杨林1， 于贵飞2
（1.陕西延长中煤榆林能源化工有限公司，陕西 榆林718500；2. 浙江石油化工有限公司，浙江 舟山316000）
［摘 要］灰水是多元料浆气化装置的“血液”，灰水水质的好坏直接决定着整个气化装置运行状况的好坏。针对陕西延长中煤榆林能源化工有限公司气化装置2017年年中大修开车后1个多月灰水系统运行状况逐渐恶化的问题，以灰水水质分析数据为出发点，对影响灰水系统结垢的因素逐一进行分析，从而了解原料煤煤质、制浆系统水源水质、药剂添加、变换冷凝液pH、真空闪蒸效果、外排废水量、烧嘴压差波动等对灰水水质带来的影响及其影响程度，在此基础上提出了减缓气化灰水系统结垢速度、减轻气化灰水系统结垢倾向的一些控制措施。
［关键词］多元料浆气化装置；灰水系统；结垢；灰水水质；原因分析；控制措施
［中图分类号］TQ546.5 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2020）06-0018-04
1 气化装置灰水系统运行概况
陕西延长中煤榆林能源化工有限公司（简称榆林能化）气化装置采用多元料浆气化工艺，配置3台φ3 200 m m×3 800 m m气化炉（两开一备），气化炉设计压力6.5 MPa，设计原料煤处理能力3 240 t/d，其灰水处理系统采用三级闪蒸技术。灰水系统在2017年6月大检修后进行了彻底清理，澄清槽（704V05）重新加入了新鲜原水，气化装置开车后灰水系统运行稳定，但运行1个多月后灰水系统运行状况逐渐开始恶化，出现了以下现象。
（1）澄清槽（704V05）溢流堰结垢严重，导致溢流堰内的水流通道堵塞。
（2）低压灰水泵（704P06）入口管线、叶轮结垢严重，导致灰水泵打量不足，灰水泵进、出口阀开关动作困难，严重时无法进行倒泵操作，使得灰水泵出现故障时无法进行检修。
（3）废水冷却器（704E06）堵塞严重，冷却效果差，导致送往污水处理系统的污水温度偏高，且送至污水处理系统的灰水量由100 m3/h逐渐降至60 m3/h。
（4）各工序灰水管线上的阀门开关困难，严重影响系统检修时的隔离工作。
（5）低压灰水泵（704P06）送至锁斗冲洗水冷却器（703E02）的灰水量逐渐降低，锁斗冲洗水罐在补水调节阀（703FV003）全开状态下流量由120 m3/h降至30 m3/h，后期只能打开旁路维持锁斗系统的正常运行；锁斗冲洗水冷却效果差，导致锁斗操作温度和渣池水温偏高。检修发现，锁斗冲洗水冷却器管束结垢堵塞严重。
（6）低压灰水泵（704P06）送至除氧水槽（704V02）的灰水量逐渐降低，后期只能打开旁路让灰水直接进入除氧水槽水箱来维持系统的正常运行。检修发现，除氧水槽低压灰水分布器出水口结垢严重。
（7）运行一段时间后，激冷室液位逐渐降低，激冷水流量逐渐下降，致支撑板温度不对称升高，严重影响气化炉的高负荷运行。停车检修发现，激冷水管线结垢严重致激冷环布水不均。
（8）运行一段时间后，高压灰水进入洗涤塔（703T01）的温度逐渐由160 ℃降至110 ℃，与洗涤塔中220 ℃的黑水接触后加快了洗涤塔内垢片的形成；灰水处理系统高压闪蒸操作温度为179 ℃，后期出现高闪分离器（704V01）气相温度高达172 ℃的现象。这些现象表明灰水加热器（704E02）换热效果较差。
（9）灰水管线上阀门、仪表灵敏度下降，故障率升高。
收集灰水系统运行状况恶化时（2017年 8月25日—9月12日）的几组灰水水质分析数据，将其与系统运行状况良好时（2017年7月3日）的灰水水质分析数据进行对比，具体见表1。
由表1可以看出：2017年8月25日—9月12日期间灰水水质远不如2017年7月3日时的水质；其中，灰水的pH最高达9.0，pH是表征气化灰水系统结垢趋势的一个重要指标，榆林能化气化灰水设计pH指标为7～9，但后期生产运行表明气化灰水pH控制在6.5～8.5最好，当pH＞9时灰水系统结垢趋势会明显加剧；8月26日后灰水总硬度上升较快，灰水总硬度最高达2 814.8 mg/L，灰水总硬度是指水中Ca2+、Mg2+的总浓度，其含量的高低能够反映出气化灰水系统的结垢趋势；浊度及悬浮物含量是反映灰水水质变化情况最为直观的指标，8月25日后灰水浊度最高30.2 mg/L、悬浮物含量最高52 mg/L；8月25日后灰水COD呈上升趋势，其主要原因是系统补充的新鲜原水较少，灰水槽进、出水不平衡，导致灰水过度浓缩；8月25日后灰水中的钙硬度、TDS浓度也均呈上涨趋势。
2 气化灰水水质恶化的原因分析［1］
2.1 原料煤煤质
多元料浆气化工艺对原料煤质量有一定的要求，原料煤煤质变化对制浆系统、气化系统、灰水处理系统均有极大的影响。收集灰水水质变化前（2017年8月22日）与变化后（2017年9月6日—11月25日）部分煤质分析数据，其对比见表2。可以看出，灰水水质出现变化时，原料煤的全水、挥发分、硫含量、热值等变化不大，但原料煤的灰分增高较为明显。灰分是煤气化后的残留物质，其主要成分为CaO、MgO、SiO2、Al2O3、Fe3O4等，这些主要成分一般会占到95%以上，灰分的高低直接影响着气化装置运行的稳定性，灰分含量增高会增加渣的外排量，加重对耐火砖的侵蚀和磨损，会使黑水中的固含量增加，加重管道、设备、阀门的磨损，也容易造成管道结垢和堵塞。生产实践表明，灰分中CaO或者MgO含量＞15%时，会导致气化灰水的总硬度偏高；而当其中的Fe3O4含量＞15%时，会加重对耐火砖的冲刷磨蚀，尤其是对渣口砖的冲刷磨蚀；当其中的(SiO2+Al2O3)含量＞20%时，会导致气化黑水管线、激冷水管线、文丘里洗涤器等出现黑色硬垢。因此，生产中应加强原料煤的成分分析和灰分控制。
2.2 制浆系统水源水质
为节能降耗、控制高危废水的处理成本，榆林能化气化装置制浆系统除原水外将生产废水也作为煤浆制备的水源，主要包括少量的火炬冷凝液、705工艺冷凝液、DMTO含甲醇废水、净化甲醇废液、细渣过滤液、DMTO废碱液。随机抽取2017年9月10日进入制浆系统各路水源水质分析数据，详见表3。可以看出：细渣过滤液中TDS含量高，COD值相较于其他废水稍低；其余废水COD值高，属高COD废水；火炬冷凝液油含量高，属高含油废水；DMTO废碱液pH为13.0，呈强碱性，属高碱废水。生产实践表明，三高废水［2］（高碱、高油、高COD）与生产系统排出的废水，其中的碱、油、COD等物质均来自原料水煤浆，随着反应的进行及进入后续工艺系统，产生的碱、油、COD最终全部进入水系统中。
榆林能化多元料浆气化装置的生产实践表明，在保证原料煤煤质不变的情况下，制浆系统加入上述6种生产系统废水不会对水系统产生严重影响。在原料煤煤质不变的情况下，随机抽取上述6种废水混合作为制浆系统用水前（2019年5月25日）与制浆系统用水后（2019年6月12日和2019年7月18日）灰水水质分析数据，其对比见表4。
由表4可以看出：制浆系统加入各路生产系统废水后，灰水pH较为稳定（约8.2），且灰水浊度均小于15 mg/L，表明灰水絮凝沉降效果较好，所选择的絮凝剂适应性较好；灰水的总硬度、钙硬度均呈上升趋势，只要选择性能较好的阻垢分散剂就可有效缓解灰水系统的结垢倾向。总的来说，在保证原料煤不变的情况下，将各路生产废水作为制浆系统用水对灰水水质不会产生明显的不良影响。
2.3 药剂添加方面
更多内容详见《中氮肥》2020年第6期