武輝斌， 張 毅， 盧艷軍

(太原煤炭(氣化)集團(tuán)有限公司焦化廠，山西 太原 030024)

引 言

剩余氨水產(chǎn)生于煉焦生產(chǎn)過(guò)程，約為裝爐煤量的15%左右，內(nèi)含氨、酚、氰化物等，是焦化污水的主要來(lái)源。根據(jù)環(huán)境保護(hù)的要求，剩余氨水必須加以處理才能外排［1］。蒸氨就是將剩余氨水進(jìn)行蒸餾。通過(guò)蒸氨處理，降低剩余氨水中的NH3-N含量，為下一步生化處理作必要的前期準(zhǔn)備［2］。同時(shí)，回收的氨水用于生產(chǎn)硫酸銨。目前，國(guó)內(nèi)外的蒸氨工藝主要有水蒸氣直接蒸氨工藝、導(dǎo)熱油加熱間接蒸氨工藝、管式爐加熱間接蒸氨工藝以及水蒸氣加熱間接蒸氨工藝等［3］。

1 蒸氨工藝及存在問(wèn)題

太原煤炭(氣化)集團(tuán)有限公司焦化廠蒸氨工藝采用的是水蒸氣直接蒸氨工藝。原設(shè)計(jì)工藝是，剩余氨水先到酚氰工段，在剩余氨水槽沉淀分離焦油后，用泵打入焦炭過(guò)濾器再次除焦油;之后，煤油加N-503萃取油萃取脫酚。脫酚之后的剩余氨水作為蒸氨的原料氨水貯存在氨水槽中。原料氨水通過(guò)氨水泵從氨水槽中抽出，經(jīng)板式換熱器與蒸氨塔出水進(jìn)行熱交換，進(jìn)入混勻器。在混勻器中，氨水與NaOH混合后從塔頂?shù)牡?塊進(jìn)料板進(jìn)入蒸氨塔，塔底通入飽和蒸汽作為熱源，對(duì)氨水進(jìn)行直接蒸餾。NaOH通過(guò)隔膜計(jì)量泵從堿槽中抽入到混勻器。由于剩余氨水中的固定銨是強(qiáng)酸弱堿生成的鹽類，在水中加熱難以分解，所以，加入NaOH進(jìn)行固定銨的分解。反應(yīng)式如式(1)。

在蒸氨塔內(nèi)，氨水逐級(jí)下降與蒸汽反復(fù)接觸，使NH3轉(zhuǎn)移到氣相中，從塔底排出時(shí)已降至要求的濃度。經(jīng)過(guò)蒸餾的、氨濃度較低的廢水進(jìn)入換熱器，與進(jìn)塔氨水進(jìn)行熱交換，然后送往生化站作進(jìn)一步處理。富含NH3的氣相從塔頂進(jìn)入分凝器，進(jìn)一步濃縮后經(jīng)管線送往硫銨飽和器。其工藝流程如圖1。

圖1 蒸氨工藝流程示意圖

經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行后發(fā)現(xiàn)，板式換熱器的廢水通道經(jīng)常發(fā)生堵塞，使蒸氨退水不暢，同時(shí)使換熱器傳熱效果變差，剩余氨水的預(yù)熱溫度降低，蒸氨效果變差。堵塞嚴(yán)重時(shí)，甚至需停止生產(chǎn)運(yùn)行，清洗換熱器。頻繁的清洗不僅造成了巨大的人力、物力浪費(fèi)，而且加劇了設(shè)備的腐蝕程度。

2 原因分析

首先，對(duì)堵塞換熱器廢水通道的固體物通過(guò)8410等離子發(fā)射光譜儀進(jìn)行分析，結(jié)果如表1所示。

表1 8410等離子發(fā)射光譜儀分析結(jié)果

從表1分析結(jié)果可以看出，固體物主要是CaCO3、Mg(OH)2和一些雜質(zhì)。其中，CaCO3、Mg(OH)2的來(lái)源是，氨水中的鈣鎂重碳酸鹽遇熱后分解為碳酸鈣沉淀物以及松軟無(wú)定形的氫氧化鎂。其反應(yīng)見(jiàn)式(2)～(4)。

反應(yīng)式(2)～(4)的沉淀物，一部分黏結(jié)在塔內(nèi)的塔板上，另外部分則懸浮在廢水中。板式換熱器是由許多波紋形的傳熱板片按一定的間隔、通過(guò)橡膠墊片壓緊組成的可拆卸的換熱設(shè)備。板片組裝時(shí)，2組交替排列，板與板之間用黏結(jié)劑固定橡膠密封板條，其作用是防止流體泄漏并使兩板之間形成狹窄的網(wǎng)形流道。換熱板片壓成各種波紋形，以增加換熱板片的面積和剛性，并能使流體在低流速下形成湍流，達(dá)到強(qiáng)化傳熱的效果。板上的4個(gè)角孔形成了流體的分配管和泄集管。2種換熱介質(zhì)分別流入各自流道，形成逆流或并流，通過(guò)每個(gè)板片進(jìn)行熱量的交換。由于板式換熱器的流道間隙較小(僅為2.5 mm ～6.0 mm)，因此，當(dāng)廢水流經(jīng)換熱器時(shí)，其中的Mg(OH)2和CaCO3便沉積在換熱器表面，從而使換熱器發(fā)生堵塞，造成廢水流經(jīng)換熱器時(shí)流速下降，大大降低了換熱器的傳熱效率。

堵塞換熱器廢水通道的另外一些雜質(zhì)來(lái)源于原料氨水的不潔凈。由于原料氨水是先經(jīng)過(guò)冷鼓、酚氰等多道工序后才進(jìn)行蒸氨處理的，因此，除了氨水原本含有的焦油等雜質(zhì)外，不可避免地會(huì)帶進(jìn)萃取脫酚時(shí)的煤油等其他油類及固體雜質(zhì)，致使原料氨水中雜質(zhì)含量進(jìn)一步增大，從而造成換熱器堵塞。

3 改進(jìn)措施

3.1 增加固液分離裝置

在蒸氨過(guò)程中，由于Mg(OH)2和CaCO3的生成是不可避免的，因此，我們采取了在蒸氨塔和換熱器之間安裝旋液分離器的措施，進(jìn)行固液分離。蒸氨廢水由分離器的圓筒部分以切線方向進(jìn)入作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生離心力，下行至圓錐部分時(shí)的運(yùn)動(dòng)更加劇烈。其中的固體雜質(zhì)受離心力的作用被拋向器壁，并沿器壁按螺旋線下流至出口(底流)。通過(guò)該裝置可分離出大部分Mg(OH)2和CaCO3。處理后的廢水，由中心的出口溢流進(jìn)入換熱器。

3.2 降低剩余氨水中的含油量

通過(guò)對(duì)工藝流程的分析發(fā)現(xiàn)，剩余氨水中含油高是由于油水分離不清所致。因此，為了避免氨水槽和混勻器底部積累的油進(jìn)入蒸氨系統(tǒng)中，我們加強(qiáng)了氨水槽和混勻器的放油管理，每天對(duì)氨水槽和混勻器進(jìn)行放油，直到看見(jiàn)有氨水排出為止。

3.3 增加酸洗池

在氨水泵前增加酸洗池。當(dāng)換熱器堵塞需要清洗時(shí)，只需要將鹽酸和緩蝕劑配好的酸洗液倒入酸洗池中，通過(guò)氨水泵將酸洗液吸入，即可清洗到蒸氨系統(tǒng)的每個(gè)部分，從而縮短了停產(chǎn)時(shí)間，進(jìn)一步提高了工作效率。改造后的工藝流程如圖2。

圖2 改造后的蒸氨工藝流程示意圖

4 改造效果

改造后的蒸氨裝置基本上消除了換熱器廢水通道的堵塞現(xiàn)象。裝置連續(xù)運(yùn)行一年來(lái)，沒(méi)有出現(xiàn)因堵塞帶來(lái)的蒸氨退水不暢以及換熱效果差導(dǎo)致的氨水預(yù)熱溫度低等問(wèn)題，蒸氨廢水的合格率達(dá)到了98%以上。第38頁(yè)圖3是蒸氨裝置改造前、后一年中蒸氨廢水合格率的對(duì)比圖。通過(guò)改造蒸氨裝置，由原來(lái)的頻繁開、停車變?yōu)楝F(xiàn)在的長(zhǎng)周期、穩(wěn)定運(yùn)行，真正發(fā)揮了蒸氨裝置的環(huán)?；厥兆饔谩?/p>

改造后，蒸氨裝置徹底改善了運(yùn)行狀況，提高了運(yùn)行效率，故障率大為降低。

圖3 改造前、后蒸氨廢水合格率的對(duì)比圖

改造前，每季度清洗板式換熱器1次，每次需用鹽酸50 kg。按鹽酸單價(jià)1 700元/t計(jì)，年需人民幣:

改造前，每季度拆洗1次板式換熱器，每次更換專用橡膠墊88個(gè)。按橡膠墊單價(jià)33元/條計(jì)，年需人民幣:

改造前，每年更換1次換熱板，共87塊，每塊單價(jià)128元，年需人民幣:

改造后，每年共計(jì)節(jié)約人民幣:

5 結(jié)論

在蒸氨塔和換熱器之間安裝旋液分離器，有效地降低了廢水中所含的固體雜質(zhì)。同時(shí)，通過(guò)定期對(duì)氨水槽和混勻器底部放油，降低了氨水中的含油量，有效地解決了換熱器廢水通道堵塞的問(wèn)題。蒸氨廢水的合格率全年保持在98%以上，真正發(fā)揮了蒸氨裝置的環(huán)?；厥兆饔?。

［1］肖瑞華.煉焦化學(xué)產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)問(wèn)答［M］.北京: 冶金工業(yè)出版社， 2008: 147.

［2］徐進(jìn)，張春明.淺析焦化廠蒸氨工藝改造［J］.南鋼科技與管理， 2008( 1) : 39-42.

［3］海全勝，李萬(wàn)眾.剩余氨水蒸氨工藝及設(shè)備探討［J］.煤化工， 2009( 6) : 48-51.