德士古水煤漿加壓氣化裝置真空閃蒸系統存在的問題及處理措施

張春練， 婁奧林， 易昌國， 石國弘， 吳 吉

(貴州赤天化桐梓化工有限公司 貴州桐梓 563200)

德士古水煤漿加壓氣化工藝開發于20世紀40年代后期，90年代以后在我國煤化工行業得到應用，目前該工藝已非常成熟。隨著工藝的持續改進和操作人員技術水平的提升，氣化爐生產負荷逐步提高，氣化爐及碳洗塔黑水排放量也不斷增加。德士古水煤漿加壓氣化裝置中的灰水處理單元對排出的黑水進行閃蒸濃縮處理，渣水分離后的灰水重新進入灰水系統循環使用。黑水排放量增大后，灰水處理單元的高壓閃蒸系統出現超溫、超壓現象，使其處理負荷后移至低壓閃蒸系統和真空閃蒸系統，導致真空閃蒸系統出現超溫、超壓現象，經灰水處理單元處理后的水質也受到影響，進而影響氣化單元的水質，最終影響氣化單元的運行周期[1]。

1 工藝流程

氣化爐及碳洗塔排放的黑水(6.0 MPa、206 ℃)經減壓閥進入灰水處理單元的高壓閃蒸系統，閃蒸后的黑水(0.85 MPa、183 ℃)減壓進入低壓閃蒸系統再次閃蒸，二次濃縮后的黑水(0.11 MPa、108 ℃)經減壓閥進入真空閃蒸系統。經減壓閥進入1#真空閃蒸器的黑水處于-64 kPa的真空環境，此時黑水溫度高于此壓力下水的飽和溫度，部分黑水吸熱蒸發，1#真空閃蒸器內部溫度降低的同時，黑水中會逸出更多的不凝氣。1#真空閃蒸器內剩余的黑水經減壓閥進入2#真空閃蒸器(-91 kPa)，重復進行1#真空閃蒸器內的過程。1#、2#真空閃蒸器的出口氣體經1#、2#真空閃蒸冷凝器冷凝至41 ℃后，進入1#、2#真空閃蒸分離器進行氣液分離，分離出的凝液經凝液泵送至脫氧水槽；分離出的氣體經真空泵進入真空泵分離器分離，凝液返回真空閃蒸分離器，不凝氣直接向大氣排放。2#真空閃蒸器底部的渣水由沉降槽給料泵送至沉降槽，利用絮凝劑快速實現渣水分離，最終實現水的循環利用。真空閃蒸系統工藝流程框圖見圖1。

2 存在問題及原因分析

在實際生產過程中，隨著氣化爐生產負荷提高至設計負荷的108%，需通過增大黑水排放量來帶走氣化單元增加的熱量。在高壓閃蒸系統、低壓閃蒸系統的黑水處理量增大的同時，真空閃蒸系統的黑水處理量也增大，導致真空閃蒸系統在運行過程中出現異常。

2.1 影響系統真空度

真空閃蒸冷凝器是真空閃蒸系統形成真空的主要設備，冷凝效果下降將直接導致真空閃蒸器負壓減小，影響黑水閃蒸量，進而影響黑水排放溫度。隨著氣化爐生產負荷增大，氣化爐和碳洗塔黑水排放總量從150 m3/h(工況1)提升至200 m3/h(工況2)后，經真空閃蒸系統處理后的黑水溫度升高，見表1和表2。

表1 不同黑水排放量下真空閃蒸冷凝器運行情況

表2 不同黑水排放量下沉降槽給料泵出口溫度

真空閃蒸冷凝器殼程介質為黑水閃蒸氣，管程介質為循環冷卻水。由表1可知，黑水排放量增加引起真空閃蒸冷凝器負荷增大，1#、2#真空閃蒸冷凝器殼程進出口溫度上升，循環水出口溫度升高。從表2可以看出，黑水排放至沉降槽的溫度也隨著負荷的增大而升高。

2.2 影響系統水質

對系統水質的影響主要來源于兩個方面：①黑水排放量增大，影響真空閃蒸冷凝器換熱效果，真空度降低，從而影響黑水蒸發量，導致沉降槽給料泵出口溫度升高，影響絮凝劑絮凝效果，沉降槽水質變差；②黑水處理量增大，閃蒸氣量增加，真空閃蒸器內含有灰渣的水被帶入真空閃蒸冷凝器，然后進入真空閃蒸分離器，致使真空閃蒸分離器內冷凝液的潔凈度變差，該冷凝液送至脫氧水槽后導致水的濁度及總固含量增加(見表3)，水質變差，影響系統運行周期。

表3 脫氧水槽水質及凝液泵出口固定周期內沖穿次數

2.3 加速設備腐蝕

真空閃蒸分離器中冷凝液含渣量升高會增大對凝液泵進出口管線的沖刷、磨損，導致管線在運行過程中需頻繁更換、修補(見表3)；出口液位控制閥閥芯、閥腔也因此受到不同程度的磨損，致使真空閃蒸分離器液位無法有效控制，最終導致真空閃蒸分離器處于無液位狀態，凝液泵產生氣縛現象，縮短與之連接的管道使用壽命。

3 優化措施

因黑水閃蒸氣通過真空閃蒸冷凝器的流速過快，停留時間過短，導致真空閃蒸冷凝器達不到換熱效果，影響了真空度。優化措施：①加大循環冷卻水流量，為真空閃蒸冷凝器提供更多的冷量；②真空閃蒸冷凝器由于投用時間過長，結垢嚴重，對其進行機械清洗，以增大傳熱系數。經試驗，單獨采用某個方案的效果不理想；2種方案同時實施后，真空閃蒸冷凝器及沉降槽給料泵運行效果見表4和表5。

表4 優化后真空閃蒸冷凝器運行情況

表5 優化后沉降槽給料泵出口溫度

2#真空閃蒸分離器內冷凝液受到污染，但其溫度在40 ℃左右，不會對絮凝劑活性造成影響，因此可利用沉降槽給料泵直接將2#真空閃蒸分離器內的冷凝液送至沉降槽內處理。凝液泵至脫氧水槽的管道切除后，2#真空閃蒸分離器內的冷凝液不再回收排向脫氧水槽，脫氧水槽的水質得到保證，凝液泵進出口管線及液位控制閥的磨損問題同時得到解決。改造后的真空閃蒸系統工藝流程框圖見圖2。

4 結語

改造后，真空閃蒸系統各項參數正常，設備運行穩定；沉降槽給料泵出口溫度能夠得到有效控制，不會影響絮凝劑的使用效果，水質穩定；真空凝液泵停運后，減少了運行設備、運行管道及閥門，系統穩定性增加，操作人員勞動強度降低，運行成本下降；有效解決了黑水排放量增加后對真空閃蒸系統的影響。