱盐水用量、减轻含盐废水处理装置的压力、降低生产成本、提高装置的经济效益，通过采取大量节水措施以降低脱盐水的消耗、减少外排废水量。

(1) 气化装置需密封水的机泵共有54台，各机泵密封水管线直径均为20 mm，手阀全开后密封水流量均超过2.0 m3/h，而实际运行时机泵密封水只需1.0～1.5 m3/h。因此，在各机泵密封水管线增设限流孔板，使机泵密封水流量控制在1.0～1.5 m3/h。该措施实施后，可节省脱盐水约30.0 m3/h。

(2) 黑水过滤系统密封、滤布冲洗以及真空泵水环用水为脱盐水，每台设备的用水量一般在35.0 m3/h左右。在保证系统真空度、滤布冲洗干净的情况下，通过在进过滤系统的脱盐水管线上增设限流孔板，控制每台过滤机脱盐水用量在25.0 m3/h以内。该措施实施后，可节省脱盐水40.0 m3/h。

(3) 气化炉投料运行正常且向变换装置导气完成后，及时将洗涤塔上部塔盘冲洗水量由100 t/h降至70 t/h，且优先使用变换高温凝液，在变换高温凝液不足的情况下再补充脱盐水。

3.2 改造效果

3.2.1 系统水质

如表2所示，节水措施实施后，系统补入的脱盐水量和外排废水量减少，对系统水质造成了一定的影响，但水质各项指标均未超出控制范围。

表2 水质分析数据

项目总溶解固体/(mg·L-1)pH悬浮物/(mg·L-1)Cl-/(mg·L-1)氨氮/(mg·L-1)COD/(mg·L-1)总碱/(mmol·L-1)总硬度/(mg·L-1)改造前1 2867.7342011455057.01 022改造后1 6707.6502452055828.11 478

3.2.2 合成气含尘量

节水措施实施后，合成气洗涤塔上部塔盘冲洗水流量降低，在一定程度上会影响合成气的洗涤效果，造成合成气的含尘量升高。通过连续120 h的取样分析，合成气的含尘量均低于0.5 mg/m3(标态)，说明合成气洗涤塔上部塔盘冲洗水流量降低后并未对合成气的含尘量造成严重影响。

3.2.3 水平衡

如表3所示，节水措施实施后，因外补脱盐水量减少，系统形成了新的水平衡。

表3 改造后干煤粉气化装置满负荷时的水平衡数据 t/h

项目进水设计值项目排水设计值入炉煤粉带水13.12炉渣带水15.00次高压蒸汽4.00滤饼带水30.00各等级蒸汽凝液100.00合成气带水425.00脱盐水280.00外排废水125.00变换高温凝液180.00酸气带水0.29入炉煤氢折水130.00合成气氢折水115.00总计707.12总计710.29

4 结语

顶喷式干煤粉气化装置的脱盐水主要用作机泵密封水、洗涤塔塔盘冲洗水和过滤机用水，都可以在保证装置正常运行的情况下减少其用量。节水措施实施以后，整个装置的脱盐水用量减少了120 t/h，相应减少了170 t/h外排废水量，降低了含盐废水处理装置的能耗。当然，对系统作进一步的优化后，顶喷式干煤粉气化装置的耗水量还有进一步降低的空间。