粉煤氣化水系統(tǒng)結(jié)垢分析與優(yōu)化

羅開(kāi)懷，尹興，王恬恬

粉煤氣化水系統(tǒng)結(jié)垢分析與優(yōu)化

羅開(kāi)懷，尹興，王恬恬

（黔西縣黔希煤化工投資有限責(zé)任公司，貴州 畢節(jié) 551500）

粉煤氣化水系統(tǒng)水質(zhì)的好壞直接影響著系統(tǒng)是否能安穩(wěn)長(zhǎng)周期運(yùn)行，因此，必須確保水質(zhì)的各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)標(biāo)合格，若灰水沒(méi)有有效的措施管控，則水系統(tǒng)水質(zhì)變差，動(dòng)靜設(shè)備管道積渣結(jié)垢更加嚴(yán)重，影響系統(tǒng)正常運(yùn)行，因此，做好灰水水質(zhì)的管控是非常重要的。結(jié)合大修拆檢對(duì)水系統(tǒng)曾出現(xiàn)問(wèn)題的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)分析，并以此提出有關(guān)水系統(tǒng)水質(zhì)的管控及優(yōu)化措施。

粉煤氣化；灰水水質(zhì)；積渣結(jié)垢分析；管控及優(yōu)化

貴州黔?；?0萬(wàn)t·a-1乙二醇項(xiàng)目氣化裝置采用航天粉煤加壓氣化工藝，設(shè)3套氣化爐系統(tǒng)，正常生產(chǎn)時(shí)兩開(kāi)一備，氣化爐操作壓力為4.0 MPa，操作溫度13 50～1 600 ℃，雙爐日投煤量1 500 t，均使用本地三高無(wú)煙煤。同時(shí)將系統(tǒng)中產(chǎn)生的高濃度黑水進(jìn)入高、低閃兩級(jí)閃蒸系統(tǒng)進(jìn)行閃蒸降溫、固體濃縮、熱量回收、酸性氣體解析，經(jīng)濃縮黑水、沉降除塵、過(guò)濾分離出的粗渣、細(xì)渣被運(yùn)送至渣場(chǎng)堆存，閃蒸汽與進(jìn)入汽提塔灰水逆流換熱，不凝氣排放至硫回收或火炬燃燒環(huán)保達(dá)標(biāo)和回收蒸汽凝液進(jìn)入沉降槽循環(huán)利用。其進(jìn)入沉降槽黑水流量約580 t·h-1（兩臺(tái)氣化爐排水約370 t·h-1，兩臺(tái)洗滌塔排水約60 t·h-1，兩臺(tái)渣池泵排水約100 t·h-1，沉渣池泵排水約10 t·h-1），系統(tǒng)外排廢水量 70～100 t·h-1，沉降槽黑水溫度正常約70 ℃；另一股補(bǔ)水來(lái)自變換的高壓冷凝液，約45 t·h-1進(jìn)入洗滌塔塔盤(pán)。通過(guò)添加各類藥劑確?；宜|(zhì)合格穩(wěn)定，避免或減緩設(shè)備、管道結(jié)垢和腐蝕速率，保證氣化裝置水系統(tǒng)能安全、滿負(fù)荷、長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。因此，有效管控灰水的水質(zhì)指標(biāo)對(duì)防止氣化水系統(tǒng)管道設(shè)備積渣結(jié)垢具有重要意義[1]。

1 設(shè)備管道不同點(diǎn)的垢物分析數(shù)據(jù)和日?；宜笜?biāo)

1.1 不同部位的垢樣分析數(shù)據(jù)

利用本次停車檢修機(jī)會(huì)對(duì)灰水、黑水循環(huán)系統(tǒng)不同位置容易結(jié)垢的垢片進(jìn)行取樣分析，通過(guò)分析垢片數(shù)據(jù)和組分對(duì)比推算各系統(tǒng)結(jié)垢趨勢(shì)及形成垢片的原因，這樣才能有效把控和管控系統(tǒng)，使其不斷優(yōu)化革新系統(tǒng)盲區(qū)及設(shè)備管道系統(tǒng)的內(nèi)部環(huán)境，其停車后在不同位置垢樣分析數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 不同位置垢樣分析數(shù)據(jù)

由表1可知，不同位置沉積物的酸不溶物含量不同，這些沉積物主要為黑水沉降過(guò)程中部分細(xì)小渣粒進(jìn)入灰水系統(tǒng)（主要成分為SiO2、石英、偏硅酸鋁等）；Al2O3含量偏高可能是使用本地三高兩低（高灰分、高硫、高灰熔點(diǎn)、低揮發(fā)份、低可磨指數(shù)）無(wú)煙煤[2]灰分含量較高且灰分中Al2O3含量較高造成的。550 ℃灼燒失重?cái)?shù)據(jù)表明其主要成分為煤泥及有機(jī)物；950 ℃ 灼燒失重?cái)?shù)據(jù)顯示，CaO、MgO含量相對(duì)低，說(shuō)明系統(tǒng)分散阻垢比較好。Fe2O3含量偏高可能是系統(tǒng)中腐蝕控制或外界帶入的Fe離子導(dǎo)致的。酸不溶物含量過(guò)高，這種沉積物進(jìn)行化學(xué)清洗的可能性很小，通過(guò)取樣沉積物實(shí)驗(yàn)室小試，基本無(wú)法進(jìn)行化學(xué)清洗。

1.2 氣化粗細(xì)渣中氧化物的分析

氣化粗細(xì)渣中氧化物質(zhì)量分?jǐn)?shù)的分析數(shù)據(jù)如表2所示。從表2分析數(shù)據(jù)可以看出，粗細(xì)渣[3]中含硅鋁比高[4]，酸性氧化物（SiO2、Al2O3）和堿性氧化物（Fe2O3、CaO、K2O）中SiO2+Al2O3含量高于70%，SiO2含量高造成軟化溫度和流動(dòng)溫度溫差大，粗細(xì)渣中的Al2O3含量增大灰熔點(diǎn)升高[5]，酸性物在粗細(xì)渣中含量差別不大，但堿性物中粗渣含量遠(yuǎn)高于細(xì)渣含量，粗渣中不同樣品含量差別很小。

表2 氣化粗細(xì)渣中氧化物質(zhì)量分?jǐn)?shù)的分析數(shù)據(jù)

1.3 水系統(tǒng)水質(zhì)濁度、pH、總硬度、COD等指標(biāo)

氣化灰水水質(zhì)常規(guī)分析指標(biāo)如表3所示。從表3可以得出，雖實(shí)際運(yùn)行指標(biāo)優(yōu)于設(shè)計(jì)指標(biāo)，但指標(biāo)控制穩(wěn)定性差，煤種偏差設(shè)計(jì)波動(dòng)大，水系統(tǒng)中循環(huán)與外排水含的結(jié)垢離子量達(dá)不到平衡狀態(tài)，長(zhǎng)期這樣波動(dòng)和運(yùn)行下去水溶度達(dá)到飽和后就容易溶解析出在系統(tǒng)內(nèi)形成結(jié)垢[6-8]，因此，要熟悉掌握探索煤種變化影響水質(zhì)指標(biāo)的關(guān)系，在不同煤種不同工況不同運(yùn)行方式下系統(tǒng)水質(zhì)指標(biāo)的變化范圍和平衡值及結(jié)垢趨勢(shì)，才能及時(shí)調(diào)整系統(tǒng)藥劑添加量和補(bǔ)水置換及外排量，確保指標(biāo)合格，系統(tǒng)離子濃度達(dá)到進(jìn)出平衡，避免系統(tǒng)結(jié)垢。

表3 氣化灰水水質(zhì)常規(guī)分析指標(biāo)

從表1、表2、表3中分析數(shù)據(jù)看，灰水沉降藥劑處理后仍有部分細(xì)小顆粒存于循環(huán)使用灰水中，越往下游用戶或流速越低沉積結(jié)垢概率越大，高溫高壓區(qū)域鈣各組分吉布斯自由能更高，黑水中的混合物易飽和，結(jié)垢更堅(jiān)硬，離阻垢劑加入點(diǎn)越近其效果相對(duì)要好，水溫越高阻垢劑效果相對(duì)較差。黑水管線、灰水外排管線、設(shè)備內(nèi)沉積物主要為酸不溶物、Al2O3、煤泥和有機(jī)物構(gòu)成。氣化爐反應(yīng)是一個(gè)比較復(fù)雜的過(guò)程，黑水灰水的水質(zhì)情況受到外部因素的影響較多，如氣化爐原料煤的煤質(zhì)或配比的變化等。

2 管控及優(yōu)化

2.1 進(jìn)入沉降槽水溫控制增強(qiáng)絮凝沉降效果

2.1.1 水溫的管控

絮凝效果的好壞受進(jìn)入沉降槽黑水溫度的影響，水溫過(guò)高易造成聚丙烯酰胺失效，其水溫關(guān)鍵在于高、低閃負(fù)荷需嚴(yán)格按設(shè)計(jì)指標(biāo)控制，操作工況穩(wěn)定，黑水中固體濃縮、熱量回收、酸性氣體的解析完全，促進(jìn)水溫達(dá)標(biāo)。

2.1.2 絮凝劑（聚丙烯酰胺）調(diào)配比量

目前雖然已實(shí)現(xiàn)藥劑加藥濃度可控，但仍存在安全隱患、配濃度過(guò)高的制約、絮凝劑配藥槽不能切換等問(wèn)題，還需按照以下方案優(yōu)化：將一樓的兩臺(tái)1 200 L·h-1的加藥泵搬到二樓替換兩臺(tái)250 L·h-1的加藥泵，在一樓增設(shè)兩臺(tái)2 500～3 000 L·h-1的加藥泵。將一樓的分散劑槽改為絮凝劑槽，與原來(lái)的絮凝劑槽互為備用。通過(guò)改造以后，一樓和二樓的加藥泵和加藥槽都可以實(shí)現(xiàn)一開(kāi)一備，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)絮凝劑投加量的雙向調(diào)節(jié)。藥劑槽一開(kāi)一備以后，必須在規(guī)定低液位以后再切換藥劑槽，切換為備用槽以后才可以進(jìn)行藥劑配制，這樣可以保證藥劑配置濃度嚴(yán)格控制在0.5％～1.0％以內(nèi)，保證藥劑的充分溶解，同時(shí)維持藥劑濃度的相對(duì)穩(wěn)定，對(duì)于調(diào)整和控制藥劑加量非常有利。

2.1.3 增設(shè)阻垢分散劑的加入點(diǎn)

在現(xiàn)有加入點(diǎn)（沉降曹溢流管和低壓灰水泵進(jìn)口）的基礎(chǔ)上，建議增設(shè)除氧水泵出口管和激冷水過(guò)濾器處加藥點(diǎn)，可以根據(jù)運(yùn)行的實(shí)際情況合理分配各個(gè)點(diǎn)的加藥量和阻垢劑濃度，從而改善廢水冷卻器、灰水管線、激冷水管線及激冷環(huán)的結(jié)垢沉渣速率，同時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)打開(kāi)設(shè)備管道情況加強(qiáng)配方優(yōu)化試驗(yàn)，減少停車檢修頻率，保障工藝裝置的安全、穩(wěn)定、長(zhǎng)周期滿負(fù)荷優(yōu)化運(yùn)行。

2.2 運(yùn)行操作方面的預(yù)防與優(yōu)化

根據(jù)煤種、工藝變化及時(shí)對(duì)分散劑配方和加藥方案進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)配備多種選型好的絮凝劑，多方面尋找處理方法和最佳添加量，來(lái)解決灰水目前存在的問(wèn)題，提高絮凝沉降效果。

控制原料的選擇，選用低灰分低硫低灰熔點(diǎn)的無(wú)煙煤，合理的堆放和摻配比例及石灰石的添加量，確保煤種相對(duì)穩(wěn)定，灰分相對(duì)低。灰分高進(jìn)入系統(tǒng)不僅會(huì)對(duì)生產(chǎn)產(chǎn)生影響，引起各項(xiàng)消耗的增加和各參數(shù)的變化，還會(huì)加劇管道的磨蝕和結(jié)垢程度，須保證合理的灰水外排量，避免過(guò)度濃縮惡性循環(huán)，降低系統(tǒng)結(jié)垢的風(fēng)險(xiǎn)。

加強(qiáng)對(duì)設(shè)備管道的防磨蝕腐蝕管理和控制措施，通過(guò)表1數(shù)據(jù)中結(jié)垢物的成分可以得出鐵離子的含量要高于其他成分離子的含量，雖這些離子大部分來(lái)于原料煤中，但其余的鐵離子成分則來(lái)自設(shè)備管道磨蝕及腐蝕，例如磨煤機(jī)內(nèi)壁磨蝕、粉煤加壓輸送系統(tǒng)的罐和管道磨損、破碎機(jī)環(huán)錘的磨蝕、原料煤中的鐵物及水系統(tǒng)的設(shè)備管道的磨蝕腐蝕等。通過(guò)對(duì)設(shè)備點(diǎn)檢修和定期維護(hù)保養(yǎng)，對(duì)設(shè)備管道易磨損腐蝕部件進(jìn)行耐磨耐腐蝕改進(jìn)都會(huì)在一定程度上降低系統(tǒng)中鐵離子的濃度。

控制灰水系統(tǒng)的pH，pH低設(shè)備管道易腐蝕，pH高設(shè)備管道結(jié)垢，灰水結(jié)垢的難易程度取決于pH值得控制，正常情況下灰水應(yīng)為弱堿性，這樣才能減緩水系統(tǒng)設(shè)備管道結(jié)垢和腐蝕速度。其次要控制系統(tǒng)的懸浮物，數(shù)值偏高不僅會(huì)加劇鈣鎂離子的結(jié)晶，還會(huì)吸附部分阻垢劑中的羧酸根和磷酸根離子，從而影響阻垢劑的分散效果。

目前水系統(tǒng)采取激冷水水泵雙泵運(yùn)行提速提量，減少動(dòng)靜設(shè)備死角盲區(qū)積渣或減緩結(jié)垢速率。例如激冷水調(diào)節(jié)閥副線手閥有三分之一開(kāi)度，備泵啟動(dòng)前先清理進(jìn)口過(guò)濾器止回閥，根據(jù)激冷水過(guò)濾器壓差情況切除清洗或切除在線排放，確保大量的渣塊垢塊不進(jìn)入下游系統(tǒng)，降低灰水黑水[9-10]中的含固量，進(jìn)一步減緩水系統(tǒng)結(jié)垢的速率，其為氣化裝置安穩(wěn)長(zhǎng)周期運(yùn)行夯實(shí)根基。

加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)管理與藥劑供應(yīng)商溝通交流共同維護(hù)水質(zhì)的穩(wěn)定，黑水、灰水的管理比較復(fù)雜，運(yùn)行管理過(guò)程中不能只依賴某一方，藥劑和工藝上的穩(wěn)定控制起著同等重要的作用，密切關(guān)注工藝上的波動(dòng)以及給灰水帶來(lái)的影響，做出藥劑相應(yīng)的調(diào)配，確保水質(zhì)長(zhǎng)期穩(wěn)定合格。

3 結(jié) 論

氣化水系統(tǒng)是保障粉煤氣化爐穩(wěn)定運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)，而灰水是水系統(tǒng)的血液，水質(zhì)的好壞直接影響水系統(tǒng)的阻垢分散效果及運(yùn)行的穩(wěn)定性，須嚴(yán)格控制灰水濁度、懸浮物、pH、總硬度等水質(zhì)指標(biāo)的合格率，選擇合適的藥劑和添加量降低水系統(tǒng)阻垢難度；穩(wěn)定工況控制水溫恒定，加大水系統(tǒng)循環(huán)量降低鈣鎂離子析出的概率，應(yīng)盡量使用選定單一、穩(wěn)定的優(yōu)質(zhì)煤源供給，當(dāng)煤質(zhì)變化時(shí)應(yīng)選擇一定比例配煤摻燒技術(shù)降低三高無(wú)煙煤的灰分、灰熔點(diǎn)和硫含量，減少入爐煤指標(biāo)波動(dòng)而造成爐況波動(dòng)引起水系統(tǒng)水質(zhì)的變化，進(jìn)而導(dǎo)致藥劑效果差，加劇了結(jié)垢的速率。根據(jù)煤種特性、藥劑型號(hào)及添加量引起爐況和水質(zhì)變化收集數(shù)據(jù)，采取相應(yīng)的管控優(yōu)化措施，使水質(zhì)指標(biāo)控制在理想水平，降低了系統(tǒng)阻垢難度，從根本上消除或減緩結(jié)垢的隱患，提高了系統(tǒng)運(yùn)行的有效性及安全性，保障了氣化爐的安穩(wěn)長(zhǎng)滿優(yōu)運(yùn)行。

［1］馬樂(lè)波．煤氣化水系統(tǒng)運(yùn)行問(wèn)題分析和優(yōu)化措施[J]．煤化工，2019，46（6）：35-37．

［2］胥國(guó)領(lǐng)．織金礦區(qū)高階無(wú)煙煤對(duì)煤氣化技術(shù)的適用性分析[J].煤炭加工與綜合利用，2021（1）：67-74．

［3］楊帥，石立軍．煤氣化細(xì)渣組分分析及其綜合利用探討[J].煤化工，2013，41（4）：29-31.

［4］張昀朋，丁華，白向飛.神東礦區(qū)高硅鋁比煤灰黏溫特性研究[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2021，49（4）：244-250.

［5］麻棟，白向飛. Al2O3對(duì)神東煤灰渣熔體特性的影響[J]. 煤炭轉(zhuǎn)化，2017，40（1）：59-64．

［6］米渭清，王衛(wèi)軍.德士古煤氣化灰水工藝分析[J].化工管理，2016（28）：112．

［7］楊林，于貴飛.多元料漿氣化裝置灰水系統(tǒng)結(jié)垢原因及控制措施[J].中氮肥，2020（6）：18-21．

［8］康紅欣，王堃，楊喻，等.氣化灰水系統(tǒng)結(jié)垢原因分析與對(duì)策[J].中氮肥，2015（3）：10-13．

［9］賈喆，潘進(jìn)平，許明，等. 延長(zhǎng)水煤漿氣化水系統(tǒng)運(yùn)行周期方法探討[J].化工設(shè)計(jì)通訊，2016，42（1）：11-12．

［10］花蕓，蔡可慶.多噴嘴水煤漿加壓氣化工藝黑水系統(tǒng)存在問(wèn)題及分析[J].化肥工業(yè)，2013，40（1）：10-12.

Scaling Analysis and Optimization of Pulverized Coal Gasification Water System

,,

（Qianxi Coal Chemical Investment Co., Ltd., Guizhou Bijie 551500, China）

The quality of pulverized coal gasification water system directly influences whether the system can run steadily for long periods. Therefore, the water quality indicators must be ensured to meet the standard, if there is no effective measures to control the gray water, water system water quality is worse, static and static equipment pipeline slag fouling is more serious, affecting the normal operation of the system, Therefore, it is very important to do a good job of grey water quality control. In this paper,combined with overhaul demolition inspection of the water system, the key points of problems were analyzed, and water system quality control and optimization measures wereput forward.

Pulverized coal gasification; Analysis of water quality; Slagging and fouling in grey water; Control and optimization

2021-05-26

羅開(kāi)懷（1987-），男，貴州省凱里市人，侗族，助理工程師，研究方向：煤氣化工藝技術(shù)。

尹興（1985-），男，工程師，研究方向：煤氣化工藝管理。

TQ546

A

1004-0935（2021）12-1911-04