四噴嘴對置式水煤漿加壓氣化裝置黑灰水處理技術研究

李 波，叢曉東

(1.兗礦魯南化工有限公司 山東滕州 277527；2.天津正達科技有限責任公司 天津 300131)

四噴嘴對置式水煤漿加壓氣化裝置黑灰水處理技術研究

李 波1，叢曉東2

(1.兗礦魯南化工有限公司 山東滕州 277527；2.天津正達科技有限責任公司 天津 300131)

介紹了四噴嘴對置式水煤漿加壓氣化裝置的工藝特點及其黑灰水的特性。針對黑灰水的特性，對黑水絮凝技術及灰水阻垢分散技術進行了相應研究，總結了黑水絮凝劑和灰水阻垢分散劑的選型依據。

水煤漿加壓氣化；四噴嘴；黑灰水；阻垢分散劑；絮凝劑

1 黑灰水簡介

兗礦魯南化工有限公司氣化車間的四噴嘴對置式水煤漿加壓氣化裝置是國家“863”重點推廣項目，是我國第1套具有完全自主知識產權的大型煤氣化裝置。該套煤氣化裝置黑灰水工藝流程：來自氣化爐、旋風分離器和水洗塔的3股黑水減壓后進入蒸發熱水塔蒸發室內進行閃蒸，閃蒸出的水蒸氣及部分溶解在黑水中的酸性氣CO2，H2S等通過上升管進入蒸發熱水塔熱水室，與來自低壓灰水泵的灰水直接接觸，低壓灰水被加熱；在蒸發熱水塔蒸發室初步濃縮后的黑水進入真空閃蒸器進行真空閃蒸，然后通過靜態混合器與絮凝劑混合后進入澄清槽；在澄清槽中澄清后的灰水溢流至灰水槽，然后通過低壓灰水泵分為3路，第1路輸送至蒸發熱水塔熱水室換熱，然后經高溫熱水泵提壓后返回水洗塔作為洗滌水，第2路作為鎖斗的排渣沖洗水，第3路少量灰水送廢水處理裝置處理后外排。

四噴嘴對置式水煤漿加壓氣化裝置黑灰水的特點是高溫、高壓、高硬、高堿、高懸浮物，使系統面臨結垢、腐蝕和絮凝三大問題，且它們之間相互影響。黑水絮凝效果不好，會加重灰水結垢傾向，而系統嚴重結垢又會導致垢下腐蝕的產生。

2 黑灰水處理技術

2.1 黑水絮凝技術

2.1.1 黑水絮凝處理

灰水經激冷室、水洗塔、蒸發熱水塔等設備后，其溫度和懸浮物含量都大幅升高，再經低壓閃蒸和真空閃蒸濃縮后，水中懸浮物含量將高達10 000 NTU以上，必須進行絮凝沉降處理后才能進入下一循環。絮凝沉降在黑灰水處理中是一個非常重要的工序，一般設計要求絮凝沉降后黑水濁度小于50 NTU。如果絮凝沉降效果不理想，將給整個系統帶來諸多危害：①降低煤氣的洗滌效果；②水中過多的懸浮物將加快其在后續設備、管道中的沉積，同時作為晶核的提供者，將加速碳酸鈣等垢的形成；③懸浮物具有吸附作用，其含量高，增大了阻垢分散劑的消耗。

絮凝沉降的效果與煤種及氣化爐操作工藝條件有很大關系，一般需經試運行后，根據現場實際水樣再篩選并確定絮凝劑型號。在絮凝劑使用過程中，應做到連續、勻速、定量加入。在煤種等條件保持不變的情況下，若絮凝劑加入量少，將直接影響絮凝效果，進而帶來上述3點危害；而絮凝劑加入過量，除影響絮凝效果外，未能消耗的部分絮凝劑進入下一循環，將對灰水阻垢分散處理帶來不利影響，同時還會造成水體渾濁、黏度增大以及由此導致的其他問題。

2.1.2 黑水絮凝劑的選型

在四噴嘴對置式水煤漿加壓氣化裝置中，出真空閃蒸罐的黑水中含有較多的固體懸浮物(以無機固體懸浮物為主)，且經絮凝沉降處理后的灰水通過添加阻垢分散劑后需返回煤氣化系統中的高溫、高壓環境下運行，所以黑水絮凝劑必須具有如下特點：①必須針對特定的黑水水質情況具有非常好的絮凝效果，能有效、迅速地絮凝沉降黑水中的固體懸浮物，使該黑水的濁度在最短時間內降至系統工藝要求的指標；②不能影響灰水阻垢分散劑的使用效果；③受pH、堿度等水質因素影響小。

由于煤氣化裝置黑水系統中的固體懸浮物、膠體、有機物等主要來源于煤，所以煤種的變化是影響黑水絮凝沉降效果的主要因素，而黑水的溫度、流量、pH、堿度等也是影響絮凝沉降效果的因素。在實際選型時，應根據煤氣化裝置黑水處理對絮凝劑的特殊要求，并結合絮凝劑在不同溫度、pH下的性能，經現場篩選試驗，最終確定絮凝劑型號和投加量。目前，一般選擇聚丙烯酰胺類的有機高分子絮凝劑，此種絮凝劑受pH、堿度的影響相對于無機絮凝劑要小得多。

2.2 灰水阻垢分散技術

2.2.1 灰水阻垢分散處理

煤氣化裝置的黑灰水在高溫、高壓狀態下運行，本身又具有硬度高、堿度高、懸浮物含量高等特點，因此，水質具有很強的結垢傾向，一般通過向灰水中添加阻垢分散劑來降低和減緩裝置的結垢趨勢，從而延長裝置的運行時間。

黑水經絮凝處理后，得到的灰水濁度明顯降低，但仍遠高于一般循環水的濁度。另外，灰水需循環使用，故煤氣化裝置要求灰水阻垢分散劑必須具有優良的阻垢分散性能，以保證煤氣化裝置的連續穩定運行。灰水阻垢分散劑需要具有對成垢離子的穩定和分散作用，以滿足現場水質工藝條件，有效遏制系統的結垢問題，確保系統在高硬度、高堿度、高濁度狀況下長周期穩定運行。由于現場煤種、工藝操作的變化等多種復雜影響因素的存在，必須依據現場實際水質情況以及停車檢修時對設備、管路結垢情況的實際觀察與檢測結果來評判灰水阻垢分散劑的處理效果，并進行相應的優化調整。

2.2.2 灰水阻垢分散劑的選型

灰水的高溫、高壓、高硬度、高堿度及高懸浮物含量的特點決定了阻垢分散劑應具有以下特點：①系統操作壓力在4.0 MPa左右，灰水溫度可達 285 ℃，故要求阻垢分散劑具有優良的耐高溫、高壓性能；②在285 ℃下，生成碳酸鈣的反應速率比通常條件下循環冷卻水快得多，因此，要求阻垢分散劑必須具有非常優良的阻垢性能才能抑制灰水系統的結垢；③黑水中的固體懸浮物大部分被絮凝沉降，少部分進入灰水中，但長時間運行后仍可導致沉積并結垢，所以要求灰水阻垢分散劑對固體懸浮物具有良好的分散作用，抑制其沉積；④對SiO2，Fe2O3，Al2O3等難溶物具有良好的分散作用。

根據灰水系統及灰水阻垢分散劑的特點，并通過研究各類阻垢分散劑在高溫、高壓環境下的熱分解及阻垢性能情況，經多次篩選試驗，最終確定了適合四噴嘴對置式水煤漿加壓氣化裝置的灰水阻垢分散劑的類型及用量。

2.3 黑水絮凝劑與灰水阻垢分散劑的配伍

黑水絮凝和灰水阻垢分散技術是相輔相成的，如果黑水絮凝效果不理想，會使灰水中懸浮物過多、濁度過高，阻垢分散劑被懸浮物吸附，導致藥劑不能有效發揮分散性能。此外，黑水絮凝劑的用量并不是越大越好，絮凝劑過量不但會造成生產成本增加，而且殘留在灰水中的絮凝劑還會對阻垢分散劑的分散效果產生副作用。因此，黑水絮凝劑與灰水阻垢分散劑的選擇必須考慮兩者的配伍效果。

3 結語

在四噴嘴對置式水煤漿加壓氣化裝置中，黑灰水的處理是其中極其重要的一個環節，一般采用黑水絮凝及灰水阻垢分散處理技術。如果在某一時間段內黑水的濁度和灰水的水質突然出現大幅度的變化，這往往是由于煤種發生改變引起的，此時應考慮更換黑水絮凝劑的類型并調整灰水阻垢分散劑的配方，可通過現場黑水絮凝試驗和實驗室阻垢分散試驗來實現。因此，選擇適合現場工況的黑灰水處理技術是保障整套煤氣化裝置長周期、安全、穩定運行的重要措施之一。

Study of Black and Ash Water Treatment Technology of Opposed Four-Nozzle Coal Water Slurry Pressurized Gasification Unit

LI Bo1, CONG Xiaodong2

(1.Yancon Lunan Chemical Industry Co., Ltd., Tengzhou 277527, China；2.Tianjin Zhengda Science and Technology Co., Ltd., Tianjin 300131, China)

Process features of opposed four-nozzle coal water slurry pressurized gasification unit and characteristics of its black and ash water are introduced. In connection with the characteristics of black and ash water, corresponding research of black water flocculation technology and ash water scale inhibition and dispersion technology is carried out, and basis for selection of flocculant of black water and scale inhibitor and dispersant of ash water is summarized.

coal water slurry pressurized gasification; four-nozzle; black and ash water; scale inhibitor and dispersant; flocculant

X703

B

1006- 7779(2017)01- 0044- 02

2016- 11- 14)

本文作者的聯系方式：13791416564@163.com