張林峰

(安徽晉煤中能化工股份有限公司, 安徽臨泉 236400)

航天爐氣化技術(shù)又稱HT-L粉煤加壓氣化技術(shù)，由中國航天科技集團公司下屬北京航天石化技術(shù)裝備工程公司獨自研發(fā)，擁有自主知識產(chǎn)權(quán)，打破了國外對該技術(shù)的壟斷。安徽晉煤中能化工股份有限公司(簡稱中能化工)航天爐裝置從2017年7月開工建設(shè)，2019年1月進入設(shè)備安裝階段，2019年11月進行單體試車，2020年3月進行系統(tǒng)聯(lián)動試車,2020年5月31日氣化爐一次投料開車成功。

中能公司采用航天爐裝置，設(shè)計生產(chǎn)能力為252萬m3/d，單爐日處理原煤1 500 t，氣化爐運行壓力為4.0 MPa。該爐型的燃燒室高度為3.2 m，激冷室高度為3.8 m。在氣化爐的長期運行中,由于氣化爐的自身特性，管道容易結(jié)垢，需要定期清理高壓閃蒸罐、激冷水過濾器。特別是由于黑水中固體懸浮物含量大，導(dǎo)致備用激冷水泵無法發(fā)揮備用作用，影響氣化裝置的長期穩(wěn)定運行。因此，需要采取措施以減少氣化裝置黑水中的固體懸浮物含量，保證航天爐裝置長周期穩(wěn)定運行。

1 航天爐渣水技術(shù)特點

1.1 灰水循環(huán)過程

沉降槽合格的灰水通過溢流堰分別溢流到灰水槽和外排水槽。外排水槽的灰水通過外排水泵送到污水處理工段，日常排水體積流量約為120 m3/h，用以維持系統(tǒng)的水平衡和改善灰水水質(zhì)?；宜鄣幕宜ㄟ^低壓灰水泵輸送到低壓汽提塔，初步除去灰水中溶解的少量氧氣后，經(jīng)過除氧水泵輸送到高壓汽提塔進一步提溫、提壓，然后通過洗滌塔給料泵將灰水輸送到碳洗塔，對合成氣進行洗滌、降溫、除塵，為凈化工段提供合格的合成氣。激冷水泵將灰水從碳洗塔輸送到氣化爐激冷室的激冷環(huán)，灰水通過激冷環(huán)的環(huán)流通道沿下降管形成一層水膜用以保護下降管，最終流入激冷室為氣化爐內(nèi)反應(yīng)生成的合成氣進行初步洗滌、降溫、除塵。

1.2 黑水循環(huán)過程

氣化爐激冷室的黑水和碳洗塔的黑水經(jīng)過排水角閥節(jié)流到高壓閃蒸罐，壓力為0.5 MPa左右，經(jīng)過初步閃蒸以回收熱量和降低水溫，解吸黑水中溶解的酸性氣體。高壓閃蒸罐的黑水經(jīng)過排水角閥依次流到低壓閃蒸罐和真空閃蒸罐，經(jīng)過三級閃蒸進入沉降槽，在沉降槽中加入絮凝劑，將沉降的淤漿通過底流泵送到壓濾機進行處理，完成固液分離。

2 渣水系統(tǒng)運行中存在的問題

總結(jié)中能化工一、二期航天爐裝置運行經(jīng)驗，該渣水系統(tǒng)在長期運行中存在缺陷，制約因素主要有以下2個方面：

(1) 在氣化爐合成氣從激冷室出來直接進入碳洗塔進行洗滌除塵的動態(tài)過程中，合成氣帶灰量較大，長時間運行后碳洗塔內(nèi)部容易積灰，不僅影響了碳洗塔的洗滌效果，無法滿足后工段要求，而且需要定期清理碳洗塔內(nèi)部積灰。同時，由于碳洗塔水質(zhì)較差，容易造成激冷環(huán)和激冷水過濾器堵塞，備用激冷水泵出口容易堵塞，不能起到備用作用，裝置運行存在重大安全隱患，進而影響氣化裝置的長周期穩(wěn)定運行。

(2) 高壓閃蒸罐在長時間運行后容易積灰，影響閃蒸效果，需要定期清理。二級閃蒸效果不理想，導(dǎo)致水溫高，影響絮凝劑和分散劑效果，進而影響了系統(tǒng)水質(zhì)[1-2]。

3 優(yōu)化措施

在渣水系統(tǒng)增加1臺旋風分離器設(shè)備，氣化爐的合成氣通過旋風分離器對合成氣進行初步固氣分離。較潔凈的合成氣進入碳洗塔進行洗滌，改善了碳洗塔的水質(zhì)，進而解決了激冷環(huán)和激冷水過濾器堵塞問題，也解決三期激冷水泵因為出口閥堵塞而不能備用的問題。

增加1臺低壓閃蒸罐，通過三級閃蒸系統(tǒng)，提高了閃蒸效果，降低了渣水系統(tǒng)溫度，改善了分散劑和絮凝劑的沉降效果。同時，增加了高、低壓閃蒸罐錐部排污閥門，通過定期排污大大改善了高、低壓閃蒸罐內(nèi)部積灰。

絮凝劑型號選擇與用量優(yōu)化。在絮凝劑型號的選擇上，主要考慮以下因素：

(1) 絮凝劑原理。聚丙烯酰胺的絮凝作用原理包括電中和、吸附架橋、沉淀物網(wǎng)捕。中能化工根據(jù)自身水質(zhì)情況選用XN412QL陰離子絮凝劑[3]。

(2) 絮凝劑用量。當質(zhì)量分數(shù)為1×10-6～3×10-6時,絮凝劑會全部吸附在固體粒子表面上，且絮塊的沉降速度達到最大值，絮凝劑用量過量或過小都會影響沉降效果。

(3) 攪拌。攪拌可使絮凝劑均勻地分散到懸浮液中，達到高效絮凝的效果。

(4) 水溫。低溫水的黏度較大，不利于絮凝劑分子的熱運動，水流剪力大，絮凝劑的成長受阻；高溫會破壞絮凝劑的結(jié)構(gòu)，絮凝劑高分子化學(xué)鍵斷裂，影響絮凝效果。因此，一般水溫應(yīng)控制在40～100 ℃。

(5) 水中硬度。硬度是水中鈣、鎂離子含量的總稱，鈣、鎂離子是形成硬垢的主要離子；因此硬度越大，渣水系統(tǒng)結(jié)垢傾向越嚴重，對阻垢分散劑的要求越高。

(6) 水中堿度。在渣水系統(tǒng)中，堿度是指水中能夠接受氫離子與強酸進行中和反應(yīng)的物質(zhì)含量。堿度高會影響水中鈣、鎂離子生成碳酸鈣、碳酸鎂。

(7) 水中懸浮物。水中懸浮物會吸附并消耗阻垢分散劑，懸浮物多會降低阻垢分散劑效果。

(8) 外排水。外排水量決定了灰水濃縮程度，很大程度上決定了灰水中各種離子濃度。若灰水被提濃程度高，各種成垢和有害離子濃度高，渣水系統(tǒng)對分散劑的阻垢性能和分散性能要求也隨之提高[4]。

4 優(yōu)化效果

優(yōu)化前后渣水系統(tǒng)數(shù)據(jù)對比見表1。

表1 灰水運行指標控制

5 結(jié)語

三級閃蒸系統(tǒng)提高了閃蒸效果，降低了渣水系統(tǒng)溫度，改善了絮凝劑的絮凝沉降效果，在外排水、煤種一定的情況下，能有效降低灰水中的堿度、硬度和懸浮物，進而發(fā)揮分散劑的作用，對碳酸鈣、碳酸鎂有良好的阻垢分散效果，保證了氣化爐長期穩(wěn)定運行。