新型五環(huán)爐黑水處理系統(tǒng)的應用優(yōu)化研究

王 倩， 李 磊

(河南龍宇煤化工有限公司，河南 永城 476600)

河南龍宇煤化工有限公司(以下簡稱龍宇煤化工)二期40 萬 t/a醋酸的煤氣化裝置采用中國五環(huán)工程有限公司國內(nèi)首創(chuàng)的五環(huán)氣化爐工藝,自2015年試車以來，黑水處理系統(tǒng)經(jīng)過多次技術改造，現(xiàn)已達到穩(wěn)定生產(chǎn)，總結現(xiàn)場操作經(jīng)驗，同時摸索出了一套能夠滿足長周期穩(wěn)定運行的方法。

1 五環(huán)氣化爐閃蒸和澄清系統(tǒng)流程

來自氣化工序激冷罐(V03305)和濕洗系統(tǒng)洗滌塔(C03601)的含灰高溫高壓排放水(3.8 MPa，220 ℃)去往三級閃蒸系統(tǒng)，在閃蒸系統(tǒng)依次經(jīng)過中壓、低壓和真空三級灰水角閥減壓閃蒸后分別進入中壓閃蒸罐(0.8 MPa)、低壓閃蒸罐(0.15 MPa)和真空閃蒸罐(-0.05 MPa)，完成氣液兩相流的分離，溶解含有害氣體H2S、NH3、HCN的飽和水蒸氣，經(jīng)過減濕器(V03707)洗滌冷卻后脫除有害氣體，減濕器對中壓閃蒸氣進行降溫減濕,減濕后的灰水經(jīng)高壓灰水泵送往濕洗塔，水蒸氣去除氧器(U03701)循環(huán)利用，向進入除氧器前的循環(huán)灰水中加入分散劑，可以有效抑制設備和管道結垢，并盡可能減少腐蝕，延長黑水處理工序的運行周期，提高裝置的可操作性和達到長周期滿負荷操作。有害氣體送至硫回收工序。經(jīng)過三級閃蒸濃縮后的黑水從真空閃蒸罐底部經(jīng)泵送(P03701)冷卻后送往澄清系統(tǒng)，黑水流量約300 m3/h，溫度50 ℃～60 ℃，固含量約1.65%。

在澄清系統(tǒng)灰水進入澄清槽(S03701)的同時加入絮凝劑，加速固體顆粒的聚集和沉降，溢流出的澄清水進入灰水槽(T03701)，澄清水經(jīng)低壓灰水泵送往除氧器循環(huán)利用，沉降下來的固含量約5 %的灰漿經(jīng)澄清槽底流泵輸送到灰漿貯槽(T03702)，經(jīng)灰漿槽底流變頻泵送至臥螺機，臥螺機的轉鼓在高速旋轉作用下利用灰漿中固液離心力的不同進行分離，分離后的濾餅運往蒸汽磚廠，固含量約100 ×10-6的液相被收集后泵送至澄清槽[1]。

2 絮凝劑的篩選和優(yōu)化配比

2.1 絮凝劑的篩選

由于灰漿中所含灰的粒度較細,為了取得較好的絮凝效果，加入絮凝劑的量要求合適，如加入量偏少，則水質(zhì)無法保障，循環(huán)水會在上游除氧器填料和洗滌塔塔盤積灰和管道內(nèi)結垢；如加入量偏大，灰漿的黏性較大不易分離又增大了生產(chǎn)成本[2]。因此，篩選出合適的絮凝劑、優(yōu)化絮凝劑加入量，是降低成本的一種必然。

通過對閃蒸P03701出口灰水進行不同廠家藥劑的絮凝試驗，篩選范圍包括不同藥劑廠家，如法國愛森、日本三井和美國陶氏的不同離子類型的絮凝劑。絮凝劑分為陽離子、陰離子和非離子型的共計十幾種藥品。試驗條件及數(shù)據(jù)結果見第207頁表1～表3。

從表中數(shù)據(jù)可以看出，氣化灰水澄清效果最好的藥劑為陽離子型絮凝劑，進口知名廠家絮凝劑的沉降效果要好于國產(chǎn)品牌，但價格也相對較高。陰離子型和非離子型的絮凝劑不適于氣化灰水。

表1 試劑條件與結果

表2 試劑條件與結果

表3 試劑條件與結果

2.2 絮凝劑添加量的配比優(yōu)化

將絮凝澄清效果較好的4種藥劑(包括3個進口廠家與1個國產(chǎn)廠家)在現(xiàn)場與由宜興市榮盛達環(huán)保有限公司提供的藥劑進行絮凝對比試驗，灰水取自灰水泵P03701出口。試驗數(shù)據(jù)結果見表4。

表4 絮凝對比試驗結果

由試驗結果可知，由于氣化激冷流程工藝的變化，現(xiàn)在的氣化灰水含灰量明顯增大，加入5 ×10-6～6 ×10-6的絮凝劑無法保證出水ρ(ss)在100 mg/L以下，需要把絮凝劑的用量加大到8 ×10-6～10 ×10-6。其中，表4中的1號藥劑為榮盛達藥劑，2號～3號為進口藥劑，5號為國產(chǎn)品牌藥劑。由試驗數(shù)據(jù)可知，榮盛達提供的藥劑絮凝效果更好，同時價格比3種進口藥劑相對便宜。

通過長期的對比試驗和分析數(shù)據(jù)整理，優(yōu)化了澄清系統(tǒng)的絮凝劑和分散劑的加藥量，絮凝劑與水按照0.1%的質(zhì)量比進行配制，配制后的絮凝劑與灰水的混合濃度按照5 ×10-6的比例加入，可以控制澄清槽溢流水的濁度在130 NTU左右，既解決了水質(zhì)混濁問題也減少了藥劑的消耗。系統(tǒng)向污水廠的外排水的COD小于150 mg/L，氨氮小于20 mg/L，氯離子在250 mg/L左右，pH值在7左右。

3 臥螺離心機在黑水系統(tǒng)的推廣應用

3.1 工作原理

臥螺離心機是一種臥式螺旋卸料、連續(xù)操作的沉降設備，如圖1。此類離心機工作原理：轉鼓與螺旋以一定差速同向高速旋轉，物料由進料管連續(xù)引入輸料螺旋內(nèi)筒，加速后進入轉鼓，在離心力場作用下，較重的固相物沉積在轉鼓壁上形成沉渣層。輸料螺旋將沉積的固相物連續(xù)不斷地推至轉鼓錐端，經(jīng)排渣口排出機外。較輕的液相物則形成內(nèi)層液環(huán)，由轉鼓大端溢流口連續(xù)溢出轉鼓，經(jīng)排液口排出機外。本機能在高速運轉下，連續(xù)進料、分離、洗滌和卸料。具有結構緊湊、連續(xù)操作、運轉平穩(wěn)、適應性強、生產(chǎn)能力大、維修方便等特點。

圖1 過濾工藝流程圖

3.2 臥螺離心機在黑水系統(tǒng)的推廣應用

龍宇煤化工二期五環(huán)爐黑水系統(tǒng)使用4臺江蘇華大離心機制造廠生產(chǎn)的設備，3開1備，型號：LW650×2800-N，轉鼓轉速:2 500 r/min，主電機功率：90 kW，輔電機功率：45 kW，差轉速：10 r/min～30 r/min，轉鼓材質(zhì)：離心澆鑄雙相鋼2205，螺旋材質(zhì):316 L。

通過長期的使用效果看，臥螺離心機在分離固體顆粒較小和具有黏性的灰漿時調(diào)整臥螺機的轉鼓轉速在2 000 r/min，差速器的差速在20，處理量為15 m3/h～20 m3/h，灰水固含量4 %～5 %，濾餅含水率在30%～40%，濾液中SS的含量小于150 ×10-6。4臺設備已經(jīng)運行1年以上，分離效果良好。

另外，使用2臺同型號的臥螺離心機分離龍宇煤化工一期殼牌氣化爐的渣水，1開1備，分離效果同樣顯著，濾餅含水率在50%，濾液中SS的含量小于100 ×10-6。2臺設備已經(jīng)運行3年零5個月。

4 結語

通過大量的試驗、數(shù)據(jù)整理，結合長期操作經(jīng)驗，向黑水系統(tǒng)加入不同比例的絮凝劑，篩選出適合工藝條件的最優(yōu)添加比例，澄清槽的溢流水滿足正常的生產(chǎn)循環(huán)要求。臥螺離心機在分離固體顆粒較小和具有黏性的黑水時具有處理量大、自動化程度高、脫水效果好、使用范圍廣等特點,開創(chuàng)了臥螺離心機在煤化工領域使用的先例。對其他煤化工裝置黑水處理具有示范作用，對工業(yè)和民用污水處理也有較大的借鑒意義。