张蒙恩
（河南心连心化学工业集团股份有限公司，河南 新乡453700）
［摘 要］现代煤化工气化装置渣水处理系统大多采用三级闪蒸工艺，普遍存在真空闪蒸气量大、真空闪蒸冷凝器循环水用量多、黑水余热无法再利用的问题，通过Aspen Plus软件建模分析，其原因在于进入真空闪蒸罐的低压黑水温度过高。要解决气化黑水三级闪蒸工艺存在的问题，须将低压黑水的热量通过适当的方式移出并加以利用。为此，结合某甲醇厂3 000 t/d气化炉的运行情况，提出两种低压黑水余热利用方案——黑水加热低压灰水和黑水余热发电，并通过Aspen Plus软件建模和模拟计算验证余热利用方案的可行性及预期效果，同时给出两种方案如何选择的建议。
［关键词］水煤浆气化低压黑水；三级闪蒸工艺；Aspen Plus软件建模；黑水余热利用方案；加热低压灰水；ORC余热发电
［中图分类号］TQ546.5 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2021）05-0018-04
0 引 言
现代煤化工气化装置生产过程中会产生大量的渣水，气化炉、旋风分离器、水洗塔底排水统称为气化黑水，经三级闪蒸并分离细渣后的水称为灰水。煤气化装置渣水处理系统大多采用三级闪蒸工艺，高压闪蒸气和低压闪蒸气分别送变换汽提塔和除氧器回收利用，真空闪蒸气在真空闪蒸冷凝器被循环水冷凝后再回收凝液。实践表明，气化黑水三级闪蒸工艺普遍存在真空闪蒸气量大、真空闪蒸冷凝器循环水用量多、黑水余热无法再利用的问题。
某甲醇厂气化装置采用多喷嘴对置式水煤浆气化炉，气化炉设计投煤量3 000 t/d，真空闪蒸冷凝器循环水用量高达2 022 t/h，通过Aspen Plus软件建模分析，其原因在于进入真空闪蒸罐的低压黑水温度达140 ℃，黑水温度远高于真空闪蒸压力-65 kPa下蒸汽的饱和温度，使得真空闪蒸气量高达34.92 t/h，140 ℃低压黑水的低品位热量在真空闪蒸阶段被循环水移走成为无法再利用的余热。
1 气化黑水三级闪蒸Aspen Plus软件建模分析
气化黑水三级闪蒸Aspen Plus软件建模如图1
气化黑水三级闪蒸工艺流程为：气化黑水进入0.8 MPa高压闪蒸罐闪蒸，得到的高压闪蒸气进入热水塔加热低压灰水，高压闪蒸罐底液依次经过0.26 MPa低压闪蒸罐闪蒸和-65 kPa真空闪蒸罐闪蒸后进入澄清槽沉降分离，真空闪蒸气则在真空闪蒸冷凝器中被循环水降温冷凝。
摘取2021年1月28日该厂的实际生产数据作为Aspen Plus建模各物流输入数据，气化黑水三级闪蒸Aspen Plus软件模拟计算结果见表1。可以看到，模拟计算结果与实际值基本吻合。
另外，通过辅助测温枪测得真空闪蒸冷凝器（E1）循环水上水温度24.5 ℃、循环水回水温度35.0 ℃，用便携式流量计测得E1循环水用量为2 022 t/h，将E1的相关数据导入Aspen EDR软件并输入循环水上/回水温度，得出循环水用量模拟值为2 040 t/h，实际值与模拟值基本吻合，佐证了黑水三级闪蒸过程中的确存在真空闪蒸气量大、真空闪蒸冷凝器循环水用量多的问题。因此，为降低气化黑水三级闪蒸工艺真空闪蒸气量及真空闪蒸冷凝器的循环水消耗，必须降低进入真空闪蒸罐的低压黑水的温度，即将低压黑水的热量通过适当的方式移出并加以利用。
2 气化低压黑水余热利用方案
2.1 方案一——低压黑水加热低压灰水
结合低压黑水S11的热量品质和各流股状态，提出气化低压黑水余热利用方案一——低压黑水加热低压灰水。改造后系统工艺流程为：在低压闪蒸罐（V1）和真空闪蒸罐（V2）之间增设黑灰水换热器（E2），通过E2将低压黑水温度降至96.1 ℃后再进入真空闪蒸罐，同时通过E2将低压灰水升温至125 ℃后再进入热水塔。低压黑水加热低压灰水的Aspen Plus软件建模如图2（图中，S51为黑灰水换热器出口低压灰水，S111为黑灰水换热器出口低压黑水，其他流股同图1）。采用低压黑水加热低压灰水的余热利用方案，可使高压闪蒸气量增大、真空闪蒸气量减少，从而实现73.6 ℃低品位热向174 ℃高品位热的转变。
更多内容详见《中氮肥》2021年第5期