气化灰水系统结垢原因分析与对策
康红欣，王堃，杨喻，王肇君
（中海油天津化工研究设计院，天津300131）
［摘 要］简要介绍了某水煤浆加压气化装置灰水系统的工艺流程、灰水的特点、灰水系统各部位垢样的主要成分，分析了灰水系统各部位结垢的原因，并针对这种特有工艺及水质条件，对控制灰水系统结垢提出了一些建议。
［关键词］ 水煤浆气化；灰水系统；结垢；垢样成分；原因分析；控制措施
［中图分类号］TQ 546 ［文献标志码］ B ［文章编号］1004-9932（2015）
0 引 言
在世界能源紧缺的现实下，大力发展煤炭资源的综合利用是我国能源化工领域的一个重要发展趋势。煤气化是煤洁净高效利用技术之一，是一项共性技术、关键技术、“龙头”技术，应用领域极为广泛，其中水煤浆气化技术以其技术成熟、工艺较简单、安全性高、投资省等特点，得到了广泛的应用。
我国自1993年由鲁南化肥厂引入第1套德士古水煤浆煤气化装置起，至今已有数十套装置投入运行［1］。德士古水煤浆加压气化技术刚引入我国时曾经遇到过很多难题，其中灰水系统的结垢问题困扰企业多年，严重影响生产的正常运行［2］。中海油天津化工研究设计院作为国家工业水处理工程技术研究中心的依托单位，自1994年起一直把水煤浆煤气化装置灰水系统的阻垢分散处理作为一个重要课题，进行长期跟踪研究和现场技术服务。通过对多个厂家煤气化装置灰水处理的技术支持服务，经过多年的摸索，全面掌握了灰水系统生产流程的特点，对影响灰水水质的多种因素有了深刻的认识，在对水煤浆气化装置灰水系统各个部位垢样的主要成分及结垢原因进行分析和总结的基础上，提出了相应的阻垢措施，为水煤浆气化装置灰水系统的长期稳定运行提供了宝贵的经验。
1 灰水系统工艺流程
气化炉激冷室底部的激冷水和碳洗塔塔底的煤气洗涤水通过黑水管线进入闪蒸系统，逐级通过高压闪蒸罐、低压闪蒸罐、真空闪蒸罐。高温黑水通过闪蒸降温后，浓缩黑水中的灰渣、粉尘，闪蒸后的黑水被送到沉降槽。灰渣、粉尘在沉降槽中絮凝沉降，澄清的灰水通过沉降槽的溢流堰进入灰水槽。灰水槽的灰水通过灰水泵，一路送往脱氧槽，与新鲜水、低温变换冷凝液混合，然后由高压灰水泵送往碳洗塔去洗涤合成气，再由激冷水泵送入文丘里洗涤器及激冷环；一路送往锁斗冲洗水储槽作为锁斗冲洗水。周而复始，循环使用［3］。
2 灰水系统水质特点
某6.5 MPa水煤浆气化炉黑灰水物性数据见表1。
表1 某6.5 MPa水煤浆气化炉黑灰水物性数据
|
物料名称 |
温度/℃ |
压力/MPa |
固含量/‰ |
|
气化炉激冷水 |
244 |
6.65 |
1.07 |
|
出气化炉黑水 |
250 |
6.45 |
0.95 |
|
出碳洗塔黑水 |
244 |
6.25 |
2.0 |
|
高压闪蒸处黑水 |
175 |
0.9 |
2.15 |
|
低压闪蒸处进水 |
111 |
0.15 |
2.38 |
|
沉降槽入口黑水 |
70 |
0.03 |
2.57 |
|
灰水槽出水 |
70 |
0.03 |
极少 |
从表1数据可以看出，水煤浆气化黑灰水不同于工业循环冷却水，具有高压、高温、高悬浮物含量的特点［4］。
（1）高悬浮物含量
煤中含有一定量的SiO2、Fe2O3、Al2O3等，这些物质在水煤浆加压气化炉燃烧后，随煤气洗涤水进入黑水中，使黑水中悬浮物浓度在1 000～4 000 mg/L，絮凝处理后灰水中悬浮物浓度在20～100 mg/L。
（2）系统水温高，温度变化大
煤气化渣水属于工艺用水，气化炉激冷水及碳洗塔洗涤水温度高达240 ℃左右，从气化炉和碳洗塔出来的黑水经过闪蒸系统降温，最终到达沉降槽的黑水温度降低到70 ℃左右。水温在240～70 ℃之间较大幅度变化，其中，灰水在200 ℃以上的高温区大约滞留30 min。
（3）系统压力高，压力变化大
不同于普通循环水系统，煤气化渣水属于工艺用水，气化炉激冷室中的激冷水及碳洗塔的洗涤水的压力基本与气化炉操作压力相当 (2.7～6.5 MPa)，在闪蒸系统灰水压力逐级降低，最终出闪蒸系统进入沉降槽时压力变为常压，变化幅度大。
更多内容请见《中氮肥》2015年第3期