庞忠荣1，马乐波2
（1. 国家能源集团宁夏煤业有限责任公司，宁夏 银川750011；2. 宁夏神耀科技有限责任公司，宁夏 银川750011）
［摘 要］ 当前以激冷流程为代表的煤气化技术得到了广泛应用，其气化水系统结垢和堵塞属普遍现象，成为影响气化装置长周期运行的重大问题，其中废水换热器结垢和堵塞问题尤为严重。以宁夏宁东能源化工基地某大型干煤粉气化装置为例，结合其实际运行情况，从废水换热器的设计选型、运行工艺控制、灰水水质情况及换热器垢样成分等方面分析与探讨废水换热器易结垢和堵塞的原因，并提出优化改进废水换热器运行状况的建议，以期为激冷流程气化装置废水换热器运行问题的解决提供一些参考与借鉴。
［关键词］气化装置；废水换热器；结垢堵塞；设计选型；工艺控制；灰水水质；垢样成分；优化改进
［中图分类号］TQ546.5 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2021）05-0015-03
0 引 言
煤气化作为一种高效的煤炭综合利用手段，是现代煤化工装置的龙头及其能否正常运行的关键所在，也是近年来我国能源化工领域的重要研究方向［1］。在众多的煤气化技术中，当前以激冷流程为代表的煤气化技术得到了广泛应用，各种炉型层出不穷，如GE水煤浆气化炉、多喷嘴水煤浆气化炉、多元料浆气化炉、GSP气化炉、航天炉、神宁炉、科林炉、东方炉等［2-3］。虽然不同煤气化技术的激冷流程有所不同，但其水系统均主要包括黑水处理和灰水循环两大部分，水系统结垢和堵塞是影响气化装置长周期运行的重大问题，而很多气化装置废水换热器的结垢和堵塞问题尤为严重［4］。已发表的期刊论文中，如孔德升、徐超等［5-6］对多喷嘴水煤浆气化渣水系统运行过程中出现的堵塞和结垢问题进行了分析与探讨，并提出了一些处理措施。
宁夏宁东能源化工基地某大型干煤粉气化装置采用激冷流程，其废水换热器运行过程中易出现结垢和堵塞问题，废水换热器平均运行周期约30 d，严重影响气化装置的长周期稳定运行。为此，结合该气化装置的实际运行情况，以下从废水换热器自身的设计选型、运行工艺控制、灰水水质情况及换热器垢样成分等方面进行分析与探讨，以期有效改善废水换热器的运行状况。
1 废水换热器的设计选型
该大型干煤粉气化装置目前有3种不同规格/型号的废水换热器（简称A型、B型、C型）。A型废水换热器为原始设计的废水换热器（8程，换热面积482 m2，运行周期约10 d），不能满足正常生产所需；后技改增设B型废水换热器（8程，换热面积995 m2，运行周期约30 d）和C型废水换热器（2程，换热面积1 096 m2，运行周期在50～60 d）。
据实际生产经验，一般从两个方面判断废水换热器堵塞或结垢与否：一是废水换热器的过水量，即通过其入口阀的调节进行判断，入口阀开度持续增大而过水量不变或增加不明显时，基本上可判断废水换热器已堵塞；二是废水换热器的出水温度，目前根据下游系统工艺设计要求，废水换热器出口废水温度不高于40 ℃，否则基本上可判断废水换热器结垢严重，需停运交付清洗。
从实际运行情况来看，B型、C型废水换热器较之于A型废水换热器增加换热面积后，换热器的换热容量得到增加，换热器短时间内不存在堵塞限流和出口废水超温的情况，相较于A型废水换热器运行周期明显延长；虽然B型、C型废水换热器换热面积相近，但C型废水换热器运行周期明显较长，初步分析认为是C型废水换热器采用了2程式设计，降低了废水在管束内的压降和来回往返过程，使得其管束内水流速度相对更快，水中杂质沉积堵塞的几率减少，过水量得以较好地保持，因而其运行周期相对较长。可见，废水换热器运行周期的长短在很大程度上取决于设备自身的选型与换热能力，合理的选型设计是废水换热器长周期运行的基本保障。
此外，对于管程换热器的设计而言，为增大对流传热系数、降低污垢热阻，一般设计管束内流体流速不小于0.5 m/s。而据该气化装置废水换热器的设计，在不计任何压力损失及管道阻力降的情况下，换热器管束内流体流速为0.33～0.51 m/s。实际生产中，一方面在排水量低的情况下换热器管束内流体流速会更低，另一方面气化黑水中悬浮物及固体颗粒含量较多，此两方面的原因导致废水换热器易结垢和堵塞。
总之，废水换热器的设计选型决定了其换热能力及换热面积、换热管束内流体的流速，设备选型偏小是造成废水换热器运行周期短（易结垢和堵塞）的根本原因。
2 运行工艺控制
现场拆开废水换热器，对其内部检查后发现换热管束及封头处沉积有一些颗粒状黑色粗渣。分析认为，粗渣被带入废水换热器的途径有两个：一是捞渣机里的粗渣通过渣水泵输送进入沉降槽，而后粗渣跟随系统水进入循环水罐和废水换热器；二是粗渣进入激冷室与闪蒸系统连接的黑水管线，继而进入闪蒸系统后也逐步进入沉降槽及循环水罐和废水换热器。上述两个途径应该都与系统工况波动有关。因此，探究系统工况波动的原因有利于防止气化粗渣被带入水系统。
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