气化灰水结垢严重问题的处理方案

甲醇装置

黑水系统产生结垢的原因分析及解

决方案意见

XXXX科技有限公司

2014/5/26

一、气化炉产生结垢的机理

1、碳酸盐的生成

煤浆在燃烧室发生燃烧及裂解等反应后，生成的工艺气中产生大量的二氧化碳与水形成HCO3-，HCO3-在高温下分解成CO32-与黑水中的Ca2+、Mg2+等离子产生CaCO3、MgCO3而析出，从而附着在炉壁或管道上形成结垢。

2、酸性物质的存在。

气化炉急冷室的水相中一般存在如干种酸性物质，按照酸性物质的强弱顺序依次为：盐酸（HCL）、甲酸(HCOOH)、碳酸(H2CO3)、氢硫酸（H2S）.由于煤中含有CL-、SiO2，以及煤浆燃烧、裂解反应后产生的CO、CO2、H2S等气体，在气化炉高温气化反应或急冷条件下，产生如下反应：

2NaCL2+2SiO2+H2O=2NaSiO3+2HCL

CO+H2O=HCOOH

CO2+H2O=H2CO3

H2+S=H2S

因此，气化炉炉内的黑水呈强力酸性。在酸性条件下，原煤中含有的Ca2+、Mg2+、Fe2+、Al3+与SiO3生成硅酸盐及硅酸盐晶体聚合物，形成沉淀析出，导致结垢形成。

二、气化炉结垢原因的分析

1、工艺流程示意图

去高压闪蒸在正常情况下，水系统的流向为：来自高压灰水泵的灰水及下游变换来的工艺冷凝液进入碳洗塔，碳洗塔水相中较澄清的灰水经激冷水泵进入气化急冷室，对高温灰渣激冷和工艺气进行初步洗涤后，从激冷室排出，与碳洗塔排出的黑水一同排往黑水处理闪蒸系统。

由于工艺冷凝及灰水的PH值均在8以上，因此在碳洗塔内对工艺气洗涤后所形成的黑水不易形成聚硅酸盐难溶性结垢，所有成垢物质均为在高温、碱性条件下产生的碳酸盐、硫酸盐结垢，而此类硬垢阻垢分散剂能有效阻止并延缓其结垢速度。

在碳洗塔上部较澄清的灰水，其PH值在7以上，作为气化炉的激冷水进入气化炉，对工艺气激冷及洗涤后，其PH值因酸性介质的影响而发生下降，随着气化炉运行时间的延长，黑水的酸性进行积累，

其PH值始终维持在5以下，因此，在酸性、高温、高压条件下，煤中燃烧、溶出的二氧化硅氧化成硅酸、硅酸在酸性条件下产生聚合并与水中的Ca2+、Mg2+、Fe2+、Al3+等生成类似于长石的硬垢。成垢于气化炉设备表面、和激冷水管线。其中气化炉下降管表面结垢严重，因为其表面温度高。激冷水管线相比于气化炉结垢要轻，原因是激冷管线中的激冷水为碳洗塔中的黑水，其PH值为碱性虽，故在激冷水管道中的结垢要比气化炉轻些。另外，从气化炉排黑管线中的水与气化炉一样呈酸性，故气化炉排黑管线结垢也相对严重。同样其它闪蒸塔等设备也为碱性结垢，由于投加阻垢分散剂，结垢现象不太明显。以上的分析通过对C炉的现场勘查基本情况一致。

三、解决气化炉黑水结垢的措施

通过结垢机理的认识，结合实际问题进行分析，我们认为要使气化炉延缓结垢时间，延长气化炉运行周期。需要通过几方面来配合。

1、设法控制气化炉黑水的PH接近中性（PH=7.0）

建议方法一：从气化炉的取压管处，可适量增加隔离氮气的用量，在炉膛内有利于氨的生成，从而间接有效提高炉内黑水的PH值。

建议方法二：在保证工艺冷凝液用量的同时，利用德士古原设计的事故补水线，将高压灰水泵的灰水与碳洗塔来的灰水在入炉前进行混合后，直接送入气化炉激冷室，这样既可保证碳洗塔内水相PH稳定，又可以提高炉内进水的PH值，从而有效提高炉内黑水的PH值，以控制气化炉黑水管线结垢情况的发生。（该方法需要通过实际操作过程中对激冷室液位的控制、进入气化炉、碳洗塔水量的平衡等等操作参

数来具体设计计算，我方缺乏这些资料，我们只能提供相关资料给贵公司参考）

2、稳定气化炉操作参数

2.1、控制水温恒定，防止因水温大幅变化而造成Ca2+、Mg2+等离子析出，发生结垢。

2.2、基本稳定进料负荷。

3、加强加药管理

3.1、在现有条件下，加强对沉降池灰浆处理的管理，控制好灰水中

药品的加入量，同时改变黑水处理系统冷凝液的用途，以便有

效改善水系统PH值的合理分布。

3.2、由于灰水系统总硬度高，应在原来加药量的基础上适当提高阻

垢分散剂的加药量，建议按循环水量投加阻垢分散剂的有效浓

度为80mg/l.

四、现场检测管理建议：

1、对气化炉黑水、气化炉排黑管线、碳洗塔、闪蒸塔、激冷水管等结垢严重或容易结垢的部位，要至少每天检测一次PH电导、钙离子、二氧化硅、总碱度。在运行中，将固含量高的气化炉黑水的PH值调整控制在5.82—8.09此外，控制黑水的PH值还应根据黑水的溶固及黑水中气含SiO2的含量来确定。当溶固中的Ca、Mg含量较高时，可将黑水的PH值控制在5.5—7，使黑水呈弱酸性，能有效抑制碱性结垢，当黑水中的SiO2含量较高时，可将黑水的PH值控制在7-8，使黑水呈弱碱性，能有效抑制酸性结垢。

五、探索性试验建议

根据我们对炼钢转炉浊环水的处理方式（炼钢转炉浊环水的水质情况与灰水水质相似，也为高浊度、高硬度、高温水，及易产生碱性结垢，处理流程也颇为相似，浊环水通过投加絮凝剂、混凝剂沉降，在投加分散剂控制系统的结垢，其最重要的是在浊环水进沉淀池前投加纯碱，使纯碱与水中的钙离子、镁离子产生碳酸钙、碳酸镁、氢氧化镁沉淀，在絮凝剂和混凝剂的作用下，沉淀于沉淀池中，这样可以将浊环水中总硬度控制在小于100mg/l.这种方法极好的控制了系统的结垢。）这样如果可行，灰水系统水质将变成碱性软化水。一方面可以防止碳酸盐的碱性结垢，另一方面也是的进气化炉的水PH可以得到改善。我方会根据气化炉的具体操作工艺提出可行性方案。

总之由于每个气化工段虽然工艺基本相同，但是水质、使用煤种有差异。要使气化装置长周期安全运行，需要我们不断探索，我们愿意和贵公司一起研究，也希望得到贵公司的支持，为实现共同的目标而携手努力！

XXXX科技有限公司 2014年5月26日