氣化灰水降磷與阻垢控制措施

魏 靜，茹祥會

（新疆心連心能源化工有限公司，新疆 昌吉 832200）

0 概述

氣化灰水主要是由氣化爐、旋風分離器、水洗塔接收的黑水產生，氣化黑水經三級閃蒸后排入澄清槽，澄清槽中的水稱為灰水。為加快灰水中顆粒物在澄清槽內的沉降，在澄清槽頂部取樣口處加入聚丙烯酰胺進行絮凝沉降，沉降之后的澄清槽上清液進入灰水槽［1］。在澄清槽與灰水槽溢流管處投加分散劑（起阻垢、分散的作用），可避免管道、設備結垢，保證氣化系統長周期穩定運行［2］。

在低磷分散劑試用前，新疆心連心能源化工有限公司（以下簡稱公司）使用山西某公司生產的KH500型號有機磷系列分散劑。在通常情況下，有機磷系列分散劑可以達到很好的分散效果［3］。公司使用KH500 型號分散劑時，灰水外排水總磷質量濃度在6 mg/L 左右，而GB 13458—2013《合成氨工業污水排放標準》要求，企業外排水總磷質量濃度限值為0.5 mg/L。因此，灰水須經處理后才能外排，且水處理工段的除磷負擔較重。有機磷系列分散劑中的有機磷酸鹽主要起到緩蝕和阻垢的作用［4］，若分散劑直接更換為無磷配方，可能會造成灰水系統結垢速率加快、管道堵塞等，給氣化系統長周期運行帶來一定風險。分散劑對氣化系統穩定運行影響重大，更換分散劑配方須嚴格監控試用過程，防止系統結垢加快。

1 分散劑降磷思路

為保證藥劑平穩更換，分散劑降磷共分為3個階段。第一階段，分散劑磷質量分數降低40%，分散劑型號由KH500更換為KH600，為保證分散劑中磷含量降低后的阻垢效果，分散劑添加量由80×10-6調整為100×10-6；第二階段，轉換過程，分散劑由KH600 型號分散劑與KH200 型號分散劑按質量比1∶1 配制，添加量為100×10-6；第三階段，灰水外排水總磷達標排放（總磷質量濃度＜0.5 mg/L），分散劑全部更換為KH200 型號分散劑，添加量為100×10-6。

低磷分散劑試用期間監控灰水指標、蒸發熱水塔及水洗塔塔盤壓差趨勢，出現異常及時調整。低磷分散劑試用時間根據氣化爐倒爐計劃倒推，在倒爐前30 d左右試用低磷分散劑；倒爐后根據拆檢情況判斷試用低磷分散劑的阻垢效果，若阻垢效果達標，則下個運行周期全部使用該配方分散劑；再次倒爐后對灰水系統設備及管道結垢厚度進行測量，計算結垢速率，判斷分散劑的阻垢效果，結合灰水總磷含量確定分散劑是否能夠長期使用。

2 降磷過程中灰水關鍵指標變化情況

2.1 灰水外排水總磷的變化

分散劑調整為KH600 型號低磷分散劑后，灰水外排水總磷質量濃度由更換前的6 mg/L左右降低至2 mg/L左右（見圖1）。

圖1 2020-12-23—2021-01-23采用KH600型號低磷分散劑時灰水外排水總磷變化趨勢

分散劑調整為KH200型號低磷分散劑后，灰水外排水總磷質量濃度由更換前的2 mg/L左右降低至0.47 mg/L左右（見圖2）。

圖2 2021-05-01—2021-06-01采用KH200型號低磷分散劑時灰水外排水總磷變化趨勢采用

2.2 灰水電導率、Ca2+質量濃度的變化

電導率表征水中鹽含量，是水純凈度的一個重要指標。灰水濃縮程度越高，電導率也越高［5］。若分散劑阻垢效果好，則能保證灰水在電導率較高的情況下各種鹽類溶解分散在灰水中，而不會結垢析出。因此，在氣化裝置使用煤種及系統置換水量不變的情況下，若灰水電導率突然下降則表示分散劑的阻垢效果變差，溶于水中的離子結垢析出。因此，更換分散劑配方時需要監控灰水電導率的變化?；宜蠧a2+質量濃度的變化監控目的與電導率相同。

在試用KH600 型號低磷分散劑期間，灰水電導率、Ca2+質量濃度較穩定，電導率控制在3 050～4 035 μS/cm（見圖3），Ca2+質量濃度控制在165 mg/L 左右（見圖4）。在氣化裝置使用煤種不變的情況下，未出現因調換分散劑導致分散阻垢效果變差，進而造成灰水電導率、Ca2+質量濃度降低的現象。

圖3 2020-12-24—2021-01-23采用KH600型號低磷分散劑時灰水電導率變化趨勢

圖4 2020-12-23—2021-01-22采用KH600型號低磷分散劑時灰水Ca2+質量濃度變化趨勢

在試用KH200 型號低磷分散劑期間，灰水電導率、Ca2+質量濃度較穩定，電導率控制在3 415～3 801 μS/cm（見圖5）；Ca2+質量濃度控制在162 mg/L 左右（見圖6），未出現因調換分散劑造成的分散阻垢效果差，灰水電導率、Ca2+質量濃度降低的現象。

3 低磷分散劑的阻垢效果

氣化爐倒爐后，對氣化爐出黑水管道、蒸發熱水塔塔盤、水洗塔塔盤等部位進行例行檢查，測量結垢厚度，并計算結垢速率，判斷分散劑阻垢效果，具體數據見表1。

表1 設備及管道結垢速率

由檢查情況可知，使用KH500 型號有機磷分散劑期間，各部位結垢速率最低；試用KH600 型號低磷分散劑期間，各部位結垢速率微漲；試用KH200型號低磷分散劑期間，水洗塔塔盤、氣化爐出水結垢速率與試用KH600 型號分散劑期間基本相同，蒸發熱水塔第6、7 層塔盤有較薄軟垢，不影響系統運行。因此，KH200 型號分散劑磷含量低，阻垢效果滿足灰水系統運行要求，可長期使用。

4 降磷過程中存在的問題及處理措施

4.1 總磷波動

在分散劑降磷第一階段期間，發現灰水外排水總磷質量濃度規律性波動，由6 mg/L左右緩慢降至0.5 mg/L 左右，然后突升至6 mg/L 左右，后經調查發現總磷波動周期與分散劑倒槽時間一致。造成該現象的主要原因是分散劑密度為1.15 g/cm3，比水大，分散劑原液在分散劑槽中用脫鹽水稀釋后送入系統，一槽配制好的分散劑一般使用2 d，過程中分散劑發生沉淀，下部分散劑濃度增大，上部分散劑濃度降低。公司對分散劑槽進行了技改，增加空氣攪拌器，保證分散劑均勻加入系統。

4.2 結垢速率監測滯后

氣化裝置每班分析灰水水質指標，外排水磷含量能夠得到及時監測，但管道及設備結垢速率是否增加無法判斷，只能等到倒爐系統拆檢時測量，計算結垢速率。這種監測方法相對滯后，于是氣化車間在灰水槽內增加掛片，掛片置于距離灰水槽底部1 m處，保持掛片與灰水長期接觸，根據需要定期取出稱量，計算灰水系統結垢速率，判斷分散劑阻垢效果。

5 結語

通過KH200 型號低磷分散劑在灰水系統中的應用，目前灰水水質指標穩定，磷含量較低，氣化灰水不用除磷，即可達到直接排放的標準；KH200型號分散劑效果穩定，能夠保證灰水系統阻垢效果，管道及設備結垢速率與前期使用磷含量較高的KH500型號分散劑基本相同，蒸發熱水塔塔盤垢質松軟，易于清理。下一步，公司將結合藥劑供應商繼續優化分散劑的使用，降低灰水系統結垢速率，延長系統運行時間。