航天炉渣水系统的优化探究
时间：2023-02-19 14:00:09 来源：千叶帆 本文已影响人
张林峰
(安徽晋煤中能化工股份有限公司, 安徽临泉 236400)
航天炉气化技术又称HT-L粉煤加压气化技术，由中国航天科技集团公司下属北京航天石化技术装备工程公司独自研发，拥有自主知识产权，打破了国外对该技术的垄断。安徽晋煤中能化工股份有限公司(简称中能化工)航天炉装置从2017年7月开工建设，2019年1月进入设备安装阶段，2019年11月进行单体试车，2020年3月进行系统联动试车,2020年5月31日气化炉一次投料开车成功。
中能公司采用航天炉装置，设计生产能力为252万m3/d，单炉日处理原煤1 500 t，气化炉运行压力为4.0 MPa。该炉型的燃烧室高度为3.2 m，激冷室高度为3.8 m。在气化炉的长期运行中,由于气化炉的自身特性，管道容易结垢，需要定期清理高压闪蒸罐、激冷水过滤器。特别是由于黑水中固体悬浮物含量大，导致备用激冷水泵无法发挥备用作用，影响气化装置的长期稳定运行。因此，需要采取措施以减少气化装置黑水中的固体悬浮物含量，保证航天炉装置长周期稳定运行。
1.1 灰水循环过程
沉降槽合格的灰水通过溢流堰分别溢流到灰水槽和外排水槽。外排水槽的灰水通过外排水泵送到污水处理工段，日常排水体积流量约为120 m3/h，用以维持系统的水平衡和改善灰水水质。灰水槽的灰水通过低压灰水泵输送到低压汽提塔，初步除去灰水中溶解的少量氧气后，经过除氧水泵输送到高压汽提塔进一步提温、提压，然后通过洗涤塔给料泵将灰水输送到碳洗塔，对合成气进行洗涤、降温、除尘，为净化工段提供合格的合成气。激冷水泵将灰水从碳洗塔输送到气化炉激冷室的激冷环，灰水通过激冷环的环流通道沿下降管形成一层水膜用以保护下降管，最终流入激冷室为气化炉内反应生成的合成气进行初步洗涤、降温、除尘。
1.2 黑水循环过程
气化炉激冷室的黑水和碳洗塔的黑水经过排水角阀节流到高压闪蒸罐，压力为0.5 MPa左右，经过初步闪蒸以回收热量和降低水温，解吸黑水中溶解的酸性气体。高压闪蒸罐的黑水经过排水角阀依次流到低压闪蒸罐和真空闪蒸罐，经过三级闪蒸进入沉降槽，在沉降槽中加入絮凝剂，将沉降的淤浆通过底流泵送到压滤机进行处理，完成固液分离。
总结中能化工一、二期航天炉装置运行经验，该渣水系统在长期运行中存在缺陷，制约因素主要有以下2个方面：
(1) 在气化炉合成气从激冷室出来直接进入碳洗塔进行洗涤除尘的动态过程中，合成气带灰量较大，长时间运行后碳洗塔内部容易积灰，不仅影响了碳洗塔的洗涤效果，无法满足后工段要求，而且需要定期清理碳洗塔内部积灰。同时，由于碳洗塔水质较差，容易造成激冷环和激冷水过滤器堵塞，备用激冷水泵出口容易堵塞，不能起到备用作用，装置运行存在重大安全隐患，进而影响气化装置的长周期稳定运行。
(2) 高压闪蒸罐在长时间运行后容易积灰，影响闪蒸效果，需要定期清理。二级闪蒸效果不理想，导致水温高，影响絮凝剂和分散剂效果，进而影响了系统水质[1-2]。
在渣水系统增加1台旋风分离器设备，气化炉的合成气通过旋风分离器对合成气进行初步固气分离。较洁净的合成气进入碳洗塔进行洗涤，改善了碳洗塔的水质，进而解决了激冷环和激冷水过滤器堵塞问题，也解决三期激冷水泵因为出口阀堵塞而不能备用的问题。
增加1台低压闪蒸罐，通过三级闪蒸系统，提高了闪蒸效果，降低了渣水系统温度，改善了分散剂和絮凝剂的沉降效果。同时，增加了高、低压闪蒸罐锥部排污阀门，通过定期排污大大改善了高、低压闪蒸罐内部积灰。
絮凝剂型号选择与用量优化。在絮凝剂型号的选择上，主要考虑以下因素：
(1) 絮凝剂原理。聚丙烯酰胺的絮凝作用原理包括电中和、吸附架桥、沉淀物网捕。中能化工根据自身水质情况选用XN412QL阴离子絮凝剂[3]。
(2) 絮凝剂用量。当质量分数为1×10-6～3×10-6时,絮凝剂会全部吸附在固体粒子表面上，且絮块的沉降速度达到最大值，絮凝剂用量过量或过小都会影响沉降效果。
(3) 搅拌。搅拌可使絮凝剂均匀地分散到悬浮液中，达到高效絮凝的效果。
(4) 水温。低温水的黏度较大，不利于絮凝剂分子的热运动，水流剪力大，絮凝剂的成长受阻；
高温会破坏絮凝剂的结构，絮凝剂高分子化学键断裂，影响絮凝效果。因此，一般水温应控制在40～100 ℃。
(5) 水中硬度。硬度是水中钙、镁离子含量的总称，钙、镁离子是形成硬垢的主要离子；
因此硬度越大，渣水系统结垢倾向越严重，对阻垢分散剂的要求越高。
(6) 水中碱度。在渣水系统中，碱度是指水中能够接受氢离子与强酸进行中和反应的物质含量。碱度高会影响水中钙、镁离子生成碳酸钙、碳酸镁。
(7) 水中悬浮物。水中悬浮物会吸附并消耗阻垢分散剂，悬浮物多会降低阻垢分散剂效果。
(8) 外排水。外排水量决定了灰水浓缩程度，很大程度上决定了灰水中各种离子浓度。若灰水被提浓程度高，各种成垢和有害离子浓度高，渣水系统对分散剂的阻垢性能和分散性能要求也随之提高[4]。
优化前后渣水系统数据对比见表1。
表1 灰水运行指标控制
三级闪蒸系统提高了闪蒸效果，降低了渣水系统温度，改善了絮凝剂的絮凝沉降效果，在外排水、煤种一定的情况下，能有效降低灰水中的碱度、硬度和悬浮物，进而发挥分散剂的作用，对碳酸钙、碳酸镁有良好的阻垢分散效果，保证了气化炉长期稳定运行。
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