高氨氮廢水達標排放解決措施

王志敏,吳鰲三,侯茂林,賈 博

(浙江石油化工有限公司, 浙江岱山 316000)

浙江石油化工有限公司(簡稱浙江石化)氣化裝置采用華東理工大學多噴嘴對置式氣化爐,6臺氣化爐4開2備,氣化爐操作壓力為6.5 MPa,氣化溫度為1 150～1 250 ℃,單爐設計投煤量為3 000 t/d,單爐有效氣產量為20萬 m3/h。

浙江石化氣化裝置一次性開車成功,開車以來運行情況整體良好,但外排灰水水質差、氨氮濃度及溫度經常超標,雖然未造成裝置減產或停車,但是對下游水處理裝置運行影響較大。為了避免對污水處理單元造成較大沖擊,改善外排灰水水質及調整各項指標迫在眉睫。

1 氣化工藝流程及灰水水質情況

該多噴嘴對置式水煤漿氣化裝置工藝流程見圖1,氣化裝置主要由制漿系統、氣化系統、洗滌系統及黑水處理系統組成,其中黑水處理系統采用三級閃蒸(高壓閃蒸、低壓閃蒸、真空閃蒸)工藝。氣化灰水水質分析數據見表1。

表1 灰水水質分析數據

圖1 氣化工藝流程

由表1可以看出:灰水pH較低,氨氮濃度及溫度偏高,水量超設計值;尤其在夏季高溫季節,灰水外排溫度達到55 ℃,嚴重威脅高氨氮污水處理單元的正常運行。

2 存在的問題及原因分析

2.1 外排廢水氨氮濃度高

原料煤中含0.8%(質量分數,下同)左右的氮元素,氣化爐運行過程中導壓管通入60 m3/h氮氣。氮元素在氣化爐內發生如下反應:

(1)

(2)

(3)

圖2 氣化爐系統內氮元素流轉圖

氣化裝置的氨氮有3種排放方式:(1) 隨氣化廢水外排至污水處理單元;(2) 經凈化汽提塔汽提后隨氣體排至硫回收單元;(3) 氣化渣水閃蒸出部分氣體后隨閃蒸汽排至硫回收單元[4-5]。

分析廢水中氨氮濃度高的原因為:(1) 外部氮元素進入系統內;(2) 現有凈化汽提、汽化閃蒸后排氨手段不足以處理在氣化爐內生成的氨氮,氣化裝置被迫將氨氮從廢水中排放,導致廢水中氨氮濃度超標;(3) 閃蒸凝液未進入汽提系統,直接排至系統中增加了系統水中的氨氮含量。

2.2 外排廢水超溫

造成外排廢水超溫的原因為:

(1) 氣化裝置所用原料煤更換頻繁,煤中的灰分變化幅度大,灰水中懸浮物濃度、濁度、硬度波動大,尤其鈣鎂離子濃度及懸浮物濃度高,造成換熱器管束結垢嚴重,換熱器換熱效果差。

(2) 循環冷卻水溫度高,供回水溫差小。循環冷卻水設計進水溫度為33 ℃,回水溫度為43 ℃,實際運行中供水溫度為34.5～37.5 ℃,冷卻水溫差較低造成灰水換熱后超溫。

(3) 新增干化機后,澄清槽底流液溫度由55 ℃加熱到85 ℃,濾液短時間內返回澄清槽后溢流至灰水槽,增加額外的熱量,造成灰水槽水溫度上升。

(4) 廢水換熱器泄漏后堵漏較多,換熱面積下降(見圖3)。頻繁清洗過程中管束與空氣接觸時間較長,碳鋼材質易氧化,加之高壓清洗水的沖刷,管束易發生泄漏。碳鋼的耐腐蝕性差,氣化爐摻燒石油焦后原料中硫含量增長明顯(平均硫質量分數為2.34%),灰水pH明顯降低,最低為5.0。灰水對管束的腐蝕造成管束泄漏增多,隨著冷卻器清洗、堵漏次數增多,冷卻器有效換熱面積大幅減少。

圖3 廢水換熱器堵漏情況

2.3 外排廢水超量

在裝置運行過程中,為解決系統水質氨氮濃度高、硬度大等問題,被迫提高系統生產水補水量和外排水量,以進行水質的置換,但最終的結果是陷入外排水溫度高、水量大的死循環。系統水平衡圖見圖4。

圖4 系統水平衡圖

3 解決措施

為解決上述水系統問題,經過對標學習及水平衡測算,進行了技術改造及生產操作調整:

(1) 配制濾液至磨煤水槽的管線,80～120 t/h干化機濾液用來制漿,減少生產水補水,同時減緩由于高溫濾液直接進入灰水槽導致的灰水溫度升高。

(2) 現場減少使用生產水,在沖洗地面、地溝等方面使用低壓灰水替代生產水,可節約生產水約20 t/h。

(3) 更換廢水換熱器內芯。將4臺廢水冷卻器內芯材質升級為不銹鋼,并定期清理廢水冷卻器。正常運行時,每個框架投用1臺廢水冷卻器,并定期清洗、切換。

(4) 增加外排灰水跨線。一、二框架廢水外排線進行連通,在某一廢水冷卻器出現問題時,可通過連通線對廢水進行降溫后外排。

(5) 穩定煤質,嚴控煤中氮元素含量,導壓管氮氣量減至最低,以最大程度降低進入系統的氮元素。

(6) 將閃蒸凝液送至汽提處理后,低氨氮水返回灰水系統。

通過以上措施,目前浙江石化4臺氣化爐穩定運行,廢水冷卻器每個框架各投用1臺,外排廢水總質量流量為390～465 t/h,廢水溫度為40～44 ℃,平均氨氮質量濃度為400 mg/L左右,基本滿足正常生產需要。

4 結語

灰水是煤氣化裝置的“血液”,直接影響氣化裝置的運行質量,同時影響下游水處理裝置的運行。原料煤煤質、換熱器性能、進入系統的各元素含量均會對灰水的水質、溫度及排放量造成影響,因此需要在實際生產中不斷積累經驗、摸索研究、數據分析及共享,達到裝置安全穩定長周期運行的目標。