灰水分散劑在氣化爐灰水系統(tǒng)應用研究

朱紅進　陳愛香

摘 要：本文主要介紹了灰水系統(tǒng)的工藝流程及其結垢的原因，分析了灰水分散劑對解決結垢這一問題的效果，得出了灰水分散劑能夠有效地解決結垢這一問題的結論。

關鍵詞：灰水；結垢 ；分散劑

中圖分類號：TQ423 文獻標識碼：A

隨著工業(yè)的進步，氣化爐應用日益廣泛，在很多地方都會應用到，但其依然存在著很多問題，比如灰水系統(tǒng)結垢的問題，而此問題不僅會大大降低其工作效率，產(chǎn)生不必要的麻煩，而且有可能會造成一些安全事故，所以結垢是必須要解決的問題。通常多數(shù)企業(yè)面對此問題的一般解決方法是使用分散劑，其效果相對較好，但仍有改進空間，基于此，筆者針對此問題進行分析并提出相關思考。

1.灰水系統(tǒng)工藝流程

整個工藝過程主要分為4個部分，即黑水的閃蒸、黑水的沉降、灰水的混合和洗滌等。首先，碳洗塔底部的煤氣洗滌水和氣化爐激冷室底部的激冷水通過黑水管線進入閃蒸系統(tǒng)，充分混合后，然后依次通過高壓閃蒸罐、低壓閃蒸罐、真空閃蒸罐等設備進行閃蒸，以蒸出溶解在黑水中的酸性氣體CO2、H2S等。閃蒸完成后，將黑水進行降溫，降溫處理后的黑水就會被送往沉降槽，加入絮凝劑，絮凝劑會使黑水中的灰渣、粉塵加速沉降，再經(jīng)由過濾器，過濾掉灰渣、粉塵等固體顆粒。再將沉降后澄清的灰水收集起來，經(jīng)過溢流堰到達灰水槽，為了防止灰水的結垢，使灰水中的固體顆粒穩(wěn)定的存在，會在灰水槽中加入分散劑。灰水經(jīng)過灰水泵到達脫氧槽，在脫氧槽與新鮮的水、低溫變換冷凝液混合，再通過高壓灰水泵送到碳洗塔去洗滌合成氣，最后由激冷水泵送到文丘里洗滌器和激冷環(huán)，再次洗滌，到鎖斗沖洗水儲槽里作為鎖斗沖洗水即為一次完整的流程。

2.灰水系統(tǒng)結垢原因分析

（1）在整個系統(tǒng)中，含有大量的碳酸氫鈣、碳酸氫鎂等物質，這些物質溶解到水中受熱后，又會產(chǎn)生碳酸鈣、碳酸鎂，而它們在水中的溶解度都極小，極容易結垢。在堿性環(huán)境下，碳酸鎂又極易發(fā)生反應，產(chǎn)生氫氧化鎂，很容易在灰水槽中沉積結垢。

（2）在常溫下溶于水的鹽，隨著溫度的升高，在水中的溶解度越來越小，就會有固體析出，而這些固體就是結垢的基本原料。比如硫酸鈣，硅酸鈣等，它們在溫度較高的情況下，其溶解度就會變小，就會慢慢析出。當硫酸鈣在20℃時，在水中的溶解度為3000×10-6，而當溫度到達100℃時，溶解度就變?yōu)?70×10-6。在工業(yè)上，很容易達到100℃，甚至更高的溫度，因此硫酸鈣是很容易析出的，析出的硫酸鈣容易結垢，影響整個系統(tǒng)的正常運行。

（3）在整個運行過程中，會有很多蒸發(fā)、高溫的環(huán)節(jié)，如在閃蒸罐、蒸發(fā)室中均會有液體的濃縮。而有些鹽的度大于其溶解度時，就會在水中析出。尤其是系統(tǒng)中多數(shù)液體中含有這樣的鹽，當經(jīng)過高溫蒸發(fā)、濃縮之后，濃度大于了其溶解度，又會有固體析出，進而結垢。

（4）含量極高的懸浮物，強大的壓力以及較高的溫度，都使得整個系統(tǒng)容易產(chǎn)生結垢現(xiàn)象，特別是懸浮物含量極高的未經(jīng)絮凝處理過的黑水區(qū)域。

3.阻垢分散劑在氣化爐灰水系統(tǒng)應用

3.1作用機理

分散劑主要是通過化學的方式來防止灰水系統(tǒng)結垢的。將阻垢分散劑加入到灰水槽中， 通過攪拌或其他方式，使分散劑均勻分布到灰水中，阻垢分散劑就會被吸附到碳酸鈣微晶和其他懸浮物粒子的表面。這些吸附了阻垢分散劑的小晶體和懸浮物表面會形成雙電層，其改變了顆粒表面原來的電荷狀況。在靜電的作用下，顆粒相互排斥，顆粒不會聚集到一起，這樣就從根本上避免了顆粒碰撞后長大沉積結垢，并將碳酸鈣微晶及懸浮物微粒穩(wěn)定分散在灰水中。

以溶液中的CaCO3為例，在一定的溫度和pH條件下，添加阻垢分散劑，使其能夠吸附在CaCO3的微晶上，改變其電荷分布狀態(tài)。這樣能夠有效地將活性生長點降低，從而將單位體積溶液中CaCO3微晶上的有效表面積降低，阻止了CaCO3微晶的生長，延長了其誘導期。如圖1所示，原先落在結晶區(qū)的成份點 A，在加入了阻垢劑后，其成份點依然落在A點。雖然從熱力學角度來說，這是一個不穩(wěn)定的體系，但由于延長了的結晶誘導期，使其不在灰水槽中析出，達到防止結垢的目的。

3.2水質檢測分析對比

從表1可知，隨著阻垢分散劑劑量的增加，阻垢效果更好，阻垢分散劑劑是能有效地抑制灰水系統(tǒng)結垢現(xiàn)象的。當阻垢分散劑的劑量大于40 mg·L-1的時候，阻垢就能有很好的效果，阻垢率達到90%以上。加了阻垢分散劑的溶液與沒加的相比，加了分散劑的，結垢現(xiàn)象明顯少很多。但是要想阻垢率達到100%，還是有一定難度的，只能在一定程度上阻止結垢現(xiàn)象的發(fā)生。

結論

阻垢分散劑的使用能夠很好地解決工業(yè)上灰水系統(tǒng)結垢的問題，使裝置能夠更好的發(fā)揮其作用，節(jié)省成本。這一問題的解決，為氣化爐的發(fā)展提供了更大的支持，也為工業(yè)的發(fā)展和人類的環(huán)境做出了巨大的貢獻。而現(xiàn)在出現(xiàn)的不含磷的配方，在效果上和含磷的分散阻垢沒有多大的區(qū)別，但不含磷的分散劑能夠更好的保護環(huán)境。在當今社會，大家越來越重視保護環(huán)境，只有良好的環(huán)境才能使人類擁有更好的發(fā)展，因此對于這種環(huán)保型的產(chǎn)品，大家應該越來越重視，不僅要研發(fā)出這種產(chǎn)品，還要降低其成本，積極推廣使用。

當然，想要控制好灰水系統(tǒng)的結垢現(xiàn)象，不應該只采用添加阻垢分散劑的方法，還應該大力監(jiān)管，提高工藝水平，確保每一個環(huán)節(jié)的有序進行。

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