五環爐煤氣化裝置黑水處理系統問題分析

寧 哲，紀林朋，潘福生，趙艷玲

（河南能源化工集團洛陽永龍能化有限公司，河南洛陽 471100）

五環爐煤氣化裝置黑水處理系統問題分析

寧 哲，紀林朋，潘福生，趙艷玲

（河南能源化工集團洛陽永龍能化有限公司，河南洛陽 471100）

介紹了五環爐煤氣化裝置黑水處理系統的工藝流程，分析了黑水處理系統出現的角閥緩沖罐振動、內襯脫落、灰水水質和系統波動等問題的原因，并提出了相應的處理措施。

五環爐；黑水處理；角閥緩沖罐振動；內襯脫落；系統波動

doi：10.3969/j.issn.1004-8901.2016.04.016

新型WHG（五環爐）煤氣化裝置是具有國內自主知識產權的煤氣化工藝，其特點是采用干煤粉進料、液態排渣。設計碳轉化率高于98%，粗合成氣（干氣）有效成分（CO+H2）可達87%。

黑水處理系統是五環爐煤氣化工藝中不可缺少的重要組成部分，該系統采用三級閃蒸工藝，能有效處理來自氣化、濕洗以及除渣系統排放的洗滌水和渣水。某年產20萬t乙二醇項目引進此新裝置、新技術，在多次試車過程中，發現黑水處理系統存在一些問題，筆者對典型問題進行分析，并提出相應的處理措施。

1　黑水處理系統工藝流程

1.1三級閃蒸工藝

來自氣化和濕洗系統的含灰排放水進入中壓閃蒸罐，經過一級閃蒸，閃蒸氣從罐頂排出，經減濕器與循環灰水換熱，減濕后的閃蒸氣再經過中壓氣液分液罐，在重力的作用下，在中壓氣液分液罐進行分離，氣體部分（含CO，H2，H2S，NH3等有毒氣體）進入界外硫回收裝置或去火炬處理，液體部分進入除氧器再利用；含固體黑水從中壓閃蒸罐底部排出后進入低壓閃蒸罐，經過二次閃蒸后，頂部低壓閃蒸氣去除氧器回收熱量，底部含固體黑水與來自除渣系統的渣水分別進入真空閃蒸罐進行真空閃蒸，閃蒸的氣體在經過真空閃蒸汽冷卻器降溫為氣液混合物，氣體隨真空泵抽氣一起排出，液體部分經真空閃蒸冷凝液泵加壓后進入除氧器。從真空閃蒸罐底部排出的液體經過真空閃蒸罐水冷卻器降溫進入澄清槽。

1.2澄清與固液分離工藝

在澄清槽入口段加入絮凝劑，使水中細小固體顆粒在重力作用下聚集沉降，澄清后清液溢流進入灰水槽。底部泥漿進入灰漿貯槽再次提濃，再經灰漿槽底流泵送到真空帶式過濾機過濾，用過濾機真空泵抽真空，濾液經收集后用濾液泵送回澄清槽，固體以濾餅的形式排出界外，液體除一部分為了防止氯離子等物質的累積排到水處理系統外，其他澄清水經低壓灰水泵加壓后送入除氧器，除氧后的黑水經過除氧水泵送到減濕器和中壓閃蒸罐中進一步回收熱量，最后注入濕洗塔循環使用。黑水處理系統工藝流程見圖1。

圖1　黑水處理系統工藝流程

2　黑水角閥緩沖罐振動及內襯脫落問題

2.1工作原理

本裝置黑水角閥分別用在中壓閃蒸罐、低壓閃蒸罐和真空閃蒸罐上，主要作用是將來自前系統的高壓黑水進行節流減壓，送入低壓設備，從而將黑水中的酸性氣體閃蒸出來。同時，黑水角閥下部設置緩沖罐，用以減緩高壓黑水與閃蒸氣對閃蒸罐的沖擊。

2.2出現問題

裝置自原始試車以來，黑水處理系統運行1個月，黑水角閥緩沖罐一直出現較大的振動，停車期間對罐體檢查時發現，角閥緩沖罐內襯陶瓷碎裂、脫落，碎片進入閃蒸罐并堆積在底部。同時，部分陶瓷碎片進入真空閃蒸罐底部的機泵過濾器處，堵塞過濾器，影響機泵正常運行。

由于內襯的脫落，含有大量固體顆粒的黑水直接對角閥緩沖罐進行沖刷和磨損，問題若不及時解決，緩沖罐將會出現磨穿和泄漏現象，影響整個黑水系統的正常運行。黑水角閥緩沖罐陶瓷內襯破碎脫落情況見圖2。

圖2　黑水角閥緩沖罐陶瓷內襯碎裂脫落情況

2.3原因分析

（1）黑水角閥前后壓差大，中壓閃蒸罐設定壓力為0.6MPa（g），而氣化爐壓力為3.7MPa（g），壓差達到3.0MPa（g）以上，節流減壓瞬間，大量黑水瞬間汽化膨脹，對角閥緩沖罐產生了極大的沖擊作用。

（2）角閥緩沖罐直接放置在框架地面上，未安裝減震裝置。

（3）陶瓷內襯具有耐磨性能好、硬度高、耐腐蝕等優點，但抗沖擊強度差，在大幅振動情況下，容易出現裂紋和脫落現象。本裝置黑水系統角閥及緩沖罐部位振動大、沖擊力大，故不適合用在此位置。

（4）黑水系統開停車過程中工況波動大，黑水角閥存在大幅度開關現象。

2.4處理措施

（1）規范操作規程，精心操作，保證工況穩定，避免黑水角閥大幅開關。

（2）角閥緩沖罐下部安裝減震裝置，減輕振動。

（3）本裝置黑水角閥緩沖罐經過設計院與專家重新評估和討論，將緩沖罐內襯層由原來的陶瓷內襯改為Cr20耐磨鑄鋼堆焊，Cr20耐磨鑄鋼雖然耐磨性能不如陶瓷內襯，但具有較強的抗沖擊性，綜合分析，可以用于本裝置黑水角閥緩沖罐上。本裝置在黑水角閥更換襯里之后進行了再次試車，停車檢查后未發現內襯碎裂和脫落情況（見圖3）。

圖3　黑水角閥采用Cr20耐磨鑄鋼作為襯里后的檢查情況

（4）定期在停車后對角閥緩沖罐內襯及罐體進行檢查，發現隱患及時處理。

3　黑水處理系統水質問題

3.1工作原理

來自前系統的黑水經過三級閃蒸將其中的H2S、NH3、HCN等有害氣體分離并送至硫回收工序；經熱量回收利用后的黑水被送至澄清槽，同時加入絮凝劑，使其固體懸浮物濃縮、聚集、自然沉淀，沉降至澄清槽底部，形成液固分離，干凈的水從澄清槽外側溢出，流入灰水槽，再經泵打至濕洗和除渣系統使用。底部出來的灰漿繼續濃縮，最后通過真空吸附形成濾餅，排向界外。

3.2存在問題

試車過程中發現，經過黑水處理系統處理后的灰水水質較差，固含量、COD等部分指標未達到設計要求，停車檢查發現，黑水處理系統各罐內部均有不同程度的煤泥淤積現象。水質問題得不到有效解決，會引起管道和設備結垢堵塞，同時，部分灰水直接用到濕洗塔洗滌粗合成氣，微小固體顆粒會隨合成氣進入變換工序，附著在變換裝置觸媒上，影響觸媒的活性。氣化爐正常運行期間灰水槽水樣分析見表1。

表1　氣化爐運行期間灰水槽水樣分析

3.3原因分析

（1）氣化爐工況波動大，合成氣中夾帶的煤灰、渣粒、煤粉等固體顆粒多，導致洗滌水中固體顆粒多，不能及時、完全處理。

（2）洗滌水量大，超過設計負荷，水中固體顆粒在澄清槽中沒有足夠時間進行沉降，導致灰水中含量超標。

（3）裝置使用的絮凝劑主要成分為聚丙烯酰胺，開車初期，對絮凝劑添加量控制上經驗不足，添加量存在過多和過少的情況，影響了絮凝效果。原因在于絮凝劑添加量不足時，一些相對剩余的固懸物顆粒不能被吸附形成大顆粒沉降：絮凝劑過量時，由于聚丙烯酰胺為有機的高分子絮凝劑，分子量比較大，溶解時會先溶脹，再慢慢溶解，若投加量過大，而且又不能及時攪拌均勻，那么絮凝劑先接觸到水的部分，就會開始溶脹，然后表面積變大，進而包住了未接觸到水的部分，形成一些無法溶解的聚丙烯酰胺團，影響絮凝效果。

3.4處理措施

（1）穩定氣化爐工況，保證氣化入爐煤煤質穩定，減少合成氣中夾帶固體顆粒量。

（2）控制水聯運負荷，保證洗滌水量在設計范圍之內，實現固體顆粒在澄清槽內有效沉降。

（3）開車時聯系絮凝劑廠家到廠重新試驗絮凝劑添加量及絮凝劑成分，保證絮凝劑起到效果。

（4）定期在停車后對各罐內部進行檢查，及時清理內部淤泥。

4　開車初期系統工況大幅波動問題

4.1出現問題

黑水處理系統在氣化爐投煤點火之前，系統水聯運穩定，各罐體液位和壓力可以正常控制，但當氣化爐投煤，4個煤燒嘴逐步運行之后，隨著氣化爐壓力和溫度的突然提高，激冷罐和濕洗塔液位會出現大幅度升高的問題，系統水平衡被破壞，三級閃蒸罐角閥出現大幅度開關現象，液位忽高忽低，最終導致整個黑水處理系統出現了工況大幅度波動的問題。

4.2原因分析

（1）激冷罐和濕洗塔在氣化爐投煤后開始接收大量粗合成氣，溫度、壓力及系統流場發生極大變化，需要及時進行調整，否則液位會大幅度波動。

（2）三級閃蒸系統獨立運行時，進水和出水十分穩定，各罐進出水調節閥全部投自動或者串級進行自動控制，但是氣化爐投煤后，由于前系統工況已經發生變化，之前的自動或串級控制需要及時進行調整，否則會出現液位大幅波動現象。

（3）試車初期，操作工經驗不足，對工況出現的問題預判不及時，未能做出正確和及時的調整，導致工況波動大。

4.3處理措施

（1）氣化爐投煤點火前，保持激冷罐和濕洗塔低液位運行，此時，暫時解除激冷罐和濕洗塔低液位聯鎖，激冷罐液位保持在20%，濕洗塔液位保持在30%；投煤后，逐步提升至正常液位，并及時恢復相關聯鎖。

（2）三級閃蒸系統在氣化爐投煤時，控制進出水的調節閥全部打手動控制，同時，三級閃蒸罐液位保持低液位運行，中閃 V03701液位和低閃V03708液位控制在10%左右，真閃V03702液位控制在20%左右。投煤后，逐步提升至正常液位，工況穩定后，將調節閥逐步投自動或串級控制，中閃V03701液位控制器 37LIC0001投自動，設定值60%；低閃V03708液位控制器37LIC0029投自動，設定值60%；真閃V03702液位控制器37LIC0005投自動，設定值50%。

（3）制定詳細操作規程，操作工精心操作，發現問題及時匯報和調整，保證系統穩定運行。

5　結語

筆者從生產實際出發，對五環爐黑水系統運行時出現的黑水角閥緩沖罐振動及內襯脫落、黑水水質不達標和開車初期系統工況大幅波動等問題進行了分析，并提出了相應的解決措施。五環爐為新型煤氣化裝置，試車初期存在一些問題屬于正?，F象，筆者以為，只要嚴格控制各項工藝控制指標，精心操作，不斷積累經驗，根據實際運行情況不斷優化改進措施，定能實現裝置的長周期穩定運行。

修改稿日期：2016-06-18

Analysis of the Problems of Black Water Treatment System of Wuhuan Furnace’s Coal Gasification Equipment

NING Zhe，JILin-peng，PAN Fu-sheng，ZHAO Yan-ling
（Luoyang Yonglong Energy Chemical Co.，Ltd.，Henan Energy and Chemical Group，Luoyang Henan 471100 China）

This paper introduces the process of black water treatment system ofWuhuan furnace’s coal gasification equipment，analyzes the reasons for the problems such asangle valve buffer tank vibration，lining shedding，greywater quality and system fluctuation in the black water treatment system，and puts forwards the corresponding treatmentmeasures.

Wuhuan furnace；water treatment；angle valve buffer tank，lining shedding；system fluctuation

10.3969/j.issn.1004-8901.2016.04.016

TQ545

B

1004-8901（2016）04-0055-03

寧哲（1989年-），男，河南焦作人，2011年畢業于北京化工大學化學工程與工藝專業，助理工程師，現主要從事化工操作等工作。