水煤浆气化黑灰水系统降硬研究
灰水系统常见问题及优化措施
关 键词 ： 气化 ； 灰水； 处理 ； 优化； 措施
Ｆ ｍｉａ ｅｔ ｎ ｎ ｔ ｚ ｄ Ｍ ｅ ｓ ｒ ｓｏ ｈ Ｗ ａｅ ｙ ｔｍ ａ ｌ ｒＱｕ ｓｉ ｓａ ｄ Ｏｐ ｉ ｅ ｎ ｕ ｅ ｆＡｓ ｔｒ Ｓ ｓｅ ｉ ｏ ｍｉ
ＷＡＮ Ｇ ａ —ｌｎ ．Ｌ ｎ 一 ｕ Ｘｉ ｏ ｉｇ ＩＨｏ ｇ
（ ａｔ ｈｎ ｎｉｅ ｒ ｇＳ ｉ ｃ ｎ ｅ ｈ ｏ ｇ ｏ ｔ． ｎ ｕ Ｈ ｆｉ ３ ０ ４ ２Ａ ｈ ｉ ａ ｇｉ １Ｅ ｓ Ｃ ｉａＥ ｇ ｅｉ ｃｅ ｅａ ｄＴ ｃ ｎｌ ｙＣ ．Ｌｄ ，Ａ ｈ ｉ ｅ ０ ２ ； ｎ ｕ Ｂ ｎ ｎ ｎ ｎ ｎ ｏ ｅ２
蒸汽经灰水加热 器 回收热量 后通过 高 闪分离 罐进行 汽液 分离 ， 顶部气体送人变换 汽提 塔或火 炬 ， 底部 灰水返 回脱 氧槽循 环 使 用， 高温热水器底部 黑水经过低温热水 器 、 空闪蒸罐 逐级 闪蒸 真 被 浓 缩 后 进 入 澄 清 槽 进 行 水 渣 分 离 ， 部 黑 水 由 澄 清 槽 进 料 泵 底 送入真空过滤机压滤 ， 饼送 至界外作建 筑用 ， 滤 而上部 清液大部 分送人脱氧槽循 环使用 ， 部分最 为废 水排 至界 外。低 温热水 少 器顶部闪蒸汽作 为热源送 人脱 氧槽 ， 空闪蒸 罐顶部 闪蒸 汽经 真 过真空闪蒸冷凝器 冷凝 、 真空 泵分 离器 汽液 分离 ， 气体 放空 ， 液 体返 回系统循 环使用。
１ 灰 水 处 理 系统 工 艺 流 程
本 装 置 灰 水 处 理 工 艺 流 程 示 意 图见 图 ｌ 。
变换 汽 提塔 歧 火村
２ 实 际 生产 中 会 遇 到 的 问 题 及 解 决 办 法
由于本工 段处 理的黑水含 固量 比较 高（ ３ ％左 右） 整个 约 ０ ， 系统 介 质 对 管 道 及 设 备 的磨 损 比 较 严 重 ， 时 堵 塞 也 是 灰 水 处 同 理系统 比较显 著的特 点 ， 这些 问题都 影响 了整个 气化装 置 的顺 利运行 。相关文献 调研及 企业 反馈 ， 灰水 处理 系统 存 在的 问题
水煤浆气化工艺降低系统水消耗方案
根据 实际情 况 ， 出在 高压 煤浆 泵 出 口阀前 、 提
导淋 阀后 配管 （ 压管 ） 低 至沉 渣 池 ， 启高 压 煤 浆 开
泵经新 配 管线将 煤浆 打至 沉渣池 。为保证 流量 充
足， 管径 应 与 高压 煤 浆泵 出 口管 的管 径相 近 。形
驴 驴 驴 痧 、 ≯ Ｚ
在沉渣池 内用捞斗 取 出并 回收利用 。 ２ ３ 注意事 项 ． （） １ 清洗 时 ， 保证 煤 浆槽 搅 拌 器 正常 运 行 ， 应
用户１ 用 户２
ｆ１ ａ
用 户３
用 户２
煤 浆槽 液位应 高 于 １ ０ ｍ。 ０ｍ ５ （） ２ 大量 低 压 灰水 注入 煤浆 槽 后 ， 浆 黏 度 煤 会 大 幅降低 ， 浆 与 水 易分 层 。 为保 证 高压 煤 浆 煤 泵 稳定 运行 ， 可经 黑 水 处 理工 段 的分 散剂 管 线 向 灰水槽 中加 入适 量 水 煤 浆 添加 剂 ， 高 煤浆 颗粒 提
ｌ ８
、 氮肥
第４ ０卷
第 ７期
２１ ０ ２年 ７月
水 煤 浆 气 化 工 艺 降低 系统 水 消 耗 方 案
周 杰 柏 月 波
（ 东兖矿集 团国宏化 工有 限责任公 司 山 东邹城 ２３ １ ） 山 ７ ５２ 备工 段磨 煤水 的水 源 。 （ ） 统清 洁所 用冲洗 水也 为一 次水 。 ４系
过 ５ｔｈ 。 ／
（ ） 统 开 、 车 时 ， 、 高 低 压煤 浆 泵 都 １系 停 开 停 要 用一 次水 冲洗煤 浆 管线 ， 保煤浆 管线 畅通 。 确 （ ） 清槽 底 泵 所 输 送 介 质 的 含 灰 渣 量 大 ， ２澄
管线 又 易磨 损 ， 、 泵 也 需 要 一 次 水 来 置 换 管 开 停 线， 确保管 线 畅通 。 （ ） 系 统 开 车 初 期 ， 次 水 还 作 为 煤 浆 制 ３在 一 没有反 冲洗装 置 ， 使烟气 中没被 洗涤净 的污垢 附着
气化污水处理中温状态下除硅除硬研究实验报告
气化污水处理中温状态下除硅除硬研究实验报告气化污水包括水煤浆气化装置污水和粉煤气化装置污水，确定气化污水水质情况如下：水煤浆气化装置污水来自水煤浆气化装置，正常排水量为100m3/h，最大排水量为120m3/h，进入气化高密池水温75~80℃，压力0.5MPa，全硅浓度为100mg/L，Ca离子浓度为450mg/L，Mg离子浓度为36.5 mg/L，总硬度浓度为1277mg/L。
粉煤气化装置污水来自粉煤气化装置，正常排水量为600m3/h，最大排水量为720m3/h，进入气化高密池水温75~80℃，压力0.5MPa，全硅浓度为100mg/L，Ca离子浓度为400mg/L，Mg离子浓度为5mg/L，总硬度浓度为1021mg/L。
在实际运行中，根据运行检测数据，进水中溶解性硅浓度约150mg/L（全硅为胶体硅与溶解硅）左右，总硬度浓度约1500mg/L左右，而处理出水的溶解性硅浓度为90mg/L左右，总硬度浓度为500mg/L左右，其中钙离子达到400mg/L，硅的去除率仅40%，硬度去除率仅67%，去除率都大大偏低，出水残留硅和硬度都偏高，高于出水硅小于20mg/L、硬度小于100mg/L的出水指标，严重影响后续的生化处理系统和回用装置的运行。
现有反应池改为以除硅为主，增加一套除硬反应池。
目前气化污水运行处理效果较差，主要原因是药剂投加方案不合理，导致投药种类多而且投药量大，但是主要污染物去除率低，污水中的硅和钙硬都有大量残留，并有大量碱度富余。
因此，筛选合适的除硅除硬加药方案。
二、实验目的和思路实验目的：通过烧杯试验，筛选合适的除硅除硬加药方案，供实际运行参考，以提高气化污水运行处理效果。
实验思路：本次烧杯实验分为两个阶段：第一阶段为除硅药剂筛选；第二阶段为除硬药剂确定最佳加药量。
第一阶段：根据相关规范和资料，针对除硅药剂有3种方案：一是镁剂脱硅。
这是目前运行采用的方案，即氧化镁粒子在水中部分水化形成MgO、Mg（OH）2的复杂分子结构，水中以不同形态存在的硅酸化合物可以与氧化镁胶体粒子进行离子交换，形成了难溶的硅酸镁化合物；二是铝盐脱硅。
水煤浆加压气化装置的运行及改进 附煤化集团公司常见危险化学品及有害因素简介
1 装置运行情况我公司6.5MPa水煤浆加压气化年产300kt合成氨装置引进美国TEXACO 公司PDP，由日本宇部兴产和化工部第六设计院完成详细工程设计。
设计以陕西黄陵煤为原料，选用6.5MPa压力气化。
气化炉两开一备，单炉投煤量650t/d，单炉产气量（CO+H2）为43000m3/h。
该装置自年月日第一次化工投料试车至今，运行了9个年头，运行性能良好，单炉生产能力达到设计值。
基本实现长周期稳定运行（单炉最长连续运行达51d），年装置连续运行189d。
1.1 装置运行与设计工况比较该装置原设计用黄陵煤，但由于黄陵煤灰熔点高，灰分高，难以稳定运行，于1997年7月改为甘肃华亭煤，实际煤种与设计差别大。
现将煤质数据及运行数值比较列于表1、2。
从表1、2数据可知，虽然煤质与原设计差别很大，煤浆入炉量增加后仍能满足后工序用气量的要求。
说明该装置适应性强，操作弹性大。
1.2 炉砖使用情况耐火砖是德士古水煤浆气化装置能否长周期运行的关键，因为耐火砖质量差或筑炉质量差会导致炉壁超温，尤其是拱顶的筑炉要求很高，我公司气化炉出现过许多次拱顶超温现象，被迫停炉处理。
再之，耐火砖使用寿命短，耐磨炉砖更换就频繁，更换炉砖不但给工厂造成损失，而且更换、养护、升温时间长达一月，在这一月里，没有备炉，给生产运行带来很大压力。
我公司气化炉两开一备，最初耐火砖使用寿命仅为2000～4000h，且多次出现拱顶超温，导致生产运行相当被动。
经过改进，现在耐火砖寿命长达20000h以上，不但解决了装置原来存在的问题，而且寿命超过了国外同类装置耐火砖的最好水平。
1.3 开、停炉情况开、停炉情况列于表3。
从表3可以看出，气化装置在我公司经历了一段艰难的历程。
说明一个新技术、一套新装置，要达到长周期、高负荷运行，需要做大量的工作。
即便是装置运行8年后的今天，在长周期、满负荷、稳定运行方面仍有大量的工作要做。
煤化装置投用以来，组织了国内众多单位参与攻关，解决了许多问题，我公司技术人员不断总结教训，完成了数百项技术改造项目，在此将介绍几个主要的改进，以便相互借鉴，共同提高。
国内几种气化灰水(黑水)系统的运行评价
里洗涤器。在高压罐顶换热器 （ 内加热冷凝 Ⅱ） 液， 然后作为洗涤塔塔板洗涤水。进人 ２台高压 罐顶换热器的闪蒸气流量 由出高压罐顶换热器
（Ｉ 的灰水温度给定温度调节器控制调节三通 ） 阀进 行分 配。
１ ２ 特点 ．
灰水（ 黑水） 系统采用了三级 闪蒸 ， 经过相关 企业 ｌ Ｏ多年的运行 ， 暴露 了不少 问题 ： 管道容易 磨损泄漏； 换热器容易结垢堵塞且不易清理； 灰水 系统备车增加； 闪蒸气直接送火炬放空 ， 对大气有 污染。但该系统是 国内较早投运的装置 ， 有多年 的生产 运行经 验 ， 比较 成熟 。
第３ ４卷 第 ２ 期
化肥工业
２０ 年 ４ ０７ 月
国 内几种 气化 灰 水 （ 水 ） 黑 系统 的运行 评 价
王建军， 张国连 ， 丛玉梅 （ 兖矿贵州能化有限公司开阳合成氨项 目筹备处 贵阳 ５００ ） ５３０
摘 要 主要对 国内 士古水煤 浆气化装置 中几种灰水 （ 德 黑水） 系统的流程加 以比较 ， 分别评价 了它们各 自
ｂ ｅ ｕｔ ｎ ｒ ｉｅ ． ｉ ｒ ｆｓ ｒｒ ａｙ ｉ ｇｖ ｎ Ｌ ｓ Ｋｅ ｗｏ ｄ ａ ｈ ｗａｅ ｂａ ｋ ｗ ｔｒ ｆ ｓ ｉｇ ｐ ｏ ｅ ｓｆ ｗ ｙ ｒ ｓ ｓ ｔ ｒ ｌｃ ａ ｅ ｌ ｈｎ ｒ ｃ ｓ ｏ ａ ｌ
自从德士古第 ｌ 套水煤浆加压气化装置在鲁 南化肥厂投料开车以来 ， 国内最近 ｌ Ｏ多年又陆续 新建了 ｌ 多套装置 ， ０ 并且都已取得成功。德士古 水煤浆气化装置的灰水 （ 黑水 ） 系统 主要有 ４种 工艺流程， 各有优、 缺点， 现总结如下。
１３ 主 要缺点 ．
１ ．两压 闪蒸 器 ２ ．低 压 闪 蒸 器 ３ ．灰 水加 热 器
气化灰水系统结垢原因分析与对策
气化灰水系统结垢原因分析与对策摘要：煤气化属于煤洁净的重要技术之一，位于煤炭行业有着重点应用。
灰水系统水质不良，则会导致系统发生结垢情况，泵能力受此影响明显降低。
同时，造成激冷水管线与激冷环出现结垢情况，激冷水流量受此影响明显减少，激冷环、下降管使用年限明显降低，以此对系统稳定连续运行产生不利影响。
所以，有关气化灰水系统，需对其结垢原因采取全面分析，制定合理可行的对策措施，以此为气化灰水系统稳定连续运行提供可靠保障。
对气化灰水系统结垢原因分析与对策进行了分析，旨在为有关人员提供一定的参考和借鉴。
关键词：气化灰水系统；结垢；原因；对策前言：世界能源紧缺背景下，煤炭资源更是供不应求，对其采取高效综合利用，是影响能源化工领域发展的重要问题。
煤气化作为煤洁净的关键技术之一，位于煤炭行业有着重点应用。
有关水煤浆气化技术，凭借其工艺、安全与技术水平、成本等方面的优势特点，也获得广泛重点应用。
气化灰水系统若发生结垢问题，势必会对系统运行产生不利影响，所以，有关人员务必对结垢原因采取全面分析，通过合理可行的方法对策，保证气化灰水系统稳定安全运行。
1灰水系统工艺流程有关灰水系统工艺流程，涉及涵盖黑水闪蒸、沉降与灰水混合、洗涤。
首先，位于气化炉激冷室、碳洗塔底部位置，对存在的激冷水、煤气洗涤水，利用黑水管线，对此直接输送至闪蒸系统，逐级通过高压、低压和真空闪罐，对此完成闪蒸处理，确保对黑水所含CO2、H2S等实现有效排除。
通过闪蒸流程处理之后，对黑水采取降温，待温度符合相应标准，便可直接输送至沉降槽，选用絮凝剂，对此加以合理使用，以保证黑水所含残渣能够更快完成沉降。
位于沉降槽底部位置，含固量较高黑水，需借助过滤设备，对此完成有效过滤处理，对残渣和粉尘等实现有效清除。
对沉降处理的灰水采取有效收集，并直接输送到灰水槽，为防止灰水管路发生结垢情况，保证灰水固体颗粒具有良好的稳定性质，可选用分散剂，位于灰水之中加以合理添加使用。
水煤浆气化装置灰水系统除硬技术探究
水煤浆气化装置灰水系统除硬技术探究摘要：近年来，随着我国经济的不断发展和社会的不断进步，各个领域都有了一定上的技术提升。
这些化肥生产的公司也在生产的装置上，以及技术上进行了相应的改变。
随着我国节能环保的不断推出，以及绿色发展的不断进行水煤浆气化系统结垢装置方面存在的问题，严重的干扰的相关企业的正常发展。
下面将结合河南的某化肥公司进行水煤浆气化装置中灰水槽的钙含量以及硬度进行相应的分析，同时，针对三种除应技术进行对比，分别包括电絮凝除硬技术、酸性气除硬技术以及膜吸收除硬技术，通过对比后最终选用的处理技术为酸性气除硬技术。
关键词：水煤浆；灰水系统；除硬技术引言：用于水煤浆气化工艺可以更好地利用资源，为企业创造更多的经济效益，因此备受关注。
但是在水煤浆气化灰水系统的运行中发现，水煤浆企划装置系统存在着严重的结垢问题。
为了更好地解决存在的污垢问题，维持系统的长时间稳定运转，提高企业的经济效益，就要对灰水系统的除硬技术进行研究，在原有的雏鹰基础上进行相应的提升，降低水煤浆气化装置长时间的结垢难题。
下面将对水煤气化装指灰水系统除应技术进行相应的研究和分析，并提出自己的观点，以供相关企业参考。
一、水煤浆气化灰水系统1.1水煤浆气化灰水系统中存在的问题由于我国能源分布存在着缺少石油天然气，但存在着丰富的煤的特点，因此，基于我国的能源分布更好地利用煤炭资源，降低在使用过程中的污染问题，是现阶段符合我国国情发展以及能源多元化的重要手段，利用一定的技术进行煤炭资源的清洁利用处理，是推动我国能源更好地利用以及经济发展的重要手段。
这其中最常出现的就是水煤浆气化灰水系统的使用。
但水煤浆气化灰水系统的应用过程中还存在着大量的问题。
由于在水煤浆系统运行的初期所需要的补水量非常大，系统经过一次脱盐用的水量高达每小时125立方米，这个过程中，造成氨水的量消耗的极大，同时，在废水排除系统外管道出现了严重的腐蚀和结垢现象。
这些问题主要表现在以下几个方面：（1）水煤浆系统的系统补水和系统的各处冲水所需要用的水量巨大。
气化灰水系统水质恶化原因分析及解决措施
收集 。气 化灰水 的形 成流程 示 意见 图 １ （ 图 中虚 线 表示 由于 系统负荷 波动 导致 甲醇废 水及磨 煤水
槽 的水平 衡遭 到破坏 而 间歇性进 入灰 水形成 流程 的水 源 ） 。
１ 灰 水 系统简介
德 士古 气化装 置生 产过程 中产 生 的黑水及 相
的水 质 ，ｐ Ｈ最 高达 到 ９ ． ０ ４ ，硬 度最 高 达 到 １ ０ ． ８ ｍ ｇ ／ Ｌ，Ｃ ａ 质 量 浓度 最 高达 到 ３ ８ ４ ． ７ ７ ｍ ｇ ／ Ｌ， Ｍｇ 质量 浓 度 最 高 达 到 ２ ９ ． １ ６ ｍｇ ／ Ｌ ，浊 度 最 高 达到 ８ ４ ． ５ ｎ ｔ ｕ ，灰 水 的 ｃ ａ ¨ 、Ｍｇ 质 量 浓 度 和 ｐ Ｈ及 硬度 均 高 于 恶化 前 的水 质 。说 明灰 水 水 质 在不 断恶 化 当 中。
常 亮 ，陈 永献 ，郭 勇
２ ７ ３ ５ ０ ０ ） （ 兖矿 国宏化工有限责任公司 ，山东 邹 城
［ 中图分类 号］Ｔ Ｑ ５ ４ ５ ［ 文献标志码 ］Ｂ ［ 文章编号］ １ ０ ０ ４— ９ ９ ３ ２ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ６— ０ ０ ３ ０— ０ ２
德 士古 气化炉 水 系统水 质的好 坏对 系统运 行 有 着直 接 的影响 。灰水 系统水 质差 会导致 激冷 水 管线结 垢严 重 ，激 冷水 流量下 降 ，使泵 内部及 其 进 出 口管路 结垢 ，影 响设 备 的正 常运行 和系统 的 长周期 运行 。我公 司德 士古气 化炉 水系统 曾出现 水质恶 化 的情况 ，通过 原 因排查 与分析 ，制定 了 相应 的解决 措施 ，确保 了灰水 各项 指标 在合格 范
水煤浆气化装置灰水中氨氮含量高的原因及解决措施研究
水煤浆气化装置灰水中氨氮含量高的原因及解决措施研究水煤浆气化装置灰水中氨氮含量高的原因及解决措施研究张文才肖康水煤浆气化装置灰水中氨氮含量较高往往会直接影响污水处理站的运行，系统减量运行情况也很容易因此出现，这便使得近年来围绕水煤浆气化装置灰水中氨氮含量控制开展的研究大量涌现，基于此，本文简单分析了水煤浆气化装置灰水中氨氮含量高的原因，并详细论述了相应解决措施，希望由此能够为相关业内人士带来一定启发。
本文选择了某地采用德士古水煤浆工艺技术的S化工企业作为研究对象，该企业配置有6.5MPa气化压力的Φ3200mm气化炉3台，采用四级闪蒸工艺、激冷流程，灰水系统工艺流程可简单概括为：“汽化炉→高压闪蒸→低压闪蒸→一级真空闪蒸→二级真空闪蒸→澄清槽→灰水槽→除氧器→碳洗塔→汽化炉”，由此便完成了整个灰水循环。
1.水煤浆气化装置灰水中氨氮含量高原因分析1.1 问题分析在20XX年9月之前，S化工企业灰水中氨氮含量始终稳定在350～420mg/L 区间，但在日常1500t甲醇、100%气化装置负荷工况下，污水处理站接收的灰水量处于80～100m3/h区间，而由于灰水中氨氮含量较高，污水处理站始终采用回用中水稀释方式进行灰水的辅助处理，由此灰水的氨氮含量被稀释至180～220mg/L，这一指标下污水处理站200m3/h的灰水处理能力可满足生产需要。
20XX 年9月18日至10月3日，S化工企业开展了气化装置部分改造，在高负荷运行试验中，企业的甲醇产量达到设计能力的120%，即1800t/h，但灰水外排放量及氨氮含量也因此分别提升至100～120m3/h、390～440mg/L区间，这就使得污水处理站无法满足S化工企业的生产需要。
1.2 原因分析围绕S化工企业在气化装置部分改造后出现灰水外排放量及氨氮含量升高情况开展分析，笔者认为灰水外排放量的提升是必然的，但对比同样应用德士古气化工艺的化工企业不难发现，这类企业的灰水氨氮含量多能够控制在260mg/L，因此本文认为S化工企业灰水中氨氮含量的上升可能受到了一定隐藏因素的影响，德士古气化工艺的性能也因此未实现完全发挥。
水煤浆气化灰水浊度问题探讨
［］于广锁 ， １ 龚欣 ， 刘海 峰 ， ．多喷嘴 对置式水煤 浆气化 等 技术 ［］ Ｊ．现代 化工 ， ０４ ２ （０ ： ６ ４． ２０ ， ４ １） ４ — ９
凝剂 的选择 和应 用
离子型还是 阳离子型更适合系统的黑水处理。
摘 要： 水煤浆气化技术在煤化工领域广泛应 用， 气化灰水 的浊度是生产运行 中的重要参数 ， 本文 以四喷嘴水煤 浆气化技术为例 ， 探
讨 了影响气化灰水浊度 的因素 ， 分析 了煤 质、 絮凝剂选 择、 灰水沉 降及外来水质对灰水浊度 的影响 ， 并提 出了相应的处 理措施 。
关键词： 水煤浆气化 ； 灰水 ； 浊度
的高度认 可 。
洁利用的重要途径 ， 因此 ， 大力开发和利用高 效、 清 洁的煤气化技术对于提高我国的能源利用效率 ， 减
轻能源短缺的压力 ， 改善生态 环境有着 重要意义 。
含渣水 处理
图 １ 对 置 式 四喷 嘴 水煤 浆 气 化 技 术 流 程 图
如图 １ 对置式四喷嘴水煤浆气化技术主要包括 磨煤制浆 、 气化及初步净化 、 渣水 处理等三大工序。 渣水处理工序是把气化及煤气初步净化工序产生的 黑水导人蒸发室使得渣水中所含的固体及溶解的酸 性气体分离出来 ， 蒸汽进人热水室与循环黑水接触 换热 ， 并将黑水 的热量加 以回收利用 。黑水 处理完 变成可以被系统循 环利用 的灰水 ， 灰水质量的好坏
特定的煤气化技术需要特定 的煤种。无论德士 古还是 四喷嘴水煤浆气化 ， 对煤种的要求都是低灰、 低灰熔点、 渣的黏温特性低。灰水 中的垢主要成分 是钙、 镁等的沉淀物， 气化用煤灰分一般要求不高于 ８ ， ％ 如果灰分含量高 ， 势必造成渣量大， 黑水中含固 量增多， 给后面的水处理带来困难 。煤 的灰熔 点高
水煤浆气化炉装置水系统结垢问题分析与预防处理措施
水煤浆气化炉装置水系统结垢问题分析与预防处理措施摘要：水煤浆气化水系统是气化装置的重要技术环节之一，是气化装置的血液；该系统运行正常与否，是气化装置能否长周期稳定高负荷运行的关键，同时也直接影响着各主要设备的使用寿命。
本文以宁夏煤业甲醇分公司煤制甲醇项目的水煤浆气化装置水系统的运行情况，对水系统结垢、堵塞等制约长周期稳定运行的问题进行深入的分析，并就水系统的结垢堵塞问题提出了针对性的解决方案。
关键词：水煤浆气化炉装置；水系统结垢；预防处理措施1水煤浆气化炉装置水系统结垢问题分析甲醇分公司气化装置在气化炉投料运行后最初的一段时间，水系统的运行还算正常，随着时间的推移，激冷水量逐渐下降，激冷水过滤器切换也变得越来越频繁，而换热器的换热效果也不同程度的下降。
气化炉运行后期激冷水过滤器虑孔因结垢变小，使得虑孔更容易受杂质堵塞，使虑孔变得更小，因垢片紧密附着在金属表面，简单的在线冲洗只能把杂质冲掉对垢片没有任何作用，所以随着时间的推移，虑孔垢片增厚，致使激冷水量随着时间而降低；同样，结垢也会使换热器换热效率不断下降，如其中A炉激冷水泵前后手阀因为结垢而无法动作，以致于其中一个泵机封泄漏无法切出检修；B炉投料后，激冷水量一直上不去，水量长期在380 t/h附近徘徊，—部分的原因是这和激冷水过滤器在备用情况下静止的灰水水质较差导致结垢加之固体颗粒的沉淀堵塞虑孔所致。
气化炉经过1.5-2个月左右的运行周期后，相继发现气化大黑水管线和激冷水过滤器堵塞严重，激冷水泵出入口阀、激冷水管道、灰水管道结垢严重，气化单元的黑水管线和激冷水相关管线的堵塞物多为黑色疑似结垢堵塞物，约20-40 mm厚度不等，而闪蒸单元的灰水管线结垢多为灰白色，厚度多在5-25 mm不等，这些垢块或堵塞物都结垢致密附着力强，结垢堵塞情况在年度大检修后变符更加严重。
2水系统结垢原因分析2.1机理分析钙垢和镁垢是水中较为常见的水垢，0℃下碳酸钙在水中的溶解度只有20 mg ／L。
气化黑水灰水降硬降浊回用整体解决方案
气化炉
脱盐水 20m3/h TH=0
230m3/h TH=391.3mg/L
沉降槽
120m3/h
TH=600mg/L
110m3/h TH=600mg/L
“电化学絮凝” 120m3/h
一体化
TH=200mg/L
灰水槽
外排污水 20m3/h
TH=600mg/L
上清液
脱水系统
泥饼外运
利用有限的水资源，创造无限的水循环
3.专利设备的应用案例
电化学絮凝设备进、出水水质指标分析
利用有限的水资源，创造无限的水循环
3.专利设备的应用案例
电化学絮凝设备运行成本分析
灰水处理运行成本 用电量：0.20kw · h/吨水 药剂费用：1.35元/吨水
利用有限的水资源，创造无限的水循环
3.专利设备的应用案例
年运行费用效益核算
250t/h TH=800mg/L
气化炉
脱盐水 20t/h TH=0
230t/h TH=608.7mg/L
1.黑水循环的总硬 度由1950mg/L下 降到800mg/L，硬
pH调 节
HPin氢 离 子 注 射 技 术 度去除率为59%。
“电化学絮凝” 一体化
2.排污水由60t/h下
灰水槽
降到20t/h。
工艺优势
1.灰水循环 的总硬度由 1200mg/L下 降到600mg/L。 2.排污水由 60t/h下降到 20t/h。
3.专利设备的应用案例
电化学絮凝设备进、出水水质指标分析
利用有限的水资源，创造无限的水循环
3.专利设备的应用案例
电化学絮凝设备进、出水水质指标分析
利用有限的水资源，创造无限的水循环
水煤浆气化技术
水煤浆气化技术水煤浆气化技术是一项从水煤浆中提取液体烃及其他有用物质的技术。
它利用液体烃和其他有用物质，可以提供液体烃、汽油和柴油等一系列产品。
水煤浆是指随着煤炭精细加工的发展，用水对煤炭进行加工，分离出的细小的煤粉和悬浮性的水煤浆。
水煤浆的物理和化学性质是煤炭进行生物、化学和物理加工后的残渣，它是有机物混合物，包括烃醚、脂肪、酯、烷、醚和硫等有机物及硅酸盐、氧化物和碱类物质等无机物组成。
水煤浆气化技术主要有以下几种：热气化、热裂解和加氢气化等。
气化是将水煤浆供入高温加热炉内，经过高温激发，水煤浆中的有机物质进行表面加氢反应和裂解反应，使有机物的碳氢键分解，实现有机物的气化，去除气化物中的碳，提取气态及液态烃。
热裂解是将水煤浆用高温进行热裂解，就是把有机物质分解成烃分子，通过水煤浆蒸馏可以把水分和有机分子分离，提取出有机液体烃。
加氢气化是将水煤浆和氢气混合，加热到高温，氢气会和碳元素结合在一起，形成新的碳氢分子，也就是氢化烃，提取出液态和气态烃。
此外，水煤浆气化技术的应用还有热快速气化技术、催化气化技术和其他一些配套技术，如冷凝分离技术、蒸发分离技术、湿法活性炭吸附技术、低温精分技术等。
结合水煤浆气化技术的催化剂，也可以合成出一定成份的液体烃，如柴油、润滑油、炼焦油、燃料油等，以满足市场对石油类产品的需求。
同时，水煤浆气化技术还可以制造出高价值的化工产品，如烯烃、环烃、芳香以及烧碱(Caustic)、硫酸(Sulphuric acid)、硝酸(Nitric acid)等。
水煤浆气化技术具有节能环保、兼容性强等优势，可以把原始煤炭加工出高品质的液体烃和气态烃，并具有良好的应用前景。
当前，我国正加快推进水煤浆气化技术的应用，深化煤炭加工领域气化技术的探索，以期在未来更好地满足市场需求。
总之，水煤浆气化技术是当前我国煤炭行业发展的热点，有待继续深入研究。
政府及相关部门应大力支持煤炭气化技术的发展，以提高企业的生产效率，提升煤炭加工行业发展水平。
水煤浆气化灰水除硅除硬效果分析
2020年06月①加剂24小时后，在液化气脱硫塔底采富液样品可见胺液已经清澈透明，胺液乳化现象基本消除。
SR-105A/B 聚结器玻璃板中泡沫明显减少，液化气脱硫塔底富液阀开度增大。
液化气脱硫醇后水洗水pH 值从12降低至10以下，碱液氧化塔液位波动明显改善，说明液化气脱硫塔胺液发泡情况缓解，液化气夹带的胺液量降低。
②液化气脱硫塔T-103压力降介于≮150kpa 之间。
③液化气脱硫塔T-103液位保持在30%～65%之间，液位每小时波动标准方差≯2.0%。
（具体波动标准方差见图1）④六部贫剂发泡高度平均降低至小于100ml ，消泡时间平均小于10s ，改善效果明显。
九部再生贫剂发泡高度平均约300ml ，消泡时间平均＞300s ，改善效果不明显。
⑤六部液化气脱硫塔基本建立循环，优化了液化气脱硫塔的操作；液化气脱硫醇氧化塔碱液液位平稳，提高了氧化风量，进而提高了碱液再生效果，优化了液化气脱硫醇单元操作。
⑥九部溶剂再生塔液位波动情况明显改善，贫富液泵胺液流量波动减少。
具体见图2（2）第三阶段通过装置调整，自2020年2月1日开始，再生贫剂的发泡高度由＞450ml 降低至10ml 左右，合格率100%；消泡时间由＞300s 降低至＜5s ，合格率100%。
4效果评价（1）通过试用GL-167胺液消泡剂，解决了胺脱系统长期存在的发泡问题，使胺液建立了正常循环（脱硫后液化气无明显胺液携带现象,脱硫后液化气聚集脱水脱液器玻璃板液观察无泡沫产生）；T-103压力降介于≮150kpa 之间，且保持稳定；T-103液位保持在30-65%之间，液位每小时波动标准方差≯2.0%。
满足技术协议第（1）条要求。
（2）贫剂发泡实验达到了发泡高度≯30ml ；消泡时间≯10s ；指标统计合格率≮90%，满足技术协议第（2）条的要求。
（3）胺液乳化问题未得到很好解决，通过间断少量外甩溶剂再生凝结水罐酸性水，对胺液乳化问题有一定改善，待继续观察效果。
粉煤气化水系统结垢分析与优化
粉煤气化水系统结垢分析与优化摘要：粉煤气化水系统水质直接影响系统能否长期安全稳定运行，所以要确保水质各指标都达标，若无有效的灰水控制措施，水系统水质将变差，动静设备管道积渣结垢将更严重，从而影响系统正常运行，因而控制灰水水质较重要。
关键词：粉煤气化；水系统；结垢；优化由于灰水和黑水系统中存在大量结垢性离子，灰水和黑水系统管线等常结垢，导致管道堵塞、泵打量不足等问题，严重影响气化炉长期运行，同时，致使激冷水管线和激冷环结垢，激冷水流量将显著减少，激冷环使用寿命将显著缩短，从而对系统稳定连续运行产生不利影响。
因此，对于粉煤气化水系统，要全面分析其结垢原因，制定合理可行的对策，为系统稳定连续运行提供可靠保障。
一、设备管道不同点垢物分析数据及日常灰水指标1、不同部位垢样分析数据。
对灰水和黑水循环系统不同位置易结垢垢片进行取样分析，通过分析垢片数据及组分比较，推算每个系统的结垢趋势和形成垢片的原因，这样系统才能得到有效控制，不断优化和创新系统盲区和设备管道系统的内部环境。
不同位置沉积物中酸不溶物含量不同，这些沉积物是黑水沉降中进入灰水系统的细小渣粒的一部分(主要成分为SiO2、石英、偏硅酸铝等)；Al2O3含量高可能是由于使用了三高两低(高灰分、高硫、高灰熔点、低挥发分和低可磨指数)无烟煤灰分含量高且灰分中Al2O3含量高造成。
550℃灼烧失重数据表明，主要成分为煤泥和有机质；950℃灼烧失重数据表明，CaO和MgO含量相对较低，表明该系统具有良好的分散阻垢性。
Fe2O3含量高可能是由系统中腐蚀控制或外部引入的Fe离子引起。
酸不溶物含量太高，因此对这种沉积物进行化学清洗可能性小，通过取样沉积物实验室小试，基本无法进行化学清洗。
2、气化粗细渣中氧化物。
粗细渣中硅铝比例较高，酸性氧化物(SiO2、Al2O3)及碱性氧化物(Fe2O3、CaO、K2O)中SiO2+Al2O3含量高于70%，SiO2含量高导致软化、流动温度间温差大，粗细渣中Al2O3含量增加，灰熔点升高，粗细渣中酸性物含量差别不大，但碱性物中粗渣含量远高于细渣，粗渣中不同样品含量差别较小。
水煤浆气化炉合成气带水问题的分析
水煤浆气化炉合成气带水问题的分析摘要：气化炉是水煤浆加压气化装置的核心设备，它包括了燃烧室和激冷室两部分，上部为燃烧室内衬三层耐火材料；下部为激冷室，燃烧室与激冷室之间由燃烧室的锥底相互隔开，燃烧室与激冷室之间通道是渣口，渣口的下面依次是激冷环和下降管，下降管的外面是上升管且同心，上升管上部的折流板固定在燃烧室的锥底上。
在生产运行中时常会发生激冷室合成气带水问题，因此本文主要就水煤浆气化炉合成气带水问题进行探讨分析，并提出一些个人观点，以供参考。
关键词：水煤浆气化炉；合成气带水问题；解决措施；前言：气化炉合成气带水的问题对气化系统稳定运行的危害很大。
气化炉合成气带水的主要原因是系统热负荷过高产生水沫和激冷室内气体流速过高，通过降低热流强度和扩大上升管直径、加大激冷室液面上部分离空间以及在气化炉合成气出口管线上设置气水分离器可以从不同的侧面解决气化炉带水问题，增加企业的经济效益。
1水煤浆气化炉合成气带水的现象与危害1.1 系统出现异常现象（1）气化炉的液位下降，去闪蒸系统的黑水调节阀会关小；（2）合成气温度偏高，文丘里压差增大且波动；（3）洗涤塔液位升高，洗涤塔补水阀关小。
1.2 气化炉带水危害（1）气化炉液位持续下降，有时需减负荷生产，影响装置的生产强度；（2）气化炉带水后，由于气化炉激冷室内直接接受自气化炉燃烧室来的熔渣、飞灰，系统内水质较差，大量灰份随着合成气夹带的水到达洗涤塔内，影响了洗涤塔的水质，也影响了出塔合成气的清洁程度；（3）由于洗涤塔液位升高，操作不稳，有时会引发洗涤塔带水而影响后工序的正常操作；（4）气化炉带水后，激冷室内的黑水被带入旋风分离器和水洗塔，旋风分离器和水洗塔内的含灰量会增大，会影响出水洗塔合成气的清洁度，同时会影响黑水循环泵入气化炉的激冷水的水质，长期运行会加剧激冷环的结垢；（5）由于气化炉黑水向闪蒸系统的排放量减少，黑水中的灰渣成份增加，容易堵塞气化炉去闪蒸系统的黑水管线，影响闪蒸系统的正常操作；（6）气化系统带水严重时，部分黑水进入气相当中，合成气含灰量和含水量增加，带入后系统，造成系统压力波动，同时会影响变换炉内的触媒使用寿命。
德士古水煤浆气化4种灰水(黑水)系统对比
德士古水煤浆气化4种灰水（黑水）系统对比自从德士古第1套水煤浆加压气化装置在鲁南化肥厂投料开车以来，国内最近10多年又陆续新建了10多套装置，并且都已取得成功。
德士古水煤浆气化装置的灰水（黑水）系统主要有4种工艺流程，各有优、缺点，现对比如下。
1 流程（一）（图1）1.1 流程简介（1）黑水系统气化炉激冷室排出的黑水和洗涤塔锥体底部排出的黑水分别由各自的管道通过1开1备的节流减压阀进入高压闪蒸罐，高温液体降压膨胀后，水蒸气和溶解的酸性气（如CO2，H2S等）被迅速闪蒸出来。
高压闪蒸罐操作压力0.71 MPa，由靠近换热器出口管道上的压力控制阀进行调节控制。
高压闪蒸后的黑水经高压闪蒸罐液位调节阀送入中压闪蒸罐，进行第2级降压膨胀闪蒸；罐内操作压力为0.13 MPa，罐底部含固黑水由液位控制阀控制进入真空闪蒸罐。
入真空闪蒸罐的黑水在负压下操作（绝对压力0.05MPa），酸性气体和水汽迅速膨胀逸出水面，真空闪蒸罐锥底排出的黑水经液位调节后自流进入重力沉降槽。
（2）闪蒸系统高压闪蒸罐顶排出的闪蒸气分两路分别进入高压罐顶换热器（Ⅰ）和高压罐顶换热器（Ⅱ）的管间。
在高压罐顶换热器（Ⅰ）内加热来自中压罐顶换热器换热后的灰水，加热后的灰水去文丘里洗涤器。
在高压罐顶换热器（Ⅱ）内加热冷凝液，然后作为洗涤塔塔板洗涤水。
进入2台高压罐顶换热器的闪蒸气流量由出高压罐顶换热器（Ⅰ）的灰水温度给定温度调节器控制调节三通阀进行分配。
1.2 特点灰水（黑水）系统采用了三级闪蒸，经过相关企业10多年的运行，暴露了不少问题：管道容易磨损泄漏；换热器容易结垢堵塞且不易清理；灰水系统备车增加；闪蒸气直接送火炬放空，对大气有污染。
但该系统是国内较早投运的装置，有多年的生产运行经验，比较成熟。
1.3 缺点（1）因闪蒸罐气相（废气）均由火炬放空，开、停车过程中压力、液位（闪蒸罐）较难控制。
（2）系统结垢严重，尤其是该系统使用的大部分是U形管换热器，运行周期短，一般检修后运行3个月便严重堵塞，换热器列管堵塞比例高达三分之二；闪蒸罐清理难度大，罐内汽液分离器短时间内无法彻底清理，有时被迫拆下清理，检修周期过长。
水煤浆气化工艺中的问题分析与改进
水煤浆气化工艺中的问题分析与改进摘要：本文通过对气化系统、灰水处理系统、联锁系统，进行分析寻找对应的解决措施与改良方法，希望能够给有关人士提供一定的参考价值。
关键词：水煤；浆气化；工艺中；问题1水煤浆气化装置的概况1.1装置的简述某公司在合成氨的年生产量可以达到30万吨，尿素则可以达到52万吨，在气化装置方面，完整的气化装置总共包含制浆、气化及后续对渣水进行处理的三套系统。
1.2装置运行情况的概述需要注意的是，中国海油的首套煤气化装置便是该气化装置，但是系统也存在以下主要问题：第一，煤仓在运行中会经常出现煤被堵住的现象，料机皮带也会因为煤量的原因造成毁损，导致磨煤机的入料管线发生堵塞的现象，在共同作用下导致煤浆的最终输入量与标准要求相差甚远，而气化炉也经常需要被迫进行减负荷。
第二，磨煤机筒体螺栓存在严重漏浆问题，环境受到污染，同时将煤浆流入磨煤机的小齿轮轴承中，难以把持其原有的使用期限。
第三，当地煤成分掺杂较多杂质，由于烧嘴压差较低而使气化炉联锁停车高达十几次。
第四，在采取比较长的激冷水系列管线的时候，极易造成停车备炉在清洗与检修的过程中无法对断口进行清理，同时热量运行不够充分，运行周期大大缩减。
2气化系统的改良2.1工艺烧嘴的改良1.烧嘴压差波动时的现象。
烧嘴压差波动，表明煤浆在烧嘴处雾化效果变差，部分煤浆未经充分反应就被高速的气流带出气化炉燃烧室，在煤浆流量几乎没有变化的情况下，气化效率下降、产气率降低而导致气化炉压力下降、高压煤浆泵出口压力持续下降，由于氧气与煤浆在烧嘴头部混合，煤浆压力降低造成氧气流量不断上涨，气化炉因处于过氧状态而温度上涨，工艺气组分发生明显变化——CH4、CO含量下降而CO2含量上升，有效气含量明显降低；与此同时，经过长期的操作观察，烧嘴压差波动具有偶然性，有时波动小，有时波动大，甚至会出现烧嘴压差降为负值的情况，经过一段时间后有时又会突然上涨恢复至正常值，如此反复。
多喷嘴水煤浆气化水系统运行问题及工艺改进方法
多喷嘴水煤浆气化水系统运行问题及工艺改进方法1. 喷嘴堵塞在水煤浆气化系统中，喷嘴是将水煤浆喷洒到气化炉内的重要装置，而喷嘴的堵塞会直接导致水煤浆的喷洒不均匀，影响气化反应的进行。
喷嘴堵塞的原因主要有：水煤浆中煤渣颗粒过大、管道积垢、操作不当等。
2. 沉淀结垢在水煤浆气化水系统中，由于水中含有多种离子物质，经过高温高压的气化反应后，易产生沉淀结垢问题。
这些垢会堵塞管道或设备，影响系统的正常运行。
3. 水煤浆质量不稳定水煤浆的质量直接关系到气化的效率和产品质量，但在实际生产中，受原料煤质、加工工艺等因素的影响，水煤浆的质量往往不稳定，无法满足气化的要求。
以上问题严重影响了多喷嘴水煤浆气化水系统的正常运行和气化效率，因此有必要对这些问题进行改进。
二、工艺改进方法针对喷嘴堵塞问题，可以采取定期清洗的方式来解决。
在停机维护时，使用专业清洗设备对喷嘴进行清洗，将堵塞的煤渣颗粒清除，同时对管道进行检修和清洗，保证喷嘴的正常工作。
针对沉淀结垢问题，可以采取加入分散剂的方式来处理。
在水煤浆中加入适量的分散剂，可以有效降低水中离子的结合能力，减少结垢问题的发生。
进行定期的管道冲洗和清理，保持管道的畅通。
为了提高水煤浆的质量稳定性，可以采用加入稳定剂的方法进行处理。
适量加入稳定剂可以降低水煤浆的粘度，提高其流动性，同时减少水中离子的含量，使水煤浆的质量更加稳定。
4. 系统自动监控在多喷嘴水煤浆气化水系统中，可以通过增加自动监控设备来实现对系统的实时监测。
利用传感器和智能控制系统，可以及时发现系统运行异常，并进行自动调节，保证系统的稳定运行。
多喷嘴水煤浆气化水系统是水煤浆气化工艺中至关重要的一个环节，其运行问题直接影响到气化效率和产品质量。
通过改进喷嘴清洗、沉淀结垢处理、水煤浆稳定化处理和系统自动监控等方法，可以有效解决系统运行中的问题，保证系统的稳定运行，提高气化效率。
未来，随着科技的不断发展，相信水煤浆气化技术会迎来更好的发展。
水煤浆加压气化装置黑 灰水系统改造与水煤浆加压气化装置水质pH影响因素分析
水煤浆加压气化装置黑/灰水系统改造与水煤浆加压气化装置水质pH影响因素分析我厂德士古水煤浆加压气化装置采用三级黑水闪蒸，闪蒸汽和灰水进行两级逆流换热的黑／灰水流程。
该流程便于回收余热。
但在运行中，黑／灰水系统存在着闪蒸罐垢堵和管道磨蚀穿孔等问题，严重影响气化装置的运行。
现将近几年对该系统的技术改造总结如下。
1 黑／灰水系统流程气化炉和洗涤塔来的黑水由节流减压阀依次进入高压闪蒸罐和中压闪蒸罐，高温液体在闪蒸罐内降压膨胀，闪蒸汽经两级逆流换热后进入火炬，闪蒸后的含固黑水自流入负压控制的真空闪蒸罐，底流物由沉降槽给料泵输入沉降槽。
在此过程中，黑水逐步被浓缩，含固量越来越大，在沉降槽中与絮凝剂充分混合接触，固体沉降到底部排污处理，较清的灰水溢流进入灰水罐由高压灰水泵输入系统循环利用。
高压灰水和高、中压闪蒸罐闪蒸的汽气混合物(温度约170℃和144℃)逆流接触换热，灰水温度由75℃升至150℃左右，余热得到最大限度的回收，原设计流程见图1。
2 存在的问题(1)原设计中，真空闪蒸罐位于5.00m的框架2楼上，其出口黑水必须经沉降槽给料泵输入沉降槽，由于泵输介质的原因，故障率非常高，维护也相当复杂，而且泵泄漏的黑水四溅，污染了整个气化现场。
(2)整个系统闪蒸罐内和管道内壁结有大量垢片，堵塞闪蒸罐的黑水出口并卡住液位自调阀，难以处理，而且操作危险性大，极易发生烫伤人的事故。
(3)在黑／灰水系统中，黑水的含固量大，固体多为细碎的熔融玻璃体状细渣，硬度较高且粒度不均，随着系统中黑水不断流动，弯头、管道等关键部位被磨蚀穿孔，导致气化装置必须减量，甚至停车处理。
另外，大量的含固黑水被汽气混合物夹带着进入各级闪蒸罐顶换热器，在换热器的壳程中极易产生沉积结垢，影响换热器的换热效果。
3 系统的改造根据存在的问题，我厂分别于1997年底和2000年初对黑／灰水系统进行了改造，改造后的黑／灰水系统流程见图2，改造内容如下：(1)黑／灰水系统中真空闪蒸罐的位置由原来+5.00m的框架2楼移至+22.50m的框架5楼，闪蒸处理后黑水靠自流进入重力沉降槽，作进一步的处理。
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㊀第23卷第6期洁净煤技术Vol．23㊀No．6㊀㊀2017年11月Clean Coal TechnologyNov.㊀2017㊀水煤浆气化黑灰水系统降硬研究王晓雷,陈㊀权,仝胜录,霍卫东(北京低碳清洁能源研究所,北京㊀102211)摘㊀要:为了解决水煤浆气化黑灰水系统结垢㊁堵塞问题,对系统现状㊁机理进行分析,通过模拟计算㊁搭建小试装置进行试验研究,验证了NaOH +CO 2和Ca (OH )2+Na 2CO 3两种方案处理效果,核算药剂用量,为现场中试试验提供技术指导,寻找有效可行的改造措施㊂试验得出NaOH +CO 2㊁Ca (OH )2+Na 2CO 3两种药剂方案处理效果良好,均可将硬度降低到300mg /L 以下,均能满足灰水回用要求㊂NaOH +CO 2和Ca (OH )2+Na 2CO 3方案药剂费用分别为2．38㊁1．62元/t ㊂关键词:水煤浆;气化;黑灰水;降硬;中试试验中图分类号:TQ546;X78㊀㊀㊀文献标志码:A㊀㊀㊀文章编号:1006-6772(2017)06-0113-05Decrease of hardness of the coal water slurry gasificationblack ash water systemWANG Xiaolei,CHEN Quan,TONG Shenglu,HUO Weidong(National Institute of Clean -and -Low -Carbon Energy ,Beijing ㊀102211,China )Abstract :In order to solve the problem of scaling and clogging of coal water slurry gasification black ash water system,the present status and processing mechanism of system were analyzed,and studies were carried out by simulating and a lab -scale device experiment.The treatment effects of two schemes of NaOH +CO 2and Ca(OH)2+Na 2CO 3were verified,and the dosage of reagent was checked.The techni-cal guidance was provided for a field pilot test,and effective and feasible modification methods were found.The experimental results showthat the two treatment schemes of NaOH +CO 2and Ca(OH)2+Na 2CO 3have good treatment effect.Two schemes both could reduce thehardness to less than 300mg /L.This can meet the requirements of ash water reuse.The costs of NaOH +CO 2and Ca (OH)2+Na 2CO 3schemes are 2．38and 1．62Yuan /t respectively.Key words :coal water slurry gasification;black ash water;reduce hardness;pilot test收稿日期:2017-04-26;责任编辑:孙淑君㊀㊀DOI :10.13226/j.issn.1006-6772.2017.06.021基金项目:神华科技创新资助项目(ST930014SH07)作者简介:王晓雷(1978 ),女,内蒙古通辽人,硕士,从事节能环保技术及工业水处理研究工作㊂E -mail :wangxiaolei@ 引用格式:王晓雷,陈权,仝胜录,等.水煤浆气化黑灰水系统降硬研究[J].洁净煤技术,2017,23(6):113-117.WANG Xiaolei,CHEN Quan,TONG Shenglu,et al.Decrease of hardness of the coal water slurry gasification black ash water system[J].Clean Coal Technology,2017,23(6):113-117.0㊀引㊀㊀言煤炭是我国的主要能源,其产量和消费量长期占我国能源的70%左右㊂煤炭高效㊁清洁利用及转化技术对于提高我国能源利用效率㊁减轻能源匮乏压力㊁改善生态环境具有重要意义㊂近年来我国新型煤化工发展迅速,但项目都具有较大的耗水量和废水排放量,且大部分集中在煤炭资源丰富㊁水资源短缺的西部北部地区,导致这些地区生态环境恶化㊂处理好煤化工水资源短缺及污染排放问题是煤化工企业的重中之重㊂煤化工污水处理系统若要最大程度的循环利用,处理后达标排放,取决于高效的水处理技术㊂煤气化技术是煤炭能源转化的基础,是煤化工最关键㊁最重要的工艺过程之一㊂其中,水煤浆加压气化工艺是美国德士古石油公司开发的,20世纪80年代投入工业化,后被GE 公司收购又称GE 水煤浆气化工艺,由于其具有技术成熟,碳转化率高,消耗低,运行稳定㊁可靠等优点,被广泛应用于煤化工厂,但水煤浆气化渣水处理系统普遍存在着结垢㊁堵塞问题[1-4]㊂王小玲等[1]在材质㊁管道设备布置方面提出优化措施,郑亚兰等[5]从煤种㊁部件的材料使用㊁工艺改进㊁操作管理等方面进行优化改3112017年第6期洁净煤技术第23卷进,朱冬梅等[4]通过对工艺流程及关键部位材质的改造缓解结垢㊁堵塞问题,但鲜有对机理深入探索并进行药剂试验成本核算方面的研究㊂本文针对GE 水煤浆加压气化工艺系统现状及普遍存在的问题,并以神华某煤化工公司水煤浆气化系统作为研究对象,针对系统黑灰水硬度高而造成的气化装置结垢㊁堵塞,提出处理方案,进行模拟计算及实验室小试试验研究,寻找适用于黑灰水水质的高效处理方法,缓解气化岛系统结垢,提高系统水回收率,减少外排灰水量㊂1㊀水煤浆气化渣水处理流程及系统问题㊀㊀水煤浆加压气化系统由制浆系统㊁合成气系统㊁锁斗系统㊁闪蒸及水处理系统组成㊂气化渣水包括黑水和灰水2个部分,黑水是从气化炉㊁水洗塔㊁渣池排出的水,灰水是黑水经多级闪蒸㊁絮凝㊁过滤㊁澄清后形成的水,大部分灰水再经脱氧后送气化单元循环使用[6]㊂渣水处理系统的任务是对来源于气化炉㊁洗涤塔和渣池的黑水进行渣水分离,并回收过程中产生的热量㊂GE水煤浆气化渣水处理流程如图1所示㊂来自气化炉的激冷室㊁洗涤塔以及渣池的黑水分别经减压后进入闪蒸系统,闪蒸后,一部分闪蒸为蒸汽,在黑水中溶解的大部分合成气被释放出来,黑水被浓缩,温度下降,闪蒸汽再与灰水换热达到回收热量的目的㊂闪蒸后的黑水被送入沉降槽进行沉降,沉降后上层澄清液流入灰水槽,再经除氧器脱氧后循环利用,沉降槽底部的细灰被送往真空过滤机过滤㊂根据闪蒸系统不同,分为2级㊁3级和4级闪蒸㊂其中2级闪蒸有高压闪蒸和真空闪蒸2部分,其优点是流程简单,设备投资小,但需要严格控制酸性气体闪蒸和真闪的温度㊂为了更有效地闪蒸其中的酸性气体和降低黑水温度,设计了3级和4级闪蒸系统㊂以神华某煤化工公司为例,其GE水煤浆气化系统主要存在以下问题:①黑水固含量大(1%~图1㊀GE水煤浆气化渣水处理流程Fig．1㊀Water treatment flow chart of GE gasification slag ofcoal water slurry7%),对管道及阀门冲蚀严重;当黑水流速过低时,在管道内和洗涤塔塔底沉积,堵塞管道和洗涤塔排出口,洗涤塔内沉积灰分被泵入气化炉激冷后,影响气化炉液位,使工艺气带有大量的灰和水进入洗涤塔,增加洗涤塔下部灰量,形成恶性循环;②黑灰水硬度高,通常在1000ˑ10-6以上,且随煤质的波动变化较大,在高温下极易达到饱和而析出,而且固体悬浮物会诱发灰水中的碳酸钙等加速其结晶;③灰水中氯离子含量高,一般在500ˑ10-6以上,严重腐蚀管道㊂此外,黑灰水处理系统经历多个减压过程,当减压阀后的压力降到低于流体的饱和汽压力时,就会形成严重的汽蚀现象,破坏阀门㊁管道[7]㊂解决渣水处理过程中管道堵塞㊁腐蚀和结垢等问题,需在黑水除固㊁黑灰水降硬度及灰水脱盐3个方面进行技术开发,开发相应的处理装备对系统工艺进行优化㊂本文主要针对系统硬度高造成的结垢㊁堵塞进行研究㊂2㊀水样分析和药剂方案选择表1为神华某煤化工公司取的一次灰水水样数据㊂电导率㊁pH值用哈希HQ40d多参数数字化水质分析仪测出,阴阳离子分别采用ICP光谱仪和离子色谱仪进行分析㊂表1㊀灰水化验结果Table1㊀Results of ash water test电导率/(μS㊃cm-1)pH值硬度/(mg㊃L-1)HCO-3含量/(mg㊃L-1)Ca2+含量/(mg㊃L-1)Mg2+含量/(mg㊃L-1)Cl-含量/(mg㊃L-1)63107．80138426051521772 411王晓雷等:水煤浆气化黑灰水系统降硬研究2017年第6期㊀㊀降低水中的硬度常规方法有:离子交换树脂法㊁膜分离法㊁石灰法㊁加药法等㊂而气化灰水硬度高,水中杂质多,上述方法大多不适用㊂只可考虑采用传统的NaOH+Na2CO3方法以及Ca(OH)2+Na2CO3方法去除硬度,除此还可用NaOH+CO2方法,由于神华某化工公司现场其他单元排放大量废弃的CO2气体,CO2在碱性条件下溶于水形成CO2-3,CO2-3与Ca2+离子形成CaCO3沉淀析出[8],可做为降硬药剂使用㊂由于NaOH+Na2CO3药剂成本偏高,因此模拟计算㊁小试试验只针对NaOH+CO2和Ca(OH)2+ Na2CO3两种方案㊂3㊀模拟计算针对灰水水质,按照NaOH+CO2和Ca(OH)2+ Na2CO3处理方法,进行模拟计算,为小试试验提供加药量范围指导㊂图2为计算得出的不同NaOH㊁CO2量下对应的Ca2+浓度变化,数值越小说明沉淀越多,灰水中硬度去除效果好㊂随着NaOH量不同,控制CO2加入量是关键,即达到合适量才能将硬度降到最低,CO2量少,CO2-3不足,CO2过多会形成HCO-3溶解㊂Ca2+浓度小于3mmol时即可满足灰水回用要求㊂如图2所示,NaOH加入量在15~ 20mmol/L,CO2浓度在3~8mmol/L;当Ca2+浓度为2．81mmol/L时,NaOH和CO2浓度分别为17和7mmol/L;Ca2+浓度为1．88mmol/L时,NaOH和CO2浓度分别为18和7mmol/L,硬度最低点Ca2+浓度为0．89mmol/L,NaOH和CO2浓度分别为20和8mmol/L㊂图2㊀不同NaOH㊁CO2量对应的Ca2+浓度Fig．2㊀Corresponding Ca2+concentration underdifferent NaOH and CO2amounts在灰水中加入石灰,去除灰水碳酸盐硬度,生成Mg(OH)2㊁CaCO3沉淀㊂根据以上水质,通过软件模拟计算,得出Ca(OH)2加入量与Ca2+浓度和pH值对应关系,如图3所示,Na2CO3添加量与Ca2+浓度关系如图4所示㊂Ca(OH)2加入量从0增加至2．4mmol/L,Ca2+浓度逐渐降低,PH值逐渐升高,当Ca(OH)2达到2．4mmol/L时,Ca2+浓度突然升高,说明HCO-3㊁CO2-3全部沉淀,Ca(OH)2中过量Ca2+又溶于灰水㊂Ca(OH)2浓度在2．0~2．2 mmol/L时,Ca2+浓度最低,Na2CO3添加量达到8~ 10mmol/L时,Ca2+浓度最低㊂图3㊀Ca(OH)2与Ca2+浓度和pH值关系Fig．3㊀Relationship of Ca(OH)2with Ca2+concentrationand pHvalue图4㊀Na2CO3与Ca2+浓度关系Fig．4㊀Relationship of Na2CO3and Ca2+concentration4㊀结垢现象㊁机理及小试试验黑灰水系统硬度高,神华某煤化工公司气化系统各设备及管线均发生过不同程度的结垢堵塞现象,洗涤塔内壁内件㊁激冷水管线㊁过滤器㊁闪蒸罐内壁㊁除氧器及排水管线㊁低压灰水管等均有1~5cm厚的垢层,低压灰水总管结垢达10cm左右,管线垢片脱落,造成堵塞,影响设备正常运行,导致系统减负荷运行或停车处理,严重影响系统长周期安全稳定运行[8-10]㊂系统采取适当降硬度处理措施十分必要㊂5112017年第6期洁净煤技术第23卷结垢原因主要是煤浆在燃烧室产生燃烧㊁裂解等反应,生成的气体含有大量CO 2,CO 2溶于水形成HCO -3,由于HCO -3不稳定,在水温发生变化后,HCO -3又分解成CO 2-3,与水中的Ca 2+㊁Mg 2+离子生成CaCO 3㊁MgCO 3而析出,附着在管壁上形成结垢[11-12],反应如下:CO 2+H 2O H ++HCO -32HCO -3 CO 2-3+CO 2+H 2O Ca(HCO 3)2 CaCO 3+CO 2+H 2O Mg(HCO 3)2 MgCO 3+CO 2+H 2OMg 2++2OH - Mg(OH)2㊀㊀pH 高,碳酸盐㊁氢氧化镁形成几率越大,而且CaCO 3的溶解度随温度的升高而降低,温度升高临界硬度会更低㊂结垢主要受煤质㊁排水量影响大,煤灰中CaO㊁MgO 比例高,煤中含钙矿物质增加,气化后的合成气与煤渣通过激冷室水浴后进入水系统中的Ca 2+㊁Mg 2+也增加,致使系统中水硬度升高㊂而且,煤种的更换以及气化炉操作参数㊁运行负荷㊁切换不同气化炉等因素对黑灰水水质影响也比较大,导致结垢程度有所不同,直接影响系统外排水量㊂缓解结垢要在灰水中引入CO 2-3使Ca 2+㊁Mg 2+沉淀,按照选择的药剂方案进行小试试验㊂搭建小试试验装置目的是验证不同药剂方案的降硬度处理效果,优化流程,摸索最优操作参数,进行药剂成本核算㊂降硬度连续试验装置由原水供水单元㊁药剂添加单元㊁反应沉淀单元组成,工艺流程如图5所示㊂从现场取来的灰水装入原水箱,经过简单过滤后泵入混合反应池,再流入絮凝池㊁沉淀池㊂药剂添加单元根据设计的3种药剂方案配备了絮凝剂㊁纯碱㊁烧碱㊁石灰加药桶和CO 2钢瓶㊂图5㊀降硬小试试验工艺流程Fig．5㊀Lab -scale test process of the hardness decrease本试验装置处理量100~300L /h,石灰乳㊁纯碱㊁烧碱流量0．1~4．0L /h,混合反应停留时间30min,絮凝池停留时间50min,原水桶搅拌电机及混合反应池搅拌转速100~400r /min㊂试验经过设备调试㊁计量泵标定㊁系统设备管路改造后,分别利用NaOH +CO 2和Ca(OH)2+Na 2CO 3方案对接近表1水质的气化灰水开展近200h 的连续降硬试验,试验结果见表2㊂表2㊀小试试验结果Table 2㊀Results of the lab -scale testNaOH +CO 2方案NaOH 用量/(mg㊃L -1)CO 2用量/(mg㊃L -1)硬度/(mg㊃L -1)药品消耗/(元㊃t -1)Ca(OH)2+Na 2CO 3方案Ca(OH)2用量/(mg㊃L -1)Na 2CO 3用量/(mg㊃L -1)硬度/(mg㊃L -1)药品消耗/(元㊃t -1)6802902662．38166．511002061．62㊀㊀注:NaOH 价格3500元/t;Na 2CO 3价格1400元/t;Ca(OH)2价格500元/t㊂㊀㊀从表2可知,采用NaOH +CO 2方法可将硬度降至266mg /L,NaOH 和CO 2按表中数据折算是17和6．6mmol /L,药剂消耗费2．38元/t(以水计,下同),Ca(OH )2+Na 2CO 3方法硬度降低到206mg /L,Ca(OH)2用量为2．25mmol /L,Na 2CO 3用量10．38mmol /L,药剂消耗费1．62元/t,软化后水质均能满足灰水回用要求㊂药剂用量与模拟计算结果基本符合,误差很小㊂从药剂消耗上看,Ca(OH)2+Na 2CO 3方案比NaOH +CO 2更经济㊂NaOH +CO 2方法可利用厂区废气CO 2,降低排放量,但NaOH 的价格稍高,市场价格波动较大,因此成本相对高一些,但最大程度减小药剂用量,减少污染排放㊂5㊀结㊀㊀论1)试验证明3种药剂硬度处理方法可行,硬度可降低到300mg /L 以下,满足灰水回用要求㊂2)模拟计算确定了药剂用量,小试试验优化了工艺流程,摸索出最佳操作参数,核算了药剂消耗,其中Ca(OH)2+Na 2CO 3方案最经济(1．62元/t),NaOH +CO 2方案消耗费用为2．38元/t,具有广阔的611王晓雷等:水煤浆气化黑灰水系统降硬研究2017年第6期市场前景㊂后者还可将CO2气体变废为宝,达到以废制废㊁节能降耗的目的㊂3)考虑大规模应用成本,今后气化单元现场可采用NaOH+CO2和Ca(OH)2+Na2CO3方案进行中试试验研究,验证大流量㊁波动的气化灰水水质情况下的处理效果㊁稳定性及经济性㊂若试验效果好,可对系统进行改造,在气化灰水沉降槽沉降前设置混合反应器,加入降硬药剂及絮凝剂,经沉降后直接回用,可以缓解系统结垢堵塞问题㊂如果中试试验成功,将系统改造后气化灰水回用率可提高到90%以上,以年产180万t甲醇为例,每年可减少外排灰水130万t㊂参考文献(References):[1]㊀王小玲,李宏武.灰水系统常见问题及优化措施[J].广州化工,2011,39(2):111-112.WANG Xiaoling,LI Hongwu.Familiar questions and opti-mized mensures of ash water system[J].Guangzhou Chemical In-dustry,2011,39(2):111-112.[2]㊀杨建荣,任利荣.德士古水煤浆气化废锅流程灰水处理装置运行及改造[J].石油化工应用,2011,30(4):88-90.YANG Jianrong,REN Lirong.Running and transformation of the Texaco coal water slurry gasification waste boiler process of the ash water treatment device[J].Petrochemical Industry Application, 2011,30(4):88-90.[3]㊀王建军,王林,张亮.几种德士古气化渣水系统的技术评价[J].化肥设计,2007,45(3):30-33.WANG Jianjun,WANG Lin,ZHANG Liang.Technical evaluation for some kinds of texaco gasification slag water system[J].Chemi-cal Fertilizer 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