航天粉煤加壓氣化裝置灰水降硬減排工藝研究

摘 要：為解決航天粉煤加壓氣化裝置灰水硬度高易結(jié)垢的問題，設(shè)計(jì)出一種灰水降硬減排工藝，對(duì)該工藝通過工業(yè)項(xiàng)目進(jìn)行論證。該工藝創(chuàng)造性的提出將汽提塔前變換冷凝液直接引出一部分導(dǎo)入沉降槽參與灰水軟化處理，從而最大限度的利用廠區(qū)內(nèi)的廢液，降低整體方案藥劑花費(fèi)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化。通過節(jié)水可產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益1500萬元/年，而且應(yīng)用該工藝后系統(tǒng)硬度可常年維持在500mg/L以下，有效減少業(yè)主因系統(tǒng)結(jié)垢開停車、垢片清理的費(fèi)用，這一隱形經(jīng)濟(jì)效益簡單核算為300萬元/年。

關(guān)鍵詞：灰水；降硬；工藝

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.11.040

1 前言

氣化裝置回用灰水硬度高導(dǎo)致系統(tǒng)結(jié)垢的問題在新型現(xiàn)代煤化工企業(yè)中普遍存在，該問題對(duì)系統(tǒng)整體安全和長周期穩(wěn)定運(yùn)行造成了巨大影響。有國內(nèi)項(xiàng)目通過選用分散劑來緩解系統(tǒng)結(jié)垢現(xiàn)象，但隨著系統(tǒng)水質(zhì)濃縮，鈣硬度上升后超出阻垢分散劑的能力，而且分散劑高溫分解后效果大減，即使加大藥劑量也不能起到阻垢的作用，且對(duì)后期的絮凝造成影響[1]；也有項(xiàng)目通過控制煤種來控制系統(tǒng)水硬度從而減少外排水量；大部分項(xiàng)目采用加大外排水量的方法，給廠區(qū)環(huán)保帶來巨大壓力。本文針對(duì)現(xiàn)有灰水處理系統(tǒng)基礎(chǔ)上進(jìn)行研究改進(jìn)，研發(fā)出了灰水降硬減排處理工藝。

2 工藝研究

航天粉煤加壓氣化裝置所排灰水中的硬度主要以Ca2+為主，堿度以HCO3-為主，通過加入Na2CO3、NaOH或Ca（OH）2等藥劑可有效降低灰水硬度[2]。雖然投加Na2CO3軟化方法最為簡單有效，但其成本較高。大部分化工廠都存在著大量的生產(chǎn)廢液，合成氨廠中的變換冷凝液中含有大量OH-，可作為堿度參與降硬反應(yīng)。本研究提出NaOH或Ca（OH）2+變換冷凝液的降硬減排方案，以Na2CO3作為補(bǔ)充，可在降低處理成本處理的同時(shí)合理利用廠區(qū)液體廢棄物。

以加入NaOH或Ca（OH）2軟化灰水進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)分析，灰水中Ca2+的化學(xué)方應(yīng)比較復(fù)雜，隨著Ca2+與HCO3-的比值變化而產(chǎn)生不同的化學(xué)反應(yīng)。當(dāng)Ca2+：HCO3-≤1時(shí)只需投加與Ca2+含量相當(dāng)?shù)腘aOH即可去除Ca2+，并減小HCO3-在灰水中的含量；當(dāng)Ca2+：HCO3->1時(shí)需投加與HCO3-相當(dāng)?shù)腘aOH、Ca2+與HCO3-含量差值的Na2CO3。在投加足量NaOH、Na2CO3后，理論上灰水中的Ca2+可被完全去除。因灰水中還有溶解的CO2、Al3+、Fe3+等干擾物質(zhì)與NaOH反應(yīng)，且上述函數(shù)關(guān)系是建立在所有物質(zhì)完全反應(yīng)之上的[3]，需加入比硬度更高的碳酸根量。

因此，建議每次換煤后對(duì)灰水進(jìn)行加藥量實(shí)驗(yàn)，確認(rèn)因干擾物質(zhì)和反應(yīng)速率而需多投加的藥劑量。修正函數(shù)關(guān)系為：

當(dāng)硬度：堿度≤1時(shí)，m（NaOH）= m（硬度）+a，

當(dāng)硬度：堿度>1時(shí)，m（NaOH）= m（堿度） +a，

m（Na2CO3）= m（硬度）-m（堿度） +b，

a=4～6mmol/L，b=1～2mmol/L。

根據(jù)氣化灰水的水質(zhì)特點(diǎn)及系統(tǒng)對(duì)水質(zhì)的要求，選用的工藝應(yīng)著重于硬度、濁度的去除。航天粉煤加壓氣化裝置現(xiàn)有黑水處理流程為：采用管道混合器添加絮凝劑后在沉降槽中進(jìn)行重力沉降，沉降后的灰水經(jīng)溢流堰溢流至灰水槽，添加分散劑循環(huán)利用。為降低費(fèi)用，降低a或b值，減少投加藥劑量，選擇部分黑水進(jìn)行處理。航天粉煤加壓氣化裝置黑水系統(tǒng)分流出部分黑水依次進(jìn)入取樣池、反應(yīng)池，進(jìn)行軟化處理后進(jìn)入沉降槽中心筒。設(shè)置堿劑加藥裝置四臺(tái)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)精確加藥。將變換冷凝液通往除氧器，導(dǎo)致系統(tǒng)水堿度過高，高鈣、高堿的環(huán)境造成系統(tǒng)結(jié)垢。變換冷凝液含有大量的碳酸氫根、碳酸根可以利用，而不通過汽提直接導(dǎo)入沉降槽還可節(jié)約一部分蒸汽費(fèi)用。為此，可將汽提塔前變換冷凝液直接引出一部分導(dǎo)入沉降槽參與灰水軟化處理。

本研究所提出的軟化工藝可有效保證系統(tǒng)硬度常年維持在500mg/L以下，有效減少業(yè)主因系統(tǒng)結(jié)垢開停車、垢片清理的費(fèi)用，進(jìn)而產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

加藥計(jì)算公式如下：

1）已運(yùn)行項(xiàng)目初期啟動(dòng)：

2）項(xiàng)目運(yùn)行過程中：

3 應(yīng)用分析

該工藝創(chuàng)造性的提出利用汽提塔前變換冷凝液進(jìn)行灰水軟化處理，充分利用廠區(qū)內(nèi)的廢液，降低整體方案藥劑花費(fèi)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化。該工藝已在部分項(xiàng)目進(jìn)行應(yīng)用，年節(jié)水160萬噸，通過節(jié)水可產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益1500萬元/年。應(yīng)用該工藝后系統(tǒng)硬度可常年維持在500mg/L以下，有效減少業(yè)主因系統(tǒng)結(jié)垢開停車、垢片清理的費(fèi)用。這一隱形經(jīng)濟(jì)效益簡單核算為300萬元/年。而由于外排水量減少，還可減小污水處理、脫鹽水站的建設(shè)規(guī)模與運(yùn)行費(fèi)用。

參考文獻(xiàn)：

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[2]趙洪貴，陳朋偉，莊小波.廢水降低硬度后回用實(shí)踐[J].硫酸工業(yè)，2017（08）：35-37.

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作者簡介：康洪強(qiáng)（1986-），男，山東滕州人，碩士研究生，工程師，研究方向：工業(yè)水處理方向。