郭文麗，于利紅

(1.滕州生態(tài)環(huán)境監(jiān)控中心；2.充礦水煤漿氣化及煤化工國(guó)家工程研究中心有限公司，山東 滕州 277500)

1 煤氣化灰水控制指標(biāo)及影響

煤氣化單元通常采用控制氣化灰水相關(guān)指標(biāo)保障氣化水系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，包括pH、總堿、總?cè)芄?、懸浮物、濁度、硫酸根、Cl-、NH3-N、COD、BOD等指標(biāo)，如表1所示。各單位因煤種及煤氣化技術(shù)種類(lèi)不同控制指標(biāo)存在差異。

表1 氣化灰水控制指標(biāo)

(1)pH：較低的pH會(huì)造成管道設(shè)備腐蝕，pH超標(biāo)會(huì)增加系統(tǒng)結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)；

(2)硬度：用以表征灰水中Ca2+、Mg2+等成垢離子濃度，因系統(tǒng)水循環(huán)利用，易造成成垢離子累積，達(dá)到飽和后，形成結(jié)晶，造成管道設(shè)備結(jié)垢；

(4)NH3-N：來(lái)源與堿度相同，適量的 NH3可在一定程度上抑制酸性物質(zhì)對(duì)設(shè)備、管道的腐蝕；氨氮超標(biāo)一方面導(dǎo)致灰水呈現(xiàn)較強(qiáng)的堿性，增加結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)，另一方面影響水處理系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行；

(5)濁度：氣化水系統(tǒng)固體顆粒含量高易在管道沉降造成結(jié)垢；

(6)氯濃度：灰水系統(tǒng)氯含量超標(biāo)會(huì)造成設(shè)備管道腐蝕，需嚴(yán)格控制其含量[2-4]。

2 煤氣化灰水指標(biāo)的影響因素與控制方法

2.1 pH

2.1.1 影響因素

氣化單元水系統(tǒng)pH在不同設(shè)備中有較大不同，氣化爐、洗滌塔等高壓、高溫設(shè)備中，因黑水中溶解了CO2、H2S等酸性氣體，導(dǎo)致黑水呈現(xiàn)酸性，可達(dá)4.5。而在閃蒸后灰水槽、澄清槽等因酸性氣體閃蒸溢出，水中溶解的堿性金屬離子會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)pH呈現(xiàn)堿性。

氣化灰水系統(tǒng)pH受較多因素的影響，包括閃蒸系統(tǒng)真空度、分散劑添加量、原料煤的硫含量、灰水排污量等，甲酸也是影響灰水pH的重要因素[5]。

真空閃蒸罐真空度不達(dá)標(biāo)，造成酸性氣體無(wú)法徹底閃蒸出去，造成灰水pH下降?；宜稚┐蠖喑仕嵝?，會(huì)對(duì)灰水pH造成一定影響，需嚴(yán)格控制其添加量。原料煤中硫、氯含量較高，也會(huì)造成灰水中酸性物質(zhì)升高，降低pH。另外，系統(tǒng)排污量也是影響系統(tǒng)pH的重要因素，合理控制廢水排放量，能夠起到控制系統(tǒng)pH的作用[5]。

甲酸是造成氣化爐灰水pH偏低的重要原因，甲酸是一種強(qiáng)酸，在灰水中全部電離，且不具有揮發(fā)性，閃蒸系統(tǒng)無(wú)法將灰水中的甲酸去除。隨著氣化爐操作壓力的升高，灰水pH下降。氣化爐操作壓力變化不大的情況下，灰水的pH隨氣化爐負(fù)荷的升高而升高[6]。

2.1.2 控制方法

排查閃蒸系統(tǒng)運(yùn)行狀況；進(jìn)行分散劑投加量實(shí)驗(yàn)，確定分散劑對(duì)系統(tǒng)pH的影響。關(guān)注氣化廢水排放量與pH變化間的關(guān)系。對(duì)灰水進(jìn)行取樣分析檢測(cè)，檢測(cè)水中酸性物質(zhì)成分，分析其來(lái)源，以便制定相關(guān)措施。

2.2 硬度、堿度

(1)硬度主要表征灰水中Ca2+、Mg2+等成垢離子濃度，主要來(lái)源于煤中灰分及外部補(bǔ)水。因系統(tǒng)水循環(huán)利用，離子濃度不斷提高，達(dá)到飽和后，系統(tǒng)波動(dòng)時(shí)易形成結(jié)晶，造成設(shè)備管道結(jié)垢。

2.3 濁度

濁度，指灰水中煤灰渣等固體顆粒含量，當(dāng)其含量過(guò)高時(shí)易在管道設(shè)備沉降造成結(jié)垢。影響灰水濁度因素包括沉降槽停留時(shí)間、絮凝劑效率、系統(tǒng)負(fù)荷、含氨廢水加入、煤漿添加劑等。外來(lái)廢水中氨含量增加會(huì)導(dǎo)致水系統(tǒng)濁度、懸浮物濃度升高，需嚴(yán)格控制外來(lái)廢水氨含量。煤漿添加劑中氯及硅元素含量也會(huì)影響絮凝劑及分散劑效率，造成系統(tǒng)濁度升高。另外，需嚴(yán)格控制絮凝劑質(zhì)量，據(jù)系統(tǒng)煤種變化，選擇合適的絮凝劑[7]。

2.4 氨氮

2.4.1 影響因素

氣化單元水中氨氮來(lái)源于煤的氣化反應(yīng)，煤快速熱解所產(chǎn)生的揮發(fā)分中含氮芳烴環(huán)的裂解。煤漿中水分有利于NH3、HCN 的生成，過(guò)量水分會(huì)降低氮污染物生成量。一部分NH3、HCN存在于合成氣中，一部分存在于合成氣洗滌水中。合成氣中氨氮經(jīng)變換單元進(jìn)入冷凝液中返回氣化單元作為洗滌塔進(jìn)料[8]。

氣化系統(tǒng)灰水中NH3可中和HCl，HCOOH和HCN等酸性物質(zhì)，抑制其對(duì)管道及設(shè)備的腐蝕。但氨氮含量超標(biāo)會(huì)使灰水堿性提高，當(dāng)與鈣鎂離子濃度較高的灰水混合時(shí)易結(jié)垢，造成管道堵塞。另一方面，灰水氨含量過(guò)高，會(huì)影響污水處理系統(tǒng)生物體、菌類(lèi)生存環(huán)境，從而影響污水處理效果。

2.4.2 控制方法

提高汽提塔操作溫度，閃蒸出液體中的氨氣。降低氣提塔壓力，提高氣提效果。將汽提塔氣分離器凝液稀釋后送污水處理，從而減少返回到系統(tǒng)中的氨氮量[9]。

2.5 氯

2.5.1 影響因素

胡敏等研究了煤中氯元素的遷移規(guī)律，煤中氯元素的存在狀態(tài)影響其在氣化系統(tǒng)的分布。一類(lèi)氯元素以離子形態(tài)存在于煤孔道溶液中或取代有機(jī)質(zhì)中羥基基團(tuán)，這類(lèi)氯元素較容易釋放出去，一般存在于合成氣及水系統(tǒng)中；另一類(lèi)氯元素存在于煤灰礦物中不易釋放出去，一般殘存在灰渣中。在采用神府煤的氣流床水煤獎(jiǎng)氣化裝置中，廢水(包括廢水以及粗渣、細(xì)渣所攜帶的水)中有88.09%，粗渣中占有4.38%，細(xì)渣中占有1.59%。

2.5.2 控制方法

氣化單元氯離子含量超過(guò)一定濃度會(huì)造成激冷室、激冷水管線、洗滌塔等設(shè)備的腐蝕，氣化單元一般規(guī)定氯離子質(zhì)量濃度低于500 mg/L。

可以通過(guò)選用防腐性能好的材料來(lái)防止Cl-的腐蝕，如400合金、825合金、600合金、625合金和C276合金、2205合金和2507合金等?？刂骗h(huán)境因素降低氯腐蝕的影響：降低環(huán)境溫度、降低系統(tǒng)內(nèi)氯的濃度、降低氧氣或氧化劑的濃度和提高pH，還可以控制溫度高于露點(diǎn)，避免發(fā)生露點(diǎn)腐蝕[10-12]。

2.6 COD

COD主要來(lái)源于氣化反應(yīng)過(guò)程中生成的烴類(lèi)物質(zhì)、機(jī)泵的潤(rùn)滑油及外界進(jìn)入的油類(lèi)物質(zhì)?；宜腃OD含量則隨氣化爐氣化溫度降低和煤燃燒形成的烴類(lèi)物質(zhì)增多而增大，系統(tǒng)外部進(jìn)入渣水系統(tǒng)的油類(lèi)物質(zhì)則可以通過(guò)人工干預(yù)予以避免。

控制氣化爐爐溫，減少煤的低溫?zé)N化反應(yīng)，是降低系統(tǒng)COD的有效手段[7]。

3 結(jié) 論

(1)氣化灰水系統(tǒng)pH受較多因素的影響，包括閃蒸系統(tǒng)真空度、分散劑添加量、原料煤的硫含量、灰水排污量等，需系統(tǒng)分析各種原因并合理控制。甲酸是造成氣化爐灰水pH偏低的重要原因。氣化爐的操作壓力是影響灰水pH的關(guān)鍵因素。

(2)灰水中氯元素含量與煤中氯元素含量及氯的存在狀態(tài)相關(guān)。氯化物會(huì)對(duì)渣水處理工序的管道造成腐蝕現(xiàn)象?？刂坡雀g一種方法為使用較好的材料；另一種為控制環(huán)境因素，降低系統(tǒng)溫度、降低氯濃度、降低氧氣濃度等。結(jié)合氣化系統(tǒng)運(yùn)行情況，控制氯含量較易實(shí)現(xiàn)的方法為控制氣化用煤氯含量，控制氣化外排廢水量。在允許情況下可設(shè)置灰水處理回用系統(tǒng)，節(jié)約系統(tǒng)耗水量，同時(shí)降低氯含量超標(biāo)狀況。

(3)氮污染物 NH3主要來(lái)自煤快速熱解時(shí)的揮發(fā)分。NH3經(jīng)洗滌、凈化后聚集在洗滌冷凝水中，作為粗合成氣的洗滌冷卻水返回系統(tǒng)。變換凝液中的氨氮含量與氣化爐的操作壓力有關(guān)，操作壓力越高，變換凝液中的氨氮含量越高。氨氮超標(biāo)會(huì)導(dǎo)致灰水呈現(xiàn)較強(qiáng)的堿性、提高管道結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)、破壞下游污水處理系統(tǒng)中的生物菌生存環(huán)境，影響污水處理效果。