1種新型阻垢技術在水煤漿氣化灰水裝置的應用

鄭積林，吳發洪，厲望

（1.浙江巨化股份有限公司；2.浙江晉巨化工有限公司：浙江 衢州 324000）

某50 kt/a 合成氨的水煤漿氣化爐，操作壓力2.5 MPa，耐火磚襯砌。生產所需要的原料水煤漿，使用煙煤加水通過棒磨機研磨制漿得到。隨著循環化利用、環保處置要求的提高，水煤漿氣化生產裝置也成為環保處理裝置，其制作水煤漿由原來的清水改為脫碳系統的聚乙二醇二甲醚（NHD）冷凝液、甲醇精餾廢水、二氯甲烷廢水，某制藥廠乙酰甲喹廢水和某造紙廠廢水等，這些污廢水隨著水煤漿進入氣化爐進行化學反應，氣化反應后部分水進入灰水系統，灰水全循環使用，以實現變廢為寶、清潔生產。

水煤漿氣化裝置的灰水循環體積流量為100 m3/h。隨著灰水系統全循環時間的積累，水質惡化，濁度、懸浮物、鹽分與硬度持續升高，細渣與清液分層效果差，造成灰水處理系統包括灰水冷卻、熱量回收、溶解氣體脫除、渣水分離和灰水循環使用等的管道、泵體和機封結垢、堵塞，多次出現激冷水流量低而觸發氣化裝置聯鎖跳車現象，灰水處理系統頻繁停車檢修[1]。按照現有的通常方法來調整提高灰水阻垢劑（主要成分為含磷小分子有機物）用量，效果甚微、收效不大，沒有辦法遏制灰水水質惡化，氣化裝置持續穩定運行時間只有60～70 d，嚴重影響了生產安全穩定長周期運營。

1 氣化灰水循環工藝

1.1 工藝流程

氣化灰水循環工藝流程如圖1所示。

圖1 氣化灰水循環流程Fig 1 Gasification ash water circulation process

氣化爐排渣水與各煤氣分離器底部渣水，經1 km 左右距離的灰水外管，輸送至制漿工序閃蒸槽，經0.5 MPa閃蒸，閃蒸氣進入閃蒸槽與冷卻水換熱，閃蒸槽底部黑水進入炭黑水槽；炭黑水槽內灰水進入沉渣池，與高分子絮凝劑和石灰水作用，經絮凝、平流沉淀，灰渣通過撈渣機定期撈出轉運，沉渣池上部清液通過污水泵輸送到一級沉降槽、二級沉降槽沉降，清液通過灰水處理區域的污水循環泵，經外管輸送至氣化爐工段激冷室，使氣化爐水煤氣得到冷卻，夾帶的熔渣固化，灰水循環使用。

1.2 氣化灰水特性

氣化灰水系統的2021 年10－12 月平均水質情況見表1。

表1 氣化灰水水質Tab 1 Quality of gasification ash water

由表1 可知，氣化灰水硬度、鹽分和濁度偏高，超過灰水裝置的處理能力。調整阻垢劑用量，由175 kg/d提高至225 kg/d后，效果甚微。另外，煤 中 含 有CaO、Fe2O3、SiO2、Al2O3等 氧 化物，在高溫高壓下，金屬元素被無機酸、堿侵蝕而溶解在水中形成離子態，特別是鈣鎂氧化物與CO2、H2O 形 成 可 溶 性 的Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2，高溫高壓灰水經過閃蒸后，無機酸氣體大量揮發，可溶性Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2分解成不溶性的CaCO3、MgCO3，進而在整個氣化灰水系統中沉積。隨著系統運行周期的延長，CaCO3、MgCO3沉積附著并相互粘連，形成致密堅硬的灰垢[2-3]。

2 阻垢矩陣技術的應用

2022 年1 月26 日，在氣化灰水循環系統管道、設備6處完成新型阻垢SOTO矩陣技術裝置安裝后投入使用。安裝的6 個位置：1）制漿來循環污水去氣化沖洗水槽進口管；2）氣化新、老、第3 路炭黑水管；3）灰水處理二級沉降槽槽壁；4）灰水處理絮凝劑槽槽壁；5）灰水處理閃蒸槽排液黑水管正線；6）灰水處理污水泵出口去一級沉降槽管道。

3 使用效果

應用新型阻垢SOTO矩陣技術后，氣化灰水處理系統運行152 d，而且沒有出現灰水外排現象，比使用前的60～70 d 的運行周期，提高了1 倍多，達到了生產安全、穩定、長周期運營。

3.1 2－3月份情況

新型阻垢SOTO矩陣技術使用后的2022年2－3月份的氣化灰水情況見表2。

表2 2－3月氣化灰水水質Tab 2 Quality of gasification ash water from January to March

該階段開始使用新型阻垢SOTO矩陣技術，灰水鈣離子含量仍較高，電導率未下降。加壓變換污水池、氣化污水池污水泵運轉較為正常，未發生搶修的情況。初步表明了在氣化灰水高硬度（近800 mg/L，以CaCO3計）、高鹽分、全循環無外排的情況下，新型阻垢SOTO矩陣技術能保證灰水正常循環。

使用新型阻垢SOTO矩陣技術裝置的前后，比較同樣的運行時間下拆檢灰水外管，其情況如圖2所示。

圖2 氣化灰水外輸送管道拆檢對比Fig 2 Comparison of dismantling and inspection of external conveying pipelines for gasification ash water

由圖2 可知，使用前灰水外管垢樣厚度4～5 cm。使用后垢樣厚度2 cm 左右，且污垢炭黑均勻附著于管壁，通道均勻；激冷水泵機封處有結晶，泵體、進口管無明顯結垢。表明了新型阻垢SOTO矩陣技術已經起作用，加速了水垢、炭黑與黑水清液的分層，改變了灰水的流動狀態，使其能均勻附著于管壁，有效減緩了灰渣堵塞管道。

使用后仍保持內壁有一定的垢層，這主要是考慮保護管道，防止高溫高壓顆粒多的水直接沖刷管壁。

3.2 4－7月份使用情況

4－7 月份，在灰水系統全循環無外排，灰水阻垢劑用量為原來的1/3的情況下，繼續驗證新型阻垢SOTO矩陣技術的阻垢效果，水質分析結果見表3。

表3 4－7月氣化灰水水質Tab 3 Quality of gasification ash water from April to July

由表3可知，灰水濁度明顯下降，由使用前的平均90 NTU 降至使用后的平均40 NTU，表明新型阻垢SOTO矩陣技術裝置改良了高分子絮凝劑的絮凝效果，加速了黑水中的炭黑、膠體微粒凝聚、沉降，因此保證了加壓變換污水池、氣化污水池水泵的正常工作。這與第1階段的結果一致。

該階段洗滌水體積流量維持60～70 m3/h。此次停車拆檢了激冷水泵的進出口管，未發現明顯結垢，與第1階段的驗證結果一致。因此可得出結論，在氣化灰水高硬度（近800 mg/L，以CaCO3計）、高鹽分、全循環無外排的情況下，新型阻垢SOTO矩陣技術能保證灰水正常循環。

4 應用效益

新型阻垢SOTO矩陣技術應用于氣化灰水系統后，氣化主裝置的管道、泵體和機封結垢減輕、堵塞減少，穩定運行152 d 沒有出現結垢堵塞現象，比之前的60～70 d運行周期提高了1倍多，全年減少氣化裝置非計劃停車2次。按照50 kt/a水煤漿煤氣化裝置單次非計劃開停車損失35 萬元來計算，全年可減少開停車及檢修等費用70萬元。

灰水系統原來主要是通過添加阻垢劑防止管道結構堵塞，全年使用阻垢劑費用為88 萬元；使用新型阻垢SOTO矩陣技術以后，只在少數局部位置使用少量阻垢劑，阻垢劑用量只有原來的1/3，全年減少阻垢劑費用約60萬元。

綜合以上2項，新型阻垢SOTO矩陣技術的應用，全年可節約成本、產生直接經濟效益為130萬元。

同時，氣化灰水處理系統保障了沒有出現灰水外排情況下的灰水處理系統仍然能夠穩定長周期運行，解決了灰水的管道設備結垢、堵塞的難題，實現氣化灰水處理系統的廢水零排放，無限循環使用。

5 結 論

新型阻垢SOTO矩陣技術的應用，大幅度改良了水煤漿制氣耐火磚氣化爐灰水系統的污水中高分子絮凝效果，加速了污水中的炭黑、膠體微粒凝聚、沉降，污水濁度由使用前平均90 NTU降至使用后的平均40 NTU。灰水中的炭黑、膠體微粒等有效凝聚沉降，保證了污水系統的污水泵、管道、閥門等設備設施不堵塞的穩定正常運轉，全年可減少非計劃開停車2次，節約開停車及檢修等費用70萬元；減少阻垢劑費用約60萬元；合計可節約成本、產生直接經濟效益130萬元。并實現了氣化爐灰水系統全循環無外排污水，達到了污水純物理處理零排放的目標，具有循環化利用、綠色化發展的重要意義，實現了經濟價值和社會價值雙重效益。