王志敏，侯茂林，贾博，张超，李露，郭占荣
（浙江石油化工有限公司，浙江 岱山316000）
［摘 要］浙江石油化工有限公司水煤浆加压气化装置采用华东理工大学多喷嘴对置式气化炉，黑水处理系统采用高压闪蒸、低压闪蒸、真空闪蒸三级闪蒸工艺。2019年11月气化装置一次投料成功，整体运行情况较好，但生产中因灰水水质差，灰水系统管线、阀门结垢严重，尤其是2020年开始掺烧石油焦后，经常发生黑水闪蒸角阀后结垢堵塞及一级/二级混合器结垢的现象，气化炉运行周期由平均约100 d降至55 d。结合浙江石化气化炉所用石油焦与原料煤的分析数据，以及黑水（或灰水）水质分析数据、垢样分析数据等，对气化水系统结垢原因进行梳理与分析，通过采取更换灰水分散剂、增加灰水分散剂加入点、改造气化炉黑水进入闪蒸系统角阀后三通、减少气化炉燃烧室内N2加入量、严控冬季原料煤中防冻液氯化钙的添加量等优化措施后，2020年10月黑水与灰水水质逐步恢复正常，灰水系统再未发生结垢堵塞现象，气化炉运行周期恢复至100 d以上。
［关键词］多喷嘴水煤浆气化装置；掺烧石油焦；灰水系统结垢；原料分析；垢样分析；水质分析；结垢原因分析；优化措施
［中图分类号］TQ546.5 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2022）04-0021-04
0 引 言
浙江石油化工有限公司（简称浙江石化）水煤浆加压气化装置采用华东理工大学多喷嘴对置式气化炉，6台气化炉四开两备，气化炉设计操作压力6.5 MPa、操作温度1 150～1 250 ℃，单炉设计投煤量2 500 t/d。气化装置主要由制浆系统、气化系统、洗涤系统及黑水处理系统组成，其中，黑水处理系统采用高压闪蒸、低压闪蒸、真空闪蒸三级闪蒸工艺。
2019年11月14日，浙江石化气化装置一次投料成功，整体运行情况较好，但生产中因灰水水质差，灰水系统管线、阀门结垢严重。2020年浙江石化气化装置开始掺烧石油焦，初期石油焦最高掺烧比例为45%，之后为提高石油焦的处理能力及减少原料煤用量，一直在探索高比例掺烧或全烧石油焦的工作，并于2021年7月29日—8月30日完成1#气化炉全烧石油焦的试验；掺烧石油焦后，经常发生黑水闪蒸角阀后结垢堵塞及一级/二级混合器结垢现象，造成气化炉非计划停车，气化炉运行周期由平均约100 d降至55 d，严重制约着气化炉的长周期、稳定运行。之后，浙江石化通过对黑水处理系统各部位的水样、垢样进行分析，找到了气化水系统结垢及灰水水质差的原因，并采取了相应的解决措施，气化炉运行周期恢复至100 d以上。以下对有关情况作一简介。
1 分析检测情况
1.1 石油焦与原料煤分析数据
浙江石化气化炉所用石油焦及原料煤的典型元素分析及工业分析数据见表1。可以看出：石油焦与原料煤的成分区别较大，尤其是石油焦中硫、固定碳含量较高，但挥发分低，属于高硫、活性较差的气化原料；原料煤与石油焦中的氮含量均在1%左右，其哈氏可磨性指数（HGI）基本一致，在研磨制浆上不存在问题。虽石油焦碳含量较原料煤碳含量高，但石油焦挥发分低、反应活性差，气化效率低于原料煤，表征为黑水中炭黑及细渣量会明显高于原料煤气化时，且石油焦中硫含量远高于原料煤，导致灰水中悬浮物、Ca2+、Mg2+含量等偏高，灰水水质差而易致管线及阀门等结垢。
1.2 黑水（或灰水）水质检测
为找到灰水水质变差及系统结垢的原因，分别对气化炉激冷室黑水、捞渣机黑水、水洗塔黑水、旋风分离器底部黑水、高闪黑水、低闪黑水和灰水槽灰水7个样品进行检测分析，典型的黑水与灰水水质分析数据见表2。可以看出，气化炉黑水总硬度（以CaCO3计，下同）、pH、Cl-含量偏高，气化炉黑水和低闪黑水Ca2+含量（采用ICP等离子发射光谱仪分析）分别为621.4 mg/L和694.4 mg/L，而气化炉黑水和低闪黑水Ca2+含量较理想的数据应在350 mg/L以下，判断黑水与灰水Ca2+含量偏高为系统结垢的主因。
1.3 垢样分析
高压闪蒸黑水角阀后垢样XRD分析结果为方解石（化学成分为CaCO3）100%，无石英、高岭石、CaCO3、镁方解石（化学成分主要为CaCO3，含少量MgCO3）；混合器垢样（一级、二级混合器垢样成分基本相同，统称为混合器垢样）典型XRD分析结果为CaCO3 65.71%、镁方解石34.29%，无石英、高岭石、方解石。高压闪蒸黑水角阀后垢样与混合器垢样典型XRF分析数据见表3。总之，高压闪蒸黑水角阀处垢样主要成分为CaCO3，混合器处垢样主要成分为CaCO3和MgCO3，两处垢样的主要成分与黑水中Ca2+含量高相印证，同时垢样中还有部分复合垢存在。
2 原因分析
2.1 黑水（或灰水）水质分析
2.1.1 黑水与灰水Cl-含量偏高
黑水与灰水Cl-含量偏高，主要原因为冬季原料煤中添加防冻液氯化钙所致。Cl-含量偏高会对不锈钢设备、管道产生腐蚀——不锈钢在Cl-含量＞25×10-6的环境下会发生应力腐蚀、孔蚀、晶间腐蚀。因此，生产中应严格控制原料煤煤质，减少原料煤中氯化钙的添加量，确保原料煤中Cl-含量≤500 mg/kg［1］。
2.1.2 灰水与黑水pH总体偏高
灰水与黑水pH总体偏高，灰水pH最高达9.82，碱性环境下更易于形成CaCO3而结垢。而灰水与黑水pH偏高要从原料煤、石油焦的分析数据以及工艺操作等方面进行考虑，经总结与梳理，主要有如下几点原因。
更多内容详见《中氮肥》2022年第4期