氣化灰水降磷與阻垢控制措施

魏 靜，茹祥會(huì)

（新疆心連心能源化工有限公司，新疆 昌吉 832200）

0 概述

氣化灰水主要是由氣化爐、旋風(fēng)分離器、水洗塔接收的黑水產(chǎn)生，氣化黑水經(jīng)三級(jí)閃蒸后排入澄清槽，澄清槽中的水稱(chēng)為灰水。為加快灰水中顆粒物在澄清槽內(nèi)的沉降，在澄清槽頂部取樣口處加入聚丙烯酰胺進(jìn)行絮凝沉降，沉降之后的澄清槽上清液進(jìn)入灰水槽［1］。在澄清槽與灰水槽溢流管處投加分散劑（起阻垢、分散的作用），可避免管道、設(shè)備結(jié)垢，保證氣化系統(tǒng)長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行［2］。

在低磷分散劑試用前，新疆心連心能源化工有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)公司）使用山西某公司生產(chǎn)的KH500型號(hào)有機(jī)磷系列分散劑。在通常情況下，有機(jī)磷系列分散劑可以達(dá)到很好的分散效果［3］。公司使用KH500 型號(hào)分散劑時(shí)，灰水外排水總磷質(zhì)量濃度在6 mg/L 左右，而GB 13458—2013《合成氨工業(yè)污水排放標(biāo)準(zhǔn)》要求，企業(yè)外排水總磷質(zhì)量濃度限值為0.5 mg/L。因此，灰水須經(jīng)處理后才能外排，且水處理工段的除磷負(fù)擔(dān)較重。有機(jī)磷系列分散劑中的有機(jī)磷酸鹽主要起到緩蝕和阻垢的作用［4］，若分散劑直接更換為無(wú)磷配方，可能會(huì)造成灰水系統(tǒng)結(jié)垢速率加快、管道堵塞等，給氣化系統(tǒng)長(zhǎng)周期運(yùn)行帶來(lái)一定風(fēng)險(xiǎn)。分散劑對(duì)氣化系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行影響重大，更換分散劑配方須嚴(yán)格監(jiān)控試用過(guò)程，防止系統(tǒng)結(jié)垢加快。

1 分散劑降磷思路

為保證藥劑平穩(wěn)更換，分散劑降磷共分為3個(gè)階段。第一階段，分散劑磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低40%，分散劑型號(hào)由KH500更換為KH600，為保證分散劑中磷含量降低后的阻垢效果，分散劑添加量由80×10-6調(diào)整為100×10-6；第二階段，轉(zhuǎn)換過(guò)程，分散劑由KH600 型號(hào)分散劑與KH200 型號(hào)分散劑按質(zhì)量比1∶1 配制，添加量為100×10-6；第三階段，灰水外排水總磷達(dá)標(biāo)排放（總磷質(zhì)量濃度＜0.5 mg/L），分散劑全部更換為KH200 型號(hào)分散劑，添加量為100×10-6。

低磷分散劑試用期間監(jiān)控灰水指標(biāo)、蒸發(fā)熱水塔及水洗塔塔盤(pán)壓差趨勢(shì)，出現(xiàn)異常及時(shí)調(diào)整。低磷分散劑試用時(shí)間根據(jù)氣化爐倒?fàn)t計(jì)劃倒推，在倒?fàn)t前30 d左右試用低磷分散劑；倒?fàn)t后根據(jù)拆檢情況判斷試用低磷分散劑的阻垢效果，若阻垢效果達(dá)標(biāo)，則下個(gè)運(yùn)行周期全部使用該配方分散劑；再次倒?fàn)t后對(duì)灰水系統(tǒng)設(shè)備及管道結(jié)垢厚度進(jìn)行測(cè)量，計(jì)算結(jié)垢速率，判斷分散劑的阻垢效果，結(jié)合灰水總磷含量確定分散劑是否能夠長(zhǎng)期使用。

2 降磷過(guò)程中灰水關(guān)鍵指標(biāo)變化情況

2.1 灰水外排水總磷的變化

分散劑調(diào)整為KH600 型號(hào)低磷分散劑后，灰水外排水總磷質(zhì)量濃度由更換前的6 mg/L左右降低至2 mg/L左右（見(jiàn)圖1）。

圖1 2020-12-23—2021-01-23采用KH600型號(hào)低磷分散劑時(shí)灰水外排水總磷變化趨勢(shì)

分散劑調(diào)整為KH200型號(hào)低磷分散劑后，灰水外排水總磷質(zhì)量濃度由更換前的2 mg/L左右降低至0.47 mg/L左右（見(jiàn)圖2）。

圖2 2021-05-01—2021-06-01采用KH200型號(hào)低磷分散劑時(shí)灰水外排水總磷變化趨勢(shì)采用

2.2 灰水電導(dǎo)率、Ca2+質(zhì)量濃度的變化

電導(dǎo)率表征水中鹽含量，是水純凈度的一個(gè)重要指標(biāo)?；宜疂饪s程度越高，電導(dǎo)率也越高［5］。若分散劑阻垢效果好，則能保證灰水在電導(dǎo)率較高的情況下各種鹽類(lèi)溶解分散在灰水中，而不會(huì)結(jié)垢析出。因此，在氣化裝置使用煤種及系統(tǒng)置換水量不變的情況下，若灰水電導(dǎo)率突然下降則表示分散劑的阻垢效果變差，溶于水中的離子結(jié)垢析出。因此，更換分散劑配方時(shí)需要監(jiān)控灰水電導(dǎo)率的變化?；宜蠧a2+質(zhì)量濃度的變化監(jiān)控目的與電導(dǎo)率相同。

在試用KH600 型號(hào)低磷分散劑期間，灰水電導(dǎo)率、Ca2+質(zhì)量濃度較穩(wěn)定，電導(dǎo)率控制在3 050～4 035 μS/cm（見(jiàn)圖3），Ca2+質(zhì)量濃度控制在165 mg/L 左右（見(jiàn)圖4）。在氣化裝置使用煤種不變的情況下，未出現(xiàn)因調(diào)換分散劑導(dǎo)致分散阻垢效果變差，進(jìn)而造成灰水電導(dǎo)率、Ca2+質(zhì)量濃度降低的現(xiàn)象。

圖3 2020-12-24—2021-01-23采用KH600型號(hào)低磷分散劑時(shí)灰水電導(dǎo)率變化趨勢(shì)

圖4 2020-12-23—2021-01-22采用KH600型號(hào)低磷分散劑時(shí)灰水Ca2+質(zhì)量濃度變化趨勢(shì)

在試用KH200 型號(hào)低磷分散劑期間，灰水電導(dǎo)率、Ca2+質(zhì)量濃度較穩(wěn)定，電導(dǎo)率控制在3 415～3 801 μS/cm（見(jiàn)圖5）；Ca2+質(zhì)量濃度控制在162 mg/L 左右（見(jiàn)圖6），未出現(xiàn)因調(diào)換分散劑造成的分散阻垢效果差，灰水電導(dǎo)率、Ca2+質(zhì)量濃度降低的現(xiàn)象。

3 低磷分散劑的阻垢效果

氣化爐倒?fàn)t后，對(duì)氣化爐出黑水管道、蒸發(fā)熱水塔塔盤(pán)、水洗塔塔盤(pán)等部位進(jìn)行例行檢查，測(cè)量結(jié)垢厚度，并計(jì)算結(jié)垢速率，判斷分散劑阻垢效果，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 設(shè)備及管道結(jié)垢速率

由檢查情況可知，使用KH500 型號(hào)有機(jī)磷分散劑期間，各部位結(jié)垢速率最低；試用KH600 型號(hào)低磷分散劑期間，各部位結(jié)垢速率微漲；試用KH200型號(hào)低磷分散劑期間，水洗塔塔盤(pán)、氣化爐出水結(jié)垢速率與試用KH600 型號(hào)分散劑期間基本相同，蒸發(fā)熱水塔第6、7 層塔盤(pán)有較薄軟垢，不影響系統(tǒng)運(yùn)行。因此，KH200 型號(hào)分散劑磷含量低，阻垢效果滿(mǎn)足灰水系統(tǒng)運(yùn)行要求，可長(zhǎng)期使用。

4 降磷過(guò)程中存在的問(wèn)題及處理措施

4.1 總磷波動(dòng)

在分散劑降磷第一階段期間，發(fā)現(xiàn)灰水外排水總磷質(zhì)量濃度規(guī)律性波動(dòng)，由6 mg/L左右緩慢降至0.5 mg/L 左右，然后突升至6 mg/L 左右，后經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)總磷波動(dòng)周期與分散劑倒槽時(shí)間一致。造成該現(xiàn)象的主要原因是分散劑密度為1.15 g/cm3，比水大，分散劑原液在分散劑槽中用脫鹽水稀釋后送入系統(tǒng)，一槽配制好的分散劑一般使用2 d，過(guò)程中分散劑發(fā)生沉淀，下部分散劑濃度增大，上部分散劑濃度降低。公司對(duì)分散劑槽進(jìn)行了技改，增加空氣攪拌器，保證分散劑均勻加入系統(tǒng)。

4.2 結(jié)垢速率監(jiān)測(cè)滯后

氣化裝置每班分析灰水水質(zhì)指標(biāo)，外排水磷含量能夠得到及時(shí)監(jiān)測(cè)，但管道及設(shè)備結(jié)垢速率是否增加無(wú)法判斷，只能等到倒?fàn)t系統(tǒng)拆檢時(shí)測(cè)量，計(jì)算結(jié)垢速率。這種監(jiān)測(cè)方法相對(duì)滯后，于是氣化車(chē)間在灰水槽內(nèi)增加掛片，掛片置于距離灰水槽底部1 m處，保持掛片與灰水長(zhǎng)期接觸，根據(jù)需要定期取出稱(chēng)量，計(jì)算灰水系統(tǒng)結(jié)垢速率，判斷分散劑阻垢效果。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)KH200 型號(hào)低磷分散劑在灰水系統(tǒng)中的應(yīng)用，目前灰水水質(zhì)指標(biāo)穩(wěn)定，磷含量較低，氣化灰水不用除磷，即可達(dá)到直接排放的標(biāo)準(zhǔn)；KH200型號(hào)分散劑效果穩(wěn)定，能夠保證灰水系統(tǒng)阻垢效果，管道及設(shè)備結(jié)垢速率與前期使用磷含量較高的KH500型號(hào)分散劑基本相同，蒸發(fā)熱水塔塔盤(pán)垢質(zhì)松軟，易于清理。下一步，公司將結(jié)合藥劑供應(yīng)商繼續(xù)優(yōu)化分散劑的使用，降低灰水系統(tǒng)結(jié)垢速率，延長(zhǎng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間。