Ｓｈｅｌｌ 粉煤氣化水系統(tǒng)運(yùn)行問題及優(yōu)化改進(jìn)

張曉永， 成　維（河南龍宇煤化工有限公司， 河南永城　４７６６００）

［摘　要］ 河南龍宇煤化工有限公司Ｓｈｅｌｌ 粉煤氣化裝置自２００８ 年投運(yùn)以來， 隨著運(yùn)行時間的延長和環(huán)保要求的不斷提高， 氣化水系統(tǒng)管線泄漏、設(shè)備內(nèi)部堵塞、現(xiàn)場環(huán)境衛(wèi)生差等問題逐漸凸顯。為此， 龍宇煤化對氣化水系統(tǒng)采取了一系列有針對性的優(yōu)化改進(jìn)措施， 包括優(yōu)化系統(tǒng)流程、升級酸火炬連通管線材質(zhì)、將真空過濾機(jī)改為離心式臥螺機(jī)、循環(huán)水儲罐補(bǔ)水由泵輸改為重力作用溢流、各儲罐液位控制改為通過機(jī)泵變頻器調(diào)節(jié)、各收集罐頂部空冷器加裝噴淋裝置等。優(yōu)化改進(jìn)后， 現(xiàn)場環(huán)境衛(wèi)生狀況大為改善， 生產(chǎn)操作方便簡潔， 現(xiàn)場設(shè)備檢修作業(yè)頻次明顯降低， 為Ｓｈｅｌｌ 粉煤氣化裝置的長周期穩(wěn)定運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)。

［關(guān)鍵詞］ Ｓｈｅｌｌ 粉煤氣化裝置； 氣化水系統(tǒng)； 除渣單元； 濕洗單元； 運(yùn)行問題； 優(yōu)化改進(jìn)

０　引　言

河南龍宇煤化工有限公司（簡稱龍宇煤化）氣化裝置采用Ｓｈｅｌｌ 粉煤加壓氣化工藝。其中，合成氣除渣單元和濕洗單元產(chǎn)生的廢水匯集至氣化水系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)處理。氣化水系統(tǒng)的良好運(yùn)行是Ｓｈｅｌｌ 粉煤氣化裝置長周期穩(wěn)定運(yùn)行的保障。龍宇煤化Ｓｈｅｌｌ 粉煤氣化裝置自２００８ 年投運(yùn)以來，隨著運(yùn)行時間的延長和環(huán)保要求的不斷提高， 處理渣水和濕洗單元外排水的氣化水系統(tǒng)之管線泄漏、設(shè)備內(nèi)部堵塞、現(xiàn)場環(huán)境衛(wèi)生差等問題逐漸凸顯， 伴隨著設(shè)備設(shè)施故障頻發(fā)， 檢修工作風(fēng)險(xiǎn)程度也逐漸增高， 嚴(yán)重影響著氣化裝置的長周期、安全、穩(wěn)定運(yùn)行。通過對氣化水系統(tǒng)運(yùn)行問題進(jìn)行深入分析， 并采取一系列優(yōu)化改進(jìn)措施后， 氣化水系統(tǒng)現(xiàn)場環(huán)境狀況大為改善， 生產(chǎn)操作方便簡潔， 設(shè)備運(yùn)行周期明顯延長。以下對有關(guān)情況作一介紹。

１　氣化水系統(tǒng)工藝流程簡介

Ｓｈｅｌｌ 粉煤氣化水系統(tǒng)的主要任務(wù)是對除渣單元排出的渣水和濕洗單元排出的洗滌水進(jìn)行簡單處理， 處理后的廢水大部分供除渣系統(tǒng)循環(huán)使用， 小部分送至污水處理廠進(jìn)一步處理。氣化水處理系統(tǒng)收集來的渣水和洗滌水， 首先進(jìn)入汽提塔內(nèi)進(jìn)行酸性氣汽提———０. ６ ＭＰａ 低壓飽和蒸汽自下而上與自上而下的渣水和洗滌水在汽提塔內(nèi)的填料層充分接觸， 溶解在渣水和洗滌水中的酸

性氣如ＣＯ２、Ｈ２Ｓ、ＨＣＮ、ＨＣｌ 及ＮＨ３ 等被解吸出來， 為保持汽提效果， 維持汽提塔操作溫度在１２５ ～１３０ ℃、操作壓力在０. １８ ～ ０. ２５ ＭＰａ； 從汽提塔中解吸出來的酸性氣隨蒸汽一起進(jìn)入空冷器換熱降溫至９０ ℃而實(shí)現(xiàn)氣液分離， 分離下來的液體部分送回汽提塔內(nèi)循環(huán)利用， 分離出的酸性氣送入酸火炬系統(tǒng)焚燒處理后排放。從渣水單元來的渣水灰分含量高， 從濕洗單元來的洗滌水酸性氣含量高， 為防止渣水和洗滌水中的Ｃａ２ ＋ 、Ｍｇ２ ＋ 與ＣＯ２ －３ 在汽提塔填料層形成碳酸鈣、碳酸鎂沉淀， 汽提塔設(shè)置有２ 個填料層， 從除渣單元來的渣水進(jìn)入下部填料層， 從濕洗單元來的洗滌水以及其他單元收集的廢水進(jìn)入上部填料層， 為避免在汽提塔填料層形成碳酸鈣、碳酸鎂沉淀，本裝置采取了進(jìn)一步措施———將除渣單元來的渣水先送至沉降槽中沉降， 經(jīng)絮凝劑絮凝沉降后的上部清液依靠重力進(jìn)入澄清槽中， 再由澄清液泵送至各使用點(diǎn)； 沉降槽下部的泥漿則通過泥漿泵送至臥螺機(jī)中進(jìn)行分離， 濾液與汽提后的洗滌水最終在沉降槽中匯合。在灰漿濃縮系統(tǒng)中， 界區(qū)內(nèi)收集的污水及撈渣機(jī)洗渣后的灰水從沉降槽一側(cè)加入， 為促進(jìn)固體顆粒沉降， 在沉降槽灰水加入口同時加入一定比例的絮凝劑， 渣水中的懸浮物經(jīng)絮凝劑作用加速濃縮、長大、沉降后， 較為干凈的水從沉降槽另一側(cè)溢流進(jìn)入溢流槽， 再經(jīng)分配系統(tǒng)進(jìn)入各工藝控制點(diǎn)； 沉降槽中沉淀下來的灰漿落入澄清槽底部， 通過刮灰柵耙將灰漿收集到錐底， 再通過底部灰漿泵打到泥漿存儲罐， 在泥漿存儲罐中，灰漿得到進(jìn)一步澄清、沉淀， 從泥漿存儲罐底部排出的灰漿固含量一般已達(dá)２５％， 由泥漿泵送至臥螺機(jī)， 經(jīng)臥螺機(jī)分離后固含量達(dá)７３％ 的煤泥收集后被大車運(yùn)出， 臥螺機(jī)濾出的清液則被濾液泵送至澄清槽中循環(huán)使用。

２　氣化水系統(tǒng)運(yùn)行問題及其影響

２. １　管線因腐蝕／ 沖刷磨損而泄漏

２. １. １　加酸管線及后管段腐蝕泄漏氣化水系統(tǒng)的主要任務(wù)處理除渣單元排出的渣水和濕洗單元排出的洗滌水， 而除渣單元排出的渣水中Ｃａ２ ＋ 、Ｍｇ２ ＋ 含量較高， 濕洗單元排出的洗滌水中ＣＯ２ －３ 含量較高， ２ 股污水在汽提塔內(nèi)接觸后會生成碳酸鈣、碳酸鎂等結(jié)垢物而造成管線、設(shè)備堵塞， 嚴(yán)重影響氣化裝置的正常運(yùn)行。為減少垢物的形成， 需通過添加酸液調(diào)節(jié)系統(tǒng)的ｐＨ 以維持弱酸環(huán)境， 酸液在渣水給料泵和洗滌水給料泵出口加入。氣化水系統(tǒng)設(shè)計(jì)壓力為０. ２０ ＭＰａ， 為了能讓酸液正常加入到氣化水系統(tǒng)中并與物料充分混合， 控制酸液壓力在０. ３５ＭＰａ。氣化水系統(tǒng)運(yùn)行過程中， 在酸液的強(qiáng)腐蝕性及壓力作用下， 加酸管線及后管段出現(xiàn)腐蝕泄漏， 泄漏的酸液對操作平臺及周圍造成腐蝕， 由此給生產(chǎn)操作和現(xiàn)場人員帶來嚴(yán)重的安全隱患。

２. １. ２　去酸火炬管線腐蝕泄漏氣化水系統(tǒng)除渣單元和濕洗單元排污水收集罐及汽提塔頂部安全閥放空（氣） 至酸火炬管線原始設(shè)計(jì)均為碳鋼材質(zhì)， 由于系統(tǒng)塔器安全閥在裝置運(yùn)行期間正常情況下均處于關(guān)閉狀態(tài)， 使得安全閥放空至酸火炬管線內(nèi)部氣體流動性較差，另外管線內(nèi)長期存有從酸火炬返回的酸性介質(zhì)且被冷凝， 對碳鋼材質(zhì)管線有較大的腐蝕性， 在氣化水系統(tǒng)已有２ 處管線存在嚴(yán)重腐蝕減薄泄漏現(xiàn)象的情況下， 若遇塔器安全閥超壓啟跳， 很有可能導(dǎo)致放空管線爆破撕裂， 大量酸性氣泄漏會造成設(shè)備損壞及人員中毒窒息等， 安全風(fēng)險(xiǎn)較大。

２. １. ３　高含塵污水輸送管線磨損泄漏澄清槽底部經(jīng)沉降后的物料富含固體顆粒，經(jīng)機(jī)泵加壓后輸送過程中會對管線造成磨損， 原設(shè)計(jì)澄清槽和沉降槽出口管線采用耐磨性能好的聚合ＰＶＣ 管， 但實(shí)際運(yùn)行中由于設(shè)備振動及ＰＶＣ 管自身的脆性， 高含塵污水輸送管線經(jīng)常出現(xiàn)磨損泄漏， 且泄漏后檢修程序繁瑣、檢修周期較長， 嚴(yán)重影響氣化裝置的長周期穩(wěn)定運(yùn)行。

２. ２　換熱器內(nèi)部等及汽提塔填料層結(jié)垢堵塞

２. ２. １　過濾器與管道及換熱器內(nèi)部結(jié)垢堵塞由于渣水單元來污水雜質(zhì)含量高及汽提塔內(nèi)部結(jié)垢， 在機(jī)泵入口過濾器及管道內(nèi)， 尤其是換熱器內(nèi)部易出現(xiàn)結(jié)垢堵塞， 造成污水收集罐及汽提塔液位超標(biāo)， 通過現(xiàn)場導(dǎo)淋排放時現(xiàn)場異味較大， 且造成現(xiàn)場環(huán)境衛(wèi)生臟亂差； 另外， 換熱器內(nèi)部結(jié)垢堵塞后， 工藝污水得不到有效降溫， 造成進(jìn)一步處理過程中的工藝污水溫度超標(biāo)。換熱器堵塞嚴(yán)重時， 氣化水系統(tǒng)工況惡化而無法正常處理氣化爐產(chǎn)生的廢水。

２. ２. ２　汽提塔填料層結(jié)垢堵塞而壓差增大

為增加氣液兩相接觸面積、提升汽提效果，汽提塔內(nèi)部設(shè)置有２ 個填料層， 運(yùn)行過程中除渣單元和濕洗單元排污水在填料表面結(jié)垢堆積， 造成上、下填料層壓差超標(biāo)， 操作上減少汽提蒸汽用量后填料層壓差得到緩解但汽提效果變差， 需定期清理汽提塔填料層， 清理時需隔離、降溫、拆人孔， 檢修作業(yè)危險(xiǎn)程度較高， 稍有不慎就可能引發(fā)燙傷、中毒等事故。

２. ３　真空過濾機(jī)濾布使用周期短及現(xiàn)場衛(wèi)生差

除渣單元及濕洗單元來的污水經(jīng)過汽提、沉降后， 較為干凈的水作為內(nèi)部循環(huán)水使用， 含塵量高的懸浮液送至真空過濾機(jī)進(jìn)行固液分離。近幾年的運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)， 真空過濾機(jī)濾布使用周期太短，平均１５ ｄ 就要更換１ 次； 另外， 真空過濾機(jī)過濾后的煤泥需通過汽車運(yùn)送至封閉渣場， 沿途撒落部分煤泥導(dǎo)致現(xiàn)場環(huán)境衛(wèi)生差。再有， 真空過濾機(jī)運(yùn)行中用于真空密封和濾布再生的除鹽水用量較大， 增加了氣化污水處理負(fù)荷，增大了污水處理成本。

２. ４　氣化水系統(tǒng)負(fù)荷重及空冷器出口溫度高

由于原料煤煤種變化等方面的原因， 為防止?jié)裣此隹诤铣蓺庵校茫欤?含量高引起管線腐蝕泄漏， 當(dāng)前采取的最為直接有效的方法是增大濕洗塔外排及補(bǔ)水， 以避免系統(tǒng)中Ｃｌ－ 富集， 但濕洗

塔外排水增加直接導(dǎo)致氣化水處理系統(tǒng)負(fù)荷加重； 另外， 濕洗塔排放水溫度高、酸性氣含量高， 處理過程中， 各收集罐頂部出口氣在空冷器處持續(xù)維持較高溫度， 尤其是進(jìn)入夏季后， 由于氣溫高， 各收集罐頂部空冷器冷卻效果差， 導(dǎo)致空冷器出口經(jīng)常出現(xiàn)超溫超壓的現(xiàn)象。

２. ５　廢水回收利用過程中泵／ 閥等故障率高

除渣單元及濕洗單元來的污水經(jīng)氣化水系統(tǒng)處理后， 一部分送至內(nèi)部循環(huán)水儲罐作為除渣單元渣鎖斗的補(bǔ)水， 實(shí)現(xiàn)水資源的回收利用， 多余部分再送至污水處理廠處理。但由于循環(huán)水儲罐補(bǔ)水與除渣單元渣鎖斗補(bǔ)水時間一致， 具有周期性， 補(bǔ)水時流量較大———補(bǔ)水時流量最高達(dá)到２６０ ｍ３ ／ ｈ， 而不補(bǔ)水時其流量只有５０ ｍ３ ／ ｈ 左右， 多余的水由清水泵外送至污水處理廠， 這就造成補(bǔ)水輸送用的清水泵流量波動較大， 清水泵振動大、噪音大， 嚴(yán)重時需要頻繁地啟停清水泵， 且對清水泵出口止回閥和壓力表沖擊嚴(yán)重，其故障率較高， 需頻繁更換。

３　優(yōu)化改進(jìn)措施及效果

３. １　據(jù)氣化廢水特性優(yōu)化系統(tǒng)流程

據(jù)除渣單元污水塵含量高而酸性氣含量低、濕洗單元污水酸性氣含量高而塵含量低的特性，對氣化水系統(tǒng)工藝流程進(jìn)行優(yōu)化———除渣單元來污水不經(jīng)汽提直接排入沉降槽， 汽提塔只對濕洗單元的洗滌水進(jìn)行蒸汽汽提處理， 以除去其中的酸性氣， 如此一來， 除渣單元排出渣水導(dǎo)致的汽提塔填料層結(jié)垢而壓差增大以及換熱器內(nèi)部結(jié)垢堵塞致污水收集罐和汽提塔液位超標(biāo)等問題以得到解決。氣化水系統(tǒng)工藝流程優(yōu)化后， 汽提塔上、下填料層壓差正常， 利用檢修機(jī)會拆檢換熱器及汽提塔， 發(fā)現(xiàn)換熱器內(nèi)部及汽提塔填料層表面較為干凈， 本優(yōu)化改進(jìn)取得了明顯的效果。

３. ２　升級酸火炬連通管線材質(zhì)

將氣化水處理系統(tǒng)塔器安全閥放空至酸火炬管線材質(zhì)由碳鋼升級為不銹鋼， 同時確保保溫伴熱管線正常投用， 以降低去酸火炬管線腐蝕泄漏而造成人員中毒窒息等風(fēng)險(xiǎn)。此管線材質(zhì)升級后， 每年對酸火炬管線壁厚進(jìn)行測量， 其腐蝕余量在可接受范圍之內(nèi)。

３. ３　將真空過濾機(jī)改為離心式臥螺機(jī)

為降低運(yùn)行成本、改善生產(chǎn)現(xiàn)場環(huán)境衛(wèi)生，在煤泥場內(nèi)增設(shè)２ 臺離心式臥螺機(jī)替代原真空過濾機(jī)。相較于真空過濾機(jī)， 離心式臥螺機(jī)具有如下優(yōu)點(diǎn)： 對污泥的適應(yīng)性強(qiáng)， 能在懸浮液濃度波動很大的工況下有效地進(jìn)行脫水， 可處理真空過濾機(jī)不能處理的污泥； 可２４ ｈ 連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)， 并可實(shí)現(xiàn)全自動控制； 無濾布消耗， 安裝簡便、占有空間小， 可露天設(shè)置， 無需單設(shè)廠房。離心式臥螺機(jī)投用后， 運(yùn)行穩(wěn)定。成本方面， 按每年減少使用濾布１８ 床、每床濾布１５ ０００ 元計(jì)， 每年可減少更換濾布費(fèi)用２７ 萬元； 另外， 因離心式臥螺機(jī)直接安裝在封閉的煤泥場， 煤泥用管道輸送， 避免了煤泥運(yùn)輸過程中的撒落現(xiàn)象， 保證了氣化水處理系統(tǒng)現(xiàn)場環(huán)境衛(wèi)生整潔。

３. ４　循環(huán)水儲罐補(bǔ)水由泵輸改為重力作用溢流

原除渣單元和濕洗單元來的污水經(jīng)氣化水系統(tǒng)處理后一部分由清水泵送至循環(huán)水儲罐作為除渣單元的補(bǔ)水， 由于補(bǔ)水具有周期性且補(bǔ)水時流量較大， 造成泵／ 閥等故障頻發(fā)。為此， 將氣化水系統(tǒng)處理后的水在沉降槽頂部經(jīng)溢流管線直接連接至循環(huán)水儲罐， 即循環(huán)水儲罐補(bǔ)水由泵輸改為重力作用溢流， 并在溢流管線上安裝調(diào)節(jié)閥，控制溢流槽的液位， 在保證循環(huán)水儲罐補(bǔ)水正常的情況下， 多余的水進(jìn)入溢流槽后經(jīng)清水泵送出界區(qū)。優(yōu)化改進(jìn)后， 清水泵出口壓力、流量穩(wěn)定， 輸送管線無振動、無噪音， 運(yùn)行狀況良好。

３. ５　各儲罐液位控制改為通過機(jī)泵變頻器調(diào)節(jié)

除渣單元和濕洗單元各來水儲罐對應(yīng)的機(jī)泵增設(shè)變頻器， 各來水儲罐液位與機(jī)泵轉(zhuǎn)速設(shè)定自動調(diào)整邏輯， 設(shè)定各來水儲罐液位在適宜范圍，機(jī)泵通過轉(zhuǎn)速高低實(shí)現(xiàn)泵出口流量的調(diào)整， 以實(shí)現(xiàn)各來水儲罐液位的穩(wěn)定控制。另外， 各來水儲罐增設(shè)液位高／ 低報(bào)警， 可聯(lián)鎖機(jī)泵停運(yùn)， 以減少機(jī)泵空轉(zhuǎn)及物料溢流現(xiàn)象。

３. ６　各收集罐頂部空冷器加裝噴淋裝置

生產(chǎn)中， 氣化水系統(tǒng)各收集罐頂部空冷器出口溫度持續(xù)偏高， 究其原因， 一是受濕洗單元排污水量以及汽提塔蒸汽加入量的影響， 二是空冷器自身２ 臺風(fēng)機(jī)通過變頻調(diào)整其

４　結(jié)　語

以某４ ｔ／ ｈ 硫酸銨廢水處理裝置為例， 采用Ａｓｐｅｎ Ｐｌｕｓ 軟件對硫酸銨廢水雙效順流蒸發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行建模與模擬， 將模型計(jì)算參數(shù)與文獻(xiàn)值進(jìn)行對比分析， 并研究了氨水加入量對混合溶液ｐＨ和反應(yīng)產(chǎn)物生成量的影響， 據(jù)分析結(jié)果可得出如下結(jié)論： ① 對硫酸銨溶液這類高含鹽電解質(zhì)體系， 基于Ａｓｐｅｎ Ｐｌｕｓ 軟件模擬平臺， 選用熱力學(xué)模型ＥＬＥＣＮＲＴＬ 對硫酸銨溶液的物性數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬， 硫酸銨溶解度與硫酸銨溶液沸點(diǎn)的模擬結(jié)果與文獻(xiàn)值基本吻合， 相對誤差均小于０. ６％，驗(yàn)證了模型設(shè)計(jì)方法的可靠性和準(zhǔn)確性， 其計(jì)算結(jié)果可應(yīng)用于硫酸銨廢水雙效蒸發(fā)過程的模擬與分析； ② 對于硫酸銨廢水中殘余的游離酸（Ｈ２ＳＯ４）， 采用氨水中和時， 反應(yīng)后溶液ｐＨ≥７為宜， 可保證Ｈ２ＳＯ４ 全部轉(zhuǎn)化為（ＮＨ４ ）２ＳＯ４，并抑制ＮＨ４ＨＳＯ４ 的生成； ③ 經(jīng)除雜、中和反應(yīng)后的硫酸銨溶液， 通過蒸發(fā)、濃縮、離心分離等過程得到的硫酸銨產(chǎn)品純度可達(dá)９７％ 以上， 可通過進(jìn)一步干燥脫水得到固體硫酸銨， 制得肥料級硫酸銨產(chǎn)品或工業(yè)級硫酸銨（化工原料）， 具有一定的經(jīng)濟(jì)效益。

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