混煤参烧后的渣水系统优化探讨

韦阳光

安徽晋谋中能化工股份有限公司气化车间

摘要:

当前，煤化工行业采用粉煤气化较多，气化炉进行干粉生产，为了环保，更多的使用湿法除渣。本文主要通过对中能公司渣水系统在粉煤气化炉参烧高灰含量粉煤后，灰水处理系统灰负荷增加的问题，优化灰水系统，提高生产效率的方面进行探讨。根据生产状况进行调整，从而确保粉煤气化航天炉粗合成气洗涤效果，提高了渣水处理系统的生产长周期效率。

关健词：混煤;灰水处理;工艺控制；完善措施；

    受国内原料煤市场供应影响，各煤气化行业都在考虑装置运行经济性，了。中能公司也准备在2023年三期航天炉入炉尝试原料煤种的多样化。因此，在经过各种尝试，将原煤的参烧使用曹家滩系列煤种掺烧比例在80%左右（其他企业掺烧比例在40%）。曹家滩煤种对比之前入炉的红柳林煤种（如下图），具有灰分较大，流温区间窄。在高灰分煤种的投入中会增加渣水闪蒸系统的负荷，加剧积灰结垢。

年份	煤种	全水	内在水	灰分	挥发分	固定碳	空气干燥基高位热值	收到基低位热值
2022	红柳林	13.3	2.85	8.62	31.16	55.86	29824	25589
2023	曹家滩	14.4	3.04	10.68	32.30	53.98	28498	24024

因此，公司通过三期气化渣水系统设备低闪汽提塔、低压闪蒸罐、旋风分离器等设备性能，通过工艺调整提升合成气的洗涤效果，降低黑水系统的水质差和管道结垢的风险。考虑到混煤参烧调整后三期渣水装置的现状，以下将从灰水处理工艺、调整加药、减少系统积灰、设备技改完善等进行讨论。从而提高黑水水质、降低维护费用，减少渣水系统结垢。渣水系统的长周期稳定运行。

1、黑水闪蒸工艺

气化炉粗合成气洗涤后的灰渣经过三级闪蒸后，含固量约为1%的黑水进入黑水沉降槽。在这里，大部分悬浮固体颗粒沉降下来，从黑水沉降槽底部流出的含固量为20-40%的黑水，由沉降槽底流泵送至压滤机固液分离。

为了加速固体颗粒的沉降，絮凝剂需连续与灰水充分混合后加到沉降槽中，絮凝剂首先在絮凝剂配制槽配制成浓度为0.05%(wt%)的絮凝剂混合溶液，然后由絮凝剂泵送至沉降槽中。沉降槽顶部较清洁的水一部分溢流到灰水槽内;一部分通过废水泵送至污水处理站处理。为了减少固体在灰水系统内沉淀，在灰水槽入口加入了分散剂，减少渣水处理系统的结垢。

低压灰水泵出口的灰水，一部分做为锁斗冲洗水，一部分送低闪汽提塔除氧后作为工艺水循环使用(流量由低闪汽提塔液位控制)，另一部分作为真闪灌顶冷凝器、激冷水过滤器、高闪、低闪角阀、沉降槽锥部、各灰渣泵进出口等冲洗水使用。

2、细渣处理工艺

由沉降槽底流泵送来的高固含量黑水(~20wt%)，送至板框式压滤进行过滤，滤饼含水约50wt%，出过滤机后直接装车。滤液进入滤液罐，滤液罐内的滤液由滤液泵经加过絮凝剂溶液的管线送返沉降槽。

黑水的细渣、水分离处理采用相对先进、处理效率更高的板框式压滤机。当板框式压滤机的投运后，可以对板框式压滤机工艺状况进行设备技改、工艺优化和流程完善来提升板框式压滤机的生产效率。节约了大量的电耗，提升环保效率。

3、灰分增加后的影响及处理措施。

期航天炉的三级闪蒸两级换热系统负荷重，特别高闪、低闪锥部介质流动性差。航天炉在停车检修期间发现混煤参烧后的高闪低闪内部垢片较大较多，且不易清理，严重影响整体检修进度。

①沉积灰垢的处理。

在实际生产中，在高闪低闪锥部各增加一条DN200的排污管，排污至粗渣处理系统。通过阀门控制，定期的排污措施及时排出高闪、低闪在生产过程中产生的垢片及流动性较差的淤泥。而且通过工艺调整，安排每两天排一次，及时把高闪和低闪锥部的垢片排出，防止垢片堆积高闪和低闪锥部。

    技改后的高闪和低闪锥部排污管，能够及时将高闪和低闪锥部垢片及时排出，避免了闪蒸罐内部积灰造成分离空间小，改善了闪蒸分离效果。

②管道堵塞的问题。

在混煤参烧后，长周期运行的高闪压力逐步升高，最高至0.6Mpa。在对中控工艺趋势和现场测温分析，高闪换热器换热效果在长期运行中容易变差，逐步变差，进入换热器内部的循环冷却水有堵塞现象。

    通过对循环冷却水打开排污发现是长期换热使灰水残留物结垢导致。而且换热器束管管径小，会堵塞换热器束管，影响高闪蒸汽换热效果，造成高闪压力超压，闪蒸效果恶化。并且在航天炉运行期间多次出现循环水杂质堵塞高闪换热器管束，制约航天炉满负荷运行。  

    对通过制定每周末定期排换热器循环水排污，将夹带的蓝色填料排出，保证循环水在高闪换热器内部的畅通无阻，达到充分换热效果。通过对高闪换热器循环冷却水定期排污后，能够将高闪蒸汽温度由160℃降低至112℃，高闪压力维持在0.5Mpa左右，达到正常闪蒸效果。

    ③换热效果差的问题。

在长期的高负荷情况下，真闪真空度逐步降低，对比真闪冷凝器进出口温度，分析得出真闪冷凝器换热效果正逐步变差。正常生产过程中，渣水系统负荷重，真闪冷凝器冷热交换造成内部积灰结垢严重，且循环冷却水夹带蓝色填料，逐步降低系统真空度。严重时，会出现真闪正压的情况，导致真空闪蒸效果差，水质无法改善，形成恶性循环。

   解决该问题应在真闪冷凝器增加循环冷却水反洗排污口，对内部杂质垢片或填料进行反洗排污，恢复换热效果，改善真闪真空度。在日常生产中，当真闪冷凝器堵塞，换热效果差时，短时间内可以通过关闭真闪冷凝器循环冷却水进口，打开出口和现场反洗管对真闪冷凝器进行冲洗疏通。通过增加真闪冷凝器循环冷却水反洗排污口，及时对真闪冷凝器进行反洗，真闪冷凝器换热效果改善，真闪系统在连续运行一年后，真空度一直维持在负压状态。

    ④闪蒸汽量的处理。

渣水设有高、低压汽提塔，其主要是对低压灰水进行提温。低压闪蒸罐为其提供0.12MPa的低压蒸汽，除去低压灰水中的氧和酸性气体；高闪罐闪蒸汽可对高压汽提塔温度提升到150℃送往酸火炬。低压闪蒸汽提塔产生一定的蒸汽放空，而其放空管在渣水框架顶部，放空量较大，不仅高温高压，且排放频带宽，流速快，产生噪音也较大，不满足《工业企业噪声卫生标准》规定的数值。

   低闪汽提塔放空加装一个消音器，但存在许多缺点，一方面消音器内径较小，消音效果差，现场放空噪音依旧较大；另一方面消音器放空量较小，低压汽提塔易憋压，最高可达到0.09Mpa压力，造成低压汽提塔塔盘吹翻，液位波动大，放空带水，存在除氧水泵抽空的风险，进而影响整个三期气化水循环运行。

   解决此问题可将放空气引入火炬系统放空，此举降低了低压汽提塔放空阻力、避免了噪音和环保污染。目前压力在0.01MPa以下，液位比较平稳，放空再无带液现象，汽提除氧工艺效果更好。

5、优化后的渣水系统使用效果检查：

目前，安徽晋煤中能公司在混煤参烧后，解决了灰分大的问题。在生产使用曹家滩煤种后粉煤气化航天炉从2022年11月3日三期航天炉清灰检修底运行至今，已经连续运行500多天。在混煤参烧过程中，优化闪蒸系统，消除积灰结垢，堵塞管道、对设备进行技改后。目前，高低压灰水水质PH和碱硬度均符合工艺标准，灰水水质得到改善，煤气化装置还能延续长周期运行。

结语

在煤炭资源紧张的今天，混煤参烧将成为煤气化行业的常态。在混煤参烧后，渣水系统灰渣处理效果好，才能确保煤气化装置混煤参烧实施效果。在今后的实际生产过程中，如何更有效的提高渣水系统长周期安全运行，仍是粉煤气化炉生产优化的方向。在当前严峻的安全环保形势下，装置的稳定长周期运行是企业安全、环保、经济、效益的最基本而有效保障。应充分发挥航天炉装置的运行能力，实现了粉煤气化炉灰渣处理的经济效益和社会影响力。