摘要：以國(guó)家能源集團(tuán)寧東煤化工基地某煤氣化裝置為例，對(duì)裝置水系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的水質(zhì)總?cè)芄?、懸浮物、硬度等指?biāo)高及系統(tǒng)換熱器運(yùn)行時(shí)間短、易堵塞等實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行原因分析，并從工藝、設(shè)備和藥劑等方面進(jìn)行分析探討，提出了優(yōu)化措施。

關(guān)鍵詞：煤氣化；水系統(tǒng)；水質(zhì)指標(biāo)；結(jié)垢

煤氣化技術(shù)作為煤化工行業(yè)的核心技術(shù)，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)鏈的穩(wěn)定運(yùn)行具有至關(guān)重要的影響［1］。在煤氣化過(guò)程中，裝置中的黑灰水質(zhì)量通常較差，常見(jiàn)問(wèn)題包括管道和設(shè)備的結(jié)垢和堵塞，這些問(wèn)題顯著影響了裝置的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。處理這些問(wèn)題的主要方法是添加水處理藥劑，如絮凝劑和阻垢分散劑。即使采用這些處理方法，仍然會(huì)出現(xiàn)各種異常情況。以國(guó)家能源集團(tuán)寧東基地的一個(gè)煤氣化項(xiàng)目為例，其在運(yùn)行過(guò)程中遇到了多種挑戰(zhàn)，如水質(zhì)總?cè)芄獭⒂捕?、氯離子和懸浮物指標(biāo)偏高，以及系統(tǒng)換熱器（包括閃蒸換熱器和廢水換熱器）運(yùn)行時(shí)間短、易于堵塞等問(wèn)題。通過(guò)對(duì)這些實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行原因分析和改進(jìn)，可以為解決類似問(wèn)題提供有價(jià)值的參考。

1煤氣水系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)存問(wèn)題

1.1水系統(tǒng)水質(zhì)總?cè)芄?、硬度、懸浮物等指?biāo)高的問(wèn)題1.1.1總?cè)芄獭⒂捕?、氯離子等指標(biāo)高

在煤氣化水系統(tǒng)運(yùn)行中，總?cè)芄蹋═DS）、硬度和氯離子等水質(zhì)指標(biāo)非常重要。高TDS水中含有較高濃度的礦物質(zhì)和鹽類，導(dǎo)致設(shè)備結(jié)垢和腐蝕，影響熱交換效率，引起設(shè)備故障。水的硬度，主要由鈣、鎂離子決定，過(guò)高的硬度增加熱交換器和管道的結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)，降低系統(tǒng)效率。氯離子濃度高會(huì)加速設(shè)備的腐蝕，并生成有害副產(chǎn)品。這些水質(zhì)問(wèn)題對(duì)煤氣化系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和長(zhǎng)期可靠性構(gòu)成嚴(yán)重挑戰(zhàn)，影響了效率和運(yùn)行成本。

選取該煤氣化裝置系統(tǒng)連續(xù)幾天的水質(zhì)進(jìn)行分析，結(jié)果見(jiàn)表1。表1該煤氣化裝置系統(tǒng)連續(xù)幾天的水質(zhì)數(shù)據(jù)

日期總?cè)芄?/p>

/（mg·L-1）硬度

/（mg·L-1）氯離子

/（mg·L-1）外排水量

/（m3·h-1）201812274 8042 066351.7570201812284 7242 466621.7970201812294 0362 400681.42100201812304 9962 316745.33160201812313 3041 576528.20140201901013 1961 307434.62170201901022 5401 263408.41165設(shè)計(jì)指標(biāo)＜3 500＜1 500＜500

由表1可知，2018年12月30日開(kāi)始隨著排水量的加大，水中總?cè)芄?、硬度及氯離子開(kāi)始有明顯下降趨勢(shì)。

1.1.2懸浮物指標(biāo)高

懸浮物主要指的是水中未溶解的固體顆粒，它們的存在直接影響水系統(tǒng)的效率和穩(wěn)定性。懸浮物在水中的高含量會(huì)導(dǎo)致管道和設(shè)備的堵塞問(wèn)題。這些固體顆?？梢苑e聚在管道和設(shè)備的內(nèi)壁上，從而降低水流的效率，增加了維護(hù)和清潔的成本。嚴(yán)重的堵塞甚至可能導(dǎo)致系統(tǒng)停機(jī)，影響整個(gè)煤氣化過(guò)程的連續(xù)性和穩(wěn)定性。在熱交換過(guò)程中，懸浮物導(dǎo)致磨損和腐蝕，影響設(shè)備的壽命和效率。懸浮物在熱交換器的表面形成包裹層，從而降低其熱交換效率。在煤氣化水系統(tǒng)中，通常需要對(duì)水進(jìn)行處理以滿足特定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。懸浮物的存在會(huì)干擾這些處理過(guò)程，降低處理效率，導(dǎo)致水處理化學(xué)藥劑的過(guò)量使用。水處理過(guò)程中未能有效去除的懸浮物會(huì)隨廢水排放，影響周圍的水體和生態(tài)環(huán)境。

2水系統(tǒng)換熱器運(yùn)行時(shí)間短、易堵塞的問(wèn)題

在煤氣化水系統(tǒng)中，換熱器的運(yùn)行效率是保證整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵因素［2］。換熱器經(jīng)常面臨著運(yùn)行時(shí)間短和易堵塞的問(wèn)題，這些挑戰(zhàn)主要源于水質(zhì)問(wèn)題和換熱器設(shè)計(jì)特性。水中的懸浮物、高總?cè)芄蹋═DS）水平和硬度是導(dǎo)致?lián)Q熱器堵塞的主要原因。懸浮物如泥沙和其他微?？梢栽趽Q熱器的內(nèi)部積聚，水流通道變細(xì)，導(dǎo)致效率下降。高TDS和硬度會(huì)導(dǎo)致水中礦物質(zhì)和鹽類在換熱器表面沉積，形成結(jié)垢，降低了熱交換效率，而且還會(huì)引起物理堵塞。換熱器的設(shè)計(jì)不足以應(yīng)對(duì)高懸浮物負(fù)荷或者水中化學(xué)物質(zhì)的沉積。如果換熱器的維護(hù)不當(dāng)，如清洗周期不足或方法不當(dāng)，也會(huì)加劇堵塞和效率降低的問(wèn)題。換熱器在煤氣化過(guò)程中經(jīng)常面臨高溫和高壓的工作環(huán)境，這些條件會(huì)加速設(shè)備的磨損和腐蝕，從而縮短其運(yùn)行時(shí)間。特別是當(dāng)水質(zhì)中含有腐蝕性化學(xué)物質(zhì)（如高濃度的氯離子）時(shí)，腐蝕問(wèn)題會(huì)進(jìn)一步加劇。換熱器的操作參數(shù)，如流速和溫度，如果沒(méi)有得到適當(dāng)?shù)目刂?，也?huì)影響其運(yùn)行效率和使用壽命。不適當(dāng)?shù)牧魉賹?dǎo)致懸浮物和其他沉積物的積淀，而不適宜的溫度則會(huì)加速化學(xué)反應(yīng)和結(jié)垢。

3煤氣水系統(tǒng)洗滌量過(guò)大且分配不合理的問(wèn)題

洗滌量過(guò)大意味著在清洗煤氣過(guò)程中使用了過(guò)量的水，從而導(dǎo)致水資源的浪費(fèi)，增加后續(xù)的水處理負(fù)擔(dān)。在煤氣化過(guò)程中，煤氣需要通過(guò)水洗滌來(lái)去除雜質(zhì)和冷卻。如果洗滌水量過(guò)大，會(huì)造成能源和水資源的浪廢，增加了處理這些洗滌水所需的成本。洗滌水分配不合理則指的是在煤氣水系統(tǒng)的不同階段，水的使用沒(méi)有得到最優(yōu)化配置。某些區(qū)域不需要那么多洗滌水，而其他區(qū)域水量又不足。不合理的水分配會(huì)影響煤氣的清潔效率，導(dǎo)致雜質(zhì)去除不徹底，影響最終產(chǎn)品的質(zhì)量。水處理系統(tǒng)需要針對(duì)特定的容量設(shè)計(jì)，如果進(jìn)入的水量超出設(shè)計(jì)范圍，會(huì)導(dǎo)致處理效率降低，設(shè)備損壞；過(guò)量的洗滌水使用和不合理分配也會(huì)增加廢水的排放量，將會(huì)增加處理廢水的成本。同時(shí)這些廢水可能含有雜質(zhì)和有害物質(zhì)，需要進(jìn)行嚴(yán)格的處理才能排放，否則會(huì)對(duì)周圍環(huán)境造成污染。

4改進(jìn)措施

4.1水系統(tǒng)水質(zhì)總?cè)芄?、硬度、懸浮物等指?biāo)改進(jìn)措施

針對(duì)總?cè)芄蹋═DS）水平高的問(wèn)題，可以通過(guò)優(yōu)化水處理過(guò)程來(lái)減少溶解物質(zhì)的含量。例如：采用反滲透或離子交換技術(shù)可以有效去除水中的溶解礦物質(zhì)和鹽類，從而降低TDS水平。為降低水的硬度，可以采用軟化處理，如通過(guò)添加化學(xué)藥劑來(lái)沉淀和去除水中的鈣、鎂離子，或使用離子交換樹(shù)脂來(lái)吸附這些硬度離子。針對(duì)懸浮物含量高的問(wèn)題，可以采用物理過(guò)濾方法，如砂濾或微濾技術(shù)，這些方法能有效去除水中的固體顆粒，減少懸浮物的含量。這些改進(jìn)措施的實(shí)施有助于提高水系統(tǒng)的運(yùn)行效率、降低維護(hù)成本并減少設(shè)備的磨損和出現(xiàn)故障的風(fēng)險(xiǎn)，有助于保證最終煤氣產(chǎn)品的質(zhì)量，確保整個(gè)煤氣化過(guò)程的穩(wěn)定和高效運(yùn)行。

4.2水系統(tǒng)換熱器運(yùn)行時(shí)間短、易堵塞的改進(jìn)措施

改進(jìn)水質(zhì)管理，如通過(guò)精密過(guò)濾和化學(xué)處理降低總?cè)芄蹋═DS）和硬度，減少結(jié)垢和堵塞。定期對(duì)換熱器進(jìn)行清潔和維護(hù)，去除積累的污垢，保持其高效運(yùn)行。優(yōu)化換熱器設(shè)計(jì)，如選擇更適合的材料和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可以提高其對(duì)污垢和結(jié)垢的抵抗力?？梢哉{(diào)整操作參數(shù)，如水流速度和溫度，以減少沉積物的形成。這些措施的綜合運(yùn)用，有助于提升換熱器的運(yùn)行效率和使用壽命，確保煤氣水系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

4.3煤氣水系統(tǒng)洗滌分配改進(jìn)措施

實(shí)施先進(jìn)的監(jiān)控和控制系統(tǒng)，系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)和調(diào)整洗滌水的流量，確保在煤氣清洗過(guò)程中洗滌水的最優(yōu)化使用。采用自適應(yīng)和智能化的洗滌系統(tǒng)可以根據(jù)煤氣中雜質(zhì)的實(shí)際含量動(dòng)態(tài)調(diào)整洗滌水的分配量，從而提高效率。通過(guò)改進(jìn)洗滌塔的設(shè)計(jì)，如優(yōu)化噴嘴布局可以更有效地利用洗滌水，減少不必要的過(guò)量使用。還可以考慮回收和再利用部分洗滌水，減少新鮮水的使用需求和廢水的產(chǎn)生［3］。這些措施綜合實(shí)施，旨在提高洗滌水的使用效率，減少資源浪費(fèi)，同時(shí)保證煤氣的清潔效果，確保煤氣水系統(tǒng)的高效和可持續(xù)運(yùn)行。

5結(jié)語(yǔ)

在煤氣化水系統(tǒng)的調(diào)整中，主要是在確保氣化爐負(fù)荷需求和灰水水質(zhì)符合標(biāo)準(zhǔn)的前提下，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)水量的平衡，減少水消耗，并保障硬件設(shè)備的穩(wěn)定和可靠運(yùn)行［4］。系統(tǒng)中的堿度和硬度會(huì)隨時(shí)間逐漸延長(zhǎng)而呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，因此在操作中，將它們作為氣化灰水水質(zhì)控制的關(guān)鍵指標(biāo)是一種有效策略。調(diào)整策略的總體思路是：根據(jù)氣化爐的負(fù)荷，穩(wěn)定控制外排水量，使其維持在預(yù)定的指標(biāo)范圍內(nèi)。這樣做可以監(jiān)控整個(gè)水系統(tǒng)的水質(zhì)變化。根據(jù)灰水中堿度和硬度的變化，進(jìn)一步調(diào)整外排水量以優(yōu)化水質(zhì)。通過(guò)選擇合適的藥劑和調(diào)整其添加量，可以有效控制懸浮物含量和設(shè)備的結(jié)垢問(wèn)題。強(qiáng)化現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)管理，采取綜合措施來(lái)確保煤氣化裝置水系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行是關(guān)鍵。這樣的調(diào)整不僅可以提高系統(tǒng)效率，也能夠降低運(yùn)行成本，同時(shí)還有助于環(huán)境保護(hù)。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：張輝，男，山西晉城人，助理工程師，研究方向：煤化工。