多喷嘴气化装置灰水处理工段运行问题探讨

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多喷嘴气化装置灰水处理工段运行问题探讨


摘要：重点阐述了灰水处理系统运行以来出现的一些问题，并对问题进行了分析，从工艺优化及设备操作方面提出了一系列的改进方法与措施。     


关键词：气化炉，多喷嘴，灰水处理，运行问题

1. 前言
多喷嘴对置式水煤浆气化技术由华东理工大学和兖矿集团有限公司共同开发，于2006年1月8日通过中国石化协会组织的专家鉴定，具有完全自主知识产权，已实现产业化，可以与国际任何先进煤气化技术相竞争。

江苏索普(集团)有限公司日处理1500吨煤的多喷嘴对置式新型气化炉装置，与引进的GE水煤浆气化装置相比，最大的区别之一在于闪蒸-灰水处理系统上：多喷嘴的第一级闪蒸系统蒸发热水塔采用直接换热方案回收黑水余热，热传递效率高，闪蒸汽大多数在上塔被冷却回到系统；GE采用的是间接换热方案回收黑水余热，换热器易结垢堵塞。多喷嘴对置式新型气化炉装置自2009年9月在索普投料运行至今，灰水处理系统总体运行平稳，但也暴露了一些问题，对气化装置的长周期运行存在影响。

2. 灰水处理工序工艺流程简述
灰水处理工序的作用是将多喷嘴对置式气化及煤气初步净化工序产生的黑水所含的固体和溶解的气体分离出来，并将黑水所含的热量加以回收。     来自气化炉洗涤冷却室、旋风分离器及水洗塔底部的黑水，分别经过减压送入蒸发热水塔下部蒸发室。蒸发热水塔蒸发室中，一部分水蒸发为蒸汽，连同少量溶解气体，进入蒸发热水塔上部热水室，与低压灰水泵来的灰水直接接触，加热灰水，自身大部分冷凝。热水室的热水流入高温热水罐，经高温热水泵进入水洗塔中部。热水室未冷凝的蒸汽经换热、冷凝、分离后，气相至火炬放空，冷凝液进入灰水槽。蒸发热水塔蒸发室底部被浓缩的黑水经液位调节由底侧部排出，进入低压闪蒸罐。黑水被再次减压，产生的低压蒸汽送往脱氧槽，黑水进入真空闪蒸罐。来自渣池的含渣水经渣池泵也送入真空闪蒸罐。真空闪蒸罐内进行真空闪蒸，大量溶解的气体释放出来，黑水进一步浓缩，含固量增大，温度进一步降低。

真空闪蒸汽经换热、冷凝、分离，出分离器顶部的不凝性气体，送往水环式真空泵。真空闪蒸罐底部的黑水经液位控制泵送至静态混合器，与絮凝剂混合后流入澄清槽。澄清槽上部设置一台缓慢转动的刮渣机，将沉降的固体推到澄清槽底部出口，澄清槽上部澄清水溢流至灰水槽。为了防止管道和设备结垢，在灰水槽中加入分散剂，再分别经低压灰水泵和锁斗冲洗水/废水泵，送至蒸发热水塔和锁斗冲洗水罐、渣池、废水处理使用。澄清槽底部的细渣和水经澄清槽底流泵，送往压滤机处理，滤饼送出界区外，滤液进入研磨水槽。

3. 运行过程中出现的问题
3.1 闪蒸系统各角阀磨损严重(LV1304、LV1306、LV1307、PV1304、PV1305、PV1306及阀后放大筒和底板)

气化装置运行1600h后停车，检查时发现气化炉至蒸发热水塔黑水压力调节阀PV1304缓冲罐底部冲击盲板磨损严重，表面的碳化钨涂层几乎完全剥落，在缓冲罐根部有约10cm高的环带，表面碳化钨涂层被冲击成蜂窝状的小坑。这种情况在其他引进水煤浆加压气化装置的厂家也很普遍。

分析其原因主要有：
(1) 黑水经过PV1304减压后，节流后的黑水以很高的速28
度冲击缓冲罐底部冲击盲板。
(2) 黑水减压后，压力发生变化，静压能转变为动能，流速急剧增加，在黑水中灰渣颗粒的摩擦冲击下，调节阀及阀后段磨损严重，极易发生泄漏。
(3) 由于内部压力突变，使溶于黑水中的气体及黑水大量闪蒸，在金属表面反复出现气泡形成及溃灭过程，气泡在溃灭时产生的冲击波对缓冲罐冲击盲板表面产生强烈的锤击作用，使得盲板表面的碳化钨涂层剥落，桶壁表面被冲击成蜂窝状的小孔。

3.2 黑水排放管道堵塞、角阀阀卡
旋风分离器、水洗塔底部黑水闪蒸管道由于管路布置的问题，从低处到高处(渣水从1楼到3楼)，管道弯头设置过多，并在个别地方形成“口袋”。开、停车时，设备、管道内附着的垢片由于温度、压力的变化大量脱落，随着黑水排放流量增大，这些垢片被带到“口袋”处并沉积下来，从而造成堵塞。因为黑水排放存在高压差，这些脱落的垢片随着水流动到角阀前聚集，会造成黑水排放不畅，有时发生阀卡，角阀关不到位。严重时角阀堵塞，黑水无法排放。在一月份运行过程中，蒸发热水塔进口的多个角阀，发生堵塞现象，C系统PV1304C1C2、PV1306B1、PV1306A1A2、PV1305A1曾发生较严重的堵塞，影响到系统正常运行；PV1305B1发生过阀卡现象，经仪表处理后正常。

3.3 机泵运行问题
C系统澄清槽给料泵P1309EF在每次倒泵后，都会发生备用泵进口堵塞。经拆检发现进口有砖状垢片，此问题在AB系统并没有发生过。究其原因，可能和气化炉R1201C一段时间操作温度低有关。C炉开车初期，拱顶温度较A炉(拱顶温度170℃)要高，达到220℃以上，操作时炉温控制得不高，导致黑水中浮灰较多，再加上试车初期灰水浊度波动较大，在闪蒸系统各设备以及黑水排放管道上结垢。黑水温度变化时，因为垢片和金属管(设备)膨胀系数不同，垢片脱落，尤其是真空闪蒸罐，黑水固含量高，脱落垢片在备用泵进口聚集，倒泵时备泵不打量。在水质得到有效控制后，P1309EF倒泵时备用泵进口堵塞现象已有所减少。     高温热水泵采用重庆水泵厂的高温耐磨蚀泵。该泵在正常生产使用过程中，泵进口发生气蚀，导致流量、电流波动，出口流量波动大。波动和高温热水储罐中水的固含量高有关：由于高温热水储罐水质的不稳定性，高温热水泵进口过滤器可能会出现临时性堵塞，这会导致高温热水泵打量不足出现电流、压力大幅波动，泵腔自平衡被打破，时间一长，将会损坏机封、推力轴承和轴瓦，所以中控和现场巡检时，应多关注高温热水泵的电流和出口压力的波动情况，做到有问题早发现、早处理。

3.4 蒸发热水塔填料层结垢、超压，甚至带水
蒸发热水塔设计工作压力为0.8MPa，填料层高5m，内装76mm×76mm×1.2mm拉西环。A/C系统运行30天之后开始出现不同程度的带水现象，多次造成高温热水贮罐液位下降，蒸发热水塔超压现象。拆检后发现，填料层顶部的丝网局部被吹翻，大量的拉西环堆积在分布器上方，在运行过程中容易造成积液，给带水处理增加难度。另外，在分布器及填料上部发现有大量质地较为疏松的灰垢。     


分析其原因有以下几点：
(1) 随着装置运行时间的延长，特别是水质波动频繁，指标不合格时，灰水容易在填料上结垢、积灰。
(2) 双系统运行时，灰水指标控制较为合理，浊度30mg/L左右，硬度1000mg/L左右，且结垢主要发生在填料上层及分布器内部，因此判断主要是由于低温变换冷凝液碱度较高，与硬度较高的灰水接触产生CaCO3、MgCO3等沉淀，形成结垢。此外，夹带有大量细灰的闪蒸汽至填料层上部被冷却后，变成硬度较高的灰水，与碱度较高的低温变换冷凝液接触，是产生结垢的另一重要原因。
(3) 为保护激冷环，正常生产中系统水循环量远远大于该负荷下的设计流量，从而造成进蒸发热水塔热负荷大，闪蒸量大。根据测算，表观流速达到0.7m/s，远大于设计的0.2m/s，容易带水、带灰。

4. 处理措施
(1) 根据停车后对闪蒸系统角阀的检查发现：放大筒底板的冲刷磨损严重，角阀阀芯磨损，管线有堵塞，角阀后放大筒有明显磨损等。放大筒底板由于长期处于含固高温黑水冲刷的环境下工作，所以一般磨损较严重，且在开车期间不易检查处理，应在气化装置运行一个周期后及时检查、更换或进行管道硬化处理。角阀后放大筒，由于其位置特殊，处于减压角阀后，液体流速是减压角阀前的数倍，是气化工段较易磨损的管线，停车后的检查有利于调整开车期间角阀开度、硬化效果的检验和管线壁厚的检查，以确定放大筒的使用寿命。若处在开车期间发生磨损泄漏，可在放大筒外使用管径相同的钢管覆焊。角阀后进设备内的挡板也是长期处于含固黑水的冲刷下，检查发现该挡板磨损严重，及时的检查有助于保护设备，防止因挡板损坏，造成设备内壁磨损的现象发生。对经常出现磨损的管道采用内衬耐磨陶瓷的管件，在减压阀阀后的冲击盲板上再增加一层防冲击盲板，增加抗磨性，防止在系统运行时磨穿。检修时对这些部位进行检测，建立台帐，掌握其磨损速率，定期更换，避免在系统运行时出现磨漏情况。

(2) 合理布置黑水管路，尽量减少拐弯及“口袋”，减少管道堵塞的几率；在容易出现堵塞的管道处增加冲洗水接头，以方便检修和管道冲洗。在开、停车时，控制室操作人员尽量将黑水闪蒸管道上的自调阀维持在较大开度，防止因开度过小造成阀前堵塞及阀体局部因流速过大而磨损。对于1开1备的减压阀阀组要经常切换，防止因垢片沉积而堵塞阀门及管道。

(3) 严格控制灰水的工艺指标，保持水质稳定。在实际生产中，由于负荷、煤的灰分及灰熔点等一系列因素改变，造成灰水浊度波动大，常需要调整絮凝剂的投加量或者更改絮凝剂类型来稳定灰水浊度。正常生产中应当经常观察灰水样。当水样浑浊并有大量悬浮物时，可判定灰水浊度高，并且这种情况长时间内得不到改观，在排除絮凝剂添加不符合规定的情况下，应取黑水重新做黑水试验，重新确定合适的絮凝剂类型和投加量。当水样不清发白时，结合真空压滤机滤饼样，如果滤饼含水量高并且粘度过大，可以判定絮凝剂添加量过大。这种情况首先要确认是不是絮凝剂岗位配制或者添加时出现误操作，如果不是应当加强检测，如长时间得不到改观，应重新做黑水试验确定合适的絮凝剂类型和投加量。

可适当通过系统水置换改善系统水质：① 在除氧器、灰水槽补入原水；② 可以将现场运行泵备泵的机封水打开向系统补脱氧水，此方法可以同时在整个气化水系统的多点进行补水，置换效果快；③ 按周期对机泵的过滤器进行冲洗。定时开大气化炉、旋风分离器、水洗塔的黑水出口阀，将底部淤积的脏水给排掉。以后也可考虑管道采用波纹管来减少污垢的积聚。控制好水温和出口气体的温度，减少对后系统管道的压力。控制好黑水管线的流速，防止黑水中固体积聚和沉淀。     表1是2010年1月31日气化车间黑水分析数据。蒸发热水塔黑水呈中性，真空闪蒸罐的黑水呈弱碱性，而真空闪蒸冷凝液的水也呈碱性。根据资料介绍，高碱度的水遇到高硬度的水，会产生结垢。通过将真空闪蒸冷凝液引入澄清槽，降低澄清槽出水的硬度，即降低灰水系统中钙镁离子浓度，可以减少系统管道、设备结垢堵塞的风险。

气化车间黑水分析数据
固含量(%)  pH 澄清槽 高温热水罐A 高温热水罐C 蒸发热水塔A 蒸发热水塔C 真闪A 真闪C 真闪分离罐A 真闪分离罐C
Cl-(mg/L)
硬度(mmol/L)
10.26  8.8 9.0
澄清 澄清
14.18  31.20  7.0 0.92 117.69  6.2 0.98 155.98  7.7 1.12  9.06 7.7 1.28  9.7 0.12  9.7 0.13
10.08      


(4) 通过以下处理方法，基本可解决蒸发热水塔带水现象，从而保障系统的水平衡：a. 尽量维持高的上塔压力，减少低温变换冷凝液及脱氧水流量，大幅加大低压灰水流量，以强化换热，减少闪蒸汽流量。b. 调整絮凝剂用量，提高真空闪蒸罐负压，降低黑水水温，降低灰水浊度。c. 保证系统废水外排流量，加快灰水的置换。d. 尽可能降低系统水循环量，提高蒸发热水塔工作压力至设计压力，降低黑水闪蒸汽量。

(5) 优化工艺操作：气化炉避免低温操作，以防产生大量浮灰被带入黑水管道、闪蒸设备。浮灰可能在管道设备内聚集，与垢片结合形成大块，对灰水处理系统的影响极大。气化炉、水洗塔、旋风分离器的黑水要保持一定的排量，以防固含量过高。开停车时要保证系统水循环时间，尽量减少系统积灰，尤其停车后要对黑水管线进行冲洗，保证畅通。

5. 结语
(1) 经过半年的运行，证明多喷嘴气化的灰水处理系统能够满足气化生产要求，具有充分回收黑水余热、热传递效率高的优点。
(2) 通过对灰水处理系统暴露问题的分析，对灰水系统进行了改造，提高了灰水质量，优化了操作工艺，从而实现了灰水处理系统的正常运行。
(3) 随着对整个气化装置认识的进一步加深和操作水平的提升，以及灰水处理系统的日趋完善，系统的稳定运行周期逐渐提高，保障了气化装置的安全运行。    (4) 为了更好地发挥多喷嘴气化装置的优势，还需进一步优化工艺操作，提高设备维护保养管理水平，继续深入开展技术改进，实现长周期高负荷稳定运行。