粉煤氣化水系統結垢分析與優化

羅開懷，尹興，王恬恬

粉煤氣化水系統結垢分析與優化

羅開懷，尹興，王恬恬

（黔西縣黔希煤化工投資有限責任公司，貴州 畢節 551500）

粉煤氣化水系統水質的好壞直接影響著系統是否能安穩長周期運行，因此，必須確保水質的各項指標達標合格，若灰水沒有有效的措施管控，則水系統水質變差，動靜設備管道積渣結垢更加嚴重，影響系統正常運行，因此，做好灰水水質的管控是非常重要的。結合大修拆檢對水系統曾出現問題的關鍵點進行了詳細分析，并以此提出有關水系統水質的管控及優化措施。

粉煤氣化；灰水水質；積渣結垢分析；管控及優化

貴州黔?；?0萬t·a-1乙二醇項目氣化裝置采用航天粉煤加壓氣化工藝，設3套氣化爐系統，正常生產時兩開一備，氣化爐操作壓力為4.0 MPa，操作溫度13 50～1 600 ℃，雙爐日投煤量1 500 t，均使用本地三高無煙煤。同時將系統中產生的高濃度黑水進入高、低閃兩級閃蒸系統進行閃蒸降溫、固體濃縮、熱量回收、酸性氣體解析，經濃縮黑水、沉降除塵、過濾分離出的粗渣、細渣被運送至渣場堆存，閃蒸汽與進入汽提塔灰水逆流換熱，不凝氣排放至硫回收或火炬燃燒環保達標和回收蒸汽凝液進入沉降槽循環利用。其進入沉降槽黑水流量約580 t·h-1（兩臺氣化爐排水約370 t·h-1，兩臺洗滌塔排水約60 t·h-1，兩臺渣池泵排水約100 t·h-1，沉渣池泵排水約10 t·h-1），系統外排廢水量 70～100 t·h-1，沉降槽黑水溫度正常約70 ℃；另一股補水來自變換的高壓冷凝液，約45 t·h-1進入洗滌塔塔盤。通過添加各類藥劑確?；宜|合格穩定，避免或減緩設備、管道結垢和腐蝕速率，保證氣化裝置水系統能安全、滿負荷、長周期穩定運行。因此，有效管控灰水的水質指標對防止氣化水系統管道設備積渣結垢具有重要意義[1]。

1 設備管道不同點的垢物分析數據和日常灰水指標

1.1 不同部位的垢樣分析數據

利用本次停車檢修機會對灰水、黑水循環系統不同位置容易結垢的垢片進行取樣分析，通過分析垢片數據和組分對比推算各系統結垢趨勢及形成垢片的原因，這樣才能有效把控和管控系統，使其不斷優化革新系統盲區及設備管道系統的內部環境，其停車后在不同位置垢樣分析數據見表1。

表1 不同位置垢樣分析數據

由表1可知，不同位置沉積物的酸不溶物含量不同，這些沉積物主要為黑水沉降過程中部分細小渣粒進入灰水系統（主要成分為SiO2、石英、偏硅酸鋁等）；Al2O3含量偏高可能是使用本地三高兩低（高灰分、高硫、高灰熔點、低揮發份、低可磨指數）無煙煤[2]灰分含量較高且灰分中Al2O3含量較高造成的。550 ℃灼燒失重數據表明其主要成分為煤泥及有機物；950 ℃ 灼燒失重數據顯示，CaO、MgO含量相對低，說明系統分散阻垢比較好。Fe2O3含量偏高可能是系統中腐蝕控制或外界帶入的Fe離子導致的。酸不溶物含量過高，這種沉積物進行化學清洗的可能性很小，通過取樣沉積物實驗室小試，基本無法進行化學清洗。

1.2 氣化粗細渣中氧化物的分析

氣化粗細渣中氧化物質量分數的分析數據如表2所示。從表2分析數據可以看出，粗細渣[3]中含硅鋁比高[4]，酸性氧化物（SiO2、Al2O3）和堿性氧化物（Fe2O3、CaO、K2O）中SiO2+Al2O3含量高于70%，SiO2含量高造成軟化溫度和流動溫度溫差大，粗細渣中的Al2O3含量增大灰熔點升高[5]，酸性物在粗細渣中含量差別不大，但堿性物中粗渣含量遠高于細渣含量，粗渣中不同樣品含量差別很小。

表2 氣化粗細渣中氧化物質量分數的分析數據

1.3 水系統水質濁度、pH、總硬度、COD等指標

氣化灰水水質常規分析指標如表3所示。從表3可以得出，雖實際運行指標優于設計指標，但指標控制穩定性差，煤種偏差設計波動大，水系統中循環與外排水含的結垢離子量達不到平衡狀態，長期這樣波動和運行下去水溶度達到飽和后就容易溶解析出在系統內形成結垢[6-8]，因此，要熟悉掌握探索煤種變化影響水質指標的關系，在不同煤種不同工況不同運行方式下系統水質指標的變化范圍和平衡值及結垢趨勢，才能及時調整系統藥劑添加量和補水置換及外排量，確保指標合格，系統離子濃度達到進出平衡，避免系統結垢。

表3 氣化灰水水質常規分析指標

從表1、表2、表3中分析數據看，灰水沉降藥劑處理后仍有部分細小顆粒存于循環使用灰水中，越往下游用戶或流速越低沉積結垢概率越大，高溫高壓區域鈣各組分吉布斯自由能更高，黑水中的混合物易飽和，結垢更堅硬，離阻垢劑加入點越近其效果相對要好，水溫越高阻垢劑效果相對較差。黑水管線、灰水外排管線、設備內沉積物主要為酸不溶物、Al2O3、煤泥和有機物構成。氣化爐反應是一個比較復雜的過程，黑水灰水的水質情況受到外部因素的影響較多，如氣化爐原料煤的煤質或配比的變化等。

2 管控及優化

2.1 進入沉降槽水溫控制增強絮凝沉降效果

2.1.1 水溫的管控

絮凝效果的好壞受進入沉降槽黑水溫度的影響，水溫過高易造成聚丙烯酰胺失效，其水溫關鍵在于高、低閃負荷需嚴格按設計指標控制，操作工況穩定，黑水中固體濃縮、熱量回收、酸性氣體的解析完全，促進水溫達標。

2.1.2 絮凝劑（聚丙烯酰胺）調配比量

目前雖然已實現藥劑加藥濃度可控，但仍存在安全隱患、配濃度過高的制約、絮凝劑配藥槽不能切換等問題，還需按照以下方案優化：將一樓的兩臺1 200 L·h-1的加藥泵搬到二樓替換兩臺250 L·h-1的加藥泵，在一樓增設兩臺2 500～3 000 L·h-1的加藥泵。將一樓的分散劑槽改為絮凝劑槽，與原來的絮凝劑槽互為備用。通過改造以后，一樓和二樓的加藥泵和加藥槽都可以實現一開一備，同時還可以實現絮凝劑投加量的雙向調節。藥劑槽一開一備以后，必須在規定低液位以后再切換藥劑槽，切換為備用槽以后才可以進行藥劑配制，這樣可以保證藥劑配置濃度嚴格控制在0.5％～1.0％以內，保證藥劑的充分溶解，同時維持藥劑濃度的相對穩定，對于調整和控制藥劑加量非常有利。

2.1.3 增設阻垢分散劑的加入點

在現有加入點（沉降曹溢流管和低壓灰水泵進口）的基礎上，建議增設除氧水泵出口管和激冷水過濾器處加藥點，可以根據運行的實際情況合理分配各個點的加藥量和阻垢劑濃度，從而改善廢水冷卻器、灰水管線、激冷水管線及激冷環的結垢沉渣速率，同時根據現場打開設備管道情況加強配方優化試驗，減少停車檢修頻率，保障工藝裝置的安全、穩定、長周期滿負荷優化運行。

2.2 運行操作方面的預防與優化

根據煤種、工藝變化及時對分散劑配方和加藥方案進行優化調整，同時現場應配備多種選型好的絮凝劑，多方面尋找處理方法和最佳添加量，來解決灰水目前存在的問題，提高絮凝沉降效果。

控制原料的選擇，選用低灰分低硫低灰熔點的無煙煤，合理的堆放和摻配比例及石灰石的添加量，確保煤種相對穩定，灰分相對低?；曳指哌M入系統不僅會對生產產生影響，引起各項消耗的增加和各參數的變化，還會加劇管道的磨蝕和結垢程度，須保證合理的灰水外排量，避免過度濃縮惡性循環，降低系統結垢的風險。

加強對設備管道的防磨蝕腐蝕管理和控制措施，通過表1數據中結垢物的成分可以得出鐵離子的含量要高于其他成分離子的含量，雖這些離子大部分來于原料煤中，但其余的鐵離子成分則來自設備管道磨蝕及腐蝕，例如磨煤機內壁磨蝕、粉煤加壓輸送系統的罐和管道磨損、破碎機環錘的磨蝕、原料煤中的鐵物及水系統的設備管道的磨蝕腐蝕等。通過對設備點檢修和定期維護保養，對設備管道易磨損腐蝕部件進行耐磨耐腐蝕改進都會在一定程度上降低系統中鐵離子的濃度。

控制灰水系統的pH，pH低設備管道易腐蝕，pH高設備管道結垢，灰水結垢的難易程度取決于pH值得控制，正常情況下灰水應為弱堿性，這樣才能減緩水系統設備管道結垢和腐蝕速度。其次要控制系統的懸浮物，數值偏高不僅會加劇鈣鎂離子的結晶，還會吸附部分阻垢劑中的羧酸根和磷酸根離子，從而影響阻垢劑的分散效果。

目前水系統采取激冷水水泵雙泵運行提速提量，減少動靜設備死角盲區積渣或減緩結垢速率。例如激冷水調節閥副線手閥有三分之一開度，備泵啟動前先清理進口過濾器止回閥，根據激冷水過濾器壓差情況切除清洗或切除在線排放，確保大量的渣塊垢塊不進入下游系統，降低灰水黑水[9-10]中的含固量，進一步減緩水系統結垢的速率，其為氣化裝置安穩長周期運行夯實根基。

加強現場管理與藥劑供應商溝通交流共同維護水質的穩定，黑水、灰水的管理比較復雜，運行管理過程中不能只依賴某一方，藥劑和工藝上的穩定控制起著同等重要的作用，密切關注工藝上的波動以及給灰水帶來的影響，做出藥劑相應的調配，確保水質長期穩定合格。

3 結 論

氣化水系統是保障粉煤氣化爐穩定運行的重要環節，而灰水是水系統的血液，水質的好壞直接影響水系統的阻垢分散效果及運行的穩定性，須嚴格控制灰水濁度、懸浮物、pH、總硬度等水質指標的合格率，選擇合適的藥劑和添加量降低水系統阻垢難度；穩定工況控制水溫恒定，加大水系統循環量降低鈣鎂離子析出的概率，應盡量使用選定單一、穩定的優質煤源供給，當煤質變化時應選擇一定比例配煤摻燒技術降低三高無煙煤的灰分、灰熔點和硫含量，減少入爐煤指標波動而造成爐況波動引起水系統水質的變化，進而導致藥劑效果差，加劇了結垢的速率。根據煤種特性、藥劑型號及添加量引起爐況和水質變化收集數據，采取相應的管控優化措施，使水質指標控制在理想水平，降低了系統阻垢難度，從根本上消除或減緩結垢的隱患，提高了系統運行的有效性及安全性，保障了氣化爐的安穩長滿優運行。

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Scaling Analysis and Optimization of Pulverized Coal Gasification Water System

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（Qianxi Coal Chemical Investment Co., Ltd., Guizhou Bijie 551500, China）

The quality of pulverized coal gasification water system directly influences whether the system can run steadily for long periods. Therefore, the water quality indicators must be ensured to meet the standard, if there is no effective measures to control the gray water, water system water quality is worse, static and static equipment pipeline slag fouling is more serious, affecting the normal operation of the system, Therefore, it is very important to do a good job of grey water quality control. In this paper,combined with overhaul demolition inspection of the water system, the key points of problems were analyzed, and water system quality control and optimization measures wereput forward.

Pulverized coal gasification; Analysis of water quality; Slagging and fouling in grey water; Control and optimization

2021-05-26

羅開懷（1987-），男，貴州省凱里市人，侗族，助理工程師，研究方向：煤氣化工藝技術。

尹興（1985-），男，工程師，研究方向：煤氣化工藝管理。

TQ546

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1004-0935（2021）12-1911-04