航天粉煤加压气化装置灰水降硬减排工艺研究

航天粉煤加压气化装置灰水降硬减排工艺研究

为解决航天粉煤加压气化装置灰水硬度高易结垢的问题，设计出一种灰水降硬减排工艺，对该工艺通过工业项目进行论证。该工艺创造性的提出将汽提塔前变换冷凝液直接引出一部分导入沉降槽参与灰水软化处理，从而最大限度的利用厂区内的废液，降低整体方案药剂花费，实现经济效益最大化。通过节水可产生直接经济效益1500万元/年，而且应用该工艺后系统硬度可常年维持在500mg/L 以下，有效减少业主因系统结垢开停车、垢片清理的费用，这一隐形经济效益简单核算为300万元/年。

标签：灰水；降硬；工艺

1 前言

气化装置回用灰水硬度高导致系统结垢的问题在新型现代煤化工企业中普遍存在，该问题对系统整体安全和长周期稳定运行造成了巨大影响。有国内项目通过选用分散剂来缓解系统结垢现象，但随着系统水质浓缩，钙硬度上升后超出阻垢分散剂的能力，而且分散剂高温分解后效果大减，即使加大药剂量也不能起到阻垢的作用，且对后期的絮凝造成影响[1]；也有项目通过控制煤种来控制系统水硬度从而减少外排水量；大部分项目采用加大外排水量的方法，给厂区环保带来巨大压力。本文针对现有灰水处理系统基础上进行研究改进，研发出了灰水降硬减排处理工艺。

2 工艺研究

航天粉煤加压气化装置所排灰水中的硬度主要以Ca2+为主，碱度以HCO3-为主，通过加入Na2CO3、NaOH或Ca（OH）2等药剂可有效降低灰水硬度[2]。虽然投加Na2CO3软化方法最为简单有效，但其成本较高。大部分化工厂都存在着大量的生产废液，合成氨厂中的变换冷凝液中含有大量OH-，可作为碱度参与降硬反应。本研究提出NaOH或Ca（OH）2+变换冷凝液的降硬减排方案，以Na2CO3作为补充，可在降低处理成本处理的同时合理利用厂区液体废弃物。

以加入NaOH或Ca（OH）2软化灰水进行化学反应分析，灰水中Ca2+的化学方应比较复杂，随着Ca2+与HCO3-的比值变化而产生不同的化学反应。当Ca2+：HCO3-≤1时只需投加与Ca2+含量相当的NaOH即可去除Ca2+，并减小HCO3-在灰水中的含量；当Ca2+：HCO3->1时需投加与HCO3-相当的NaOH、Ca2+与HCO3-含量差值的Na2CO3。在投加足量NaOH、Na2CO3后，理论上灰水中的Ca2+可被完全去除。因灰水中还有溶解的CO2、Al3+、Fe3+等干扰物质与NaOH反应，且上述函数关系是建立在所有物质完全反应之上的[3]，需加入比硬度更高的碳酸根量。

因此，建议每次换煤后对灰水进行加药量实验，确认因干扰物质和反应速率而需多投加的药剂量。修正函数关系为：

当硬度：碱度≤1时，m（NaOH）= m（硬度）+a，

当硬度：碱度>1时，m（NaOH）= m（碱度）+a，

m（Na2CO3）= m（硬度）-m（堿度）+b，

a=4～6mmol/L，b=1～2mmol/L。

根据气化灰水的水质特点及系统对水质的要求，选用的工艺应着重于硬度、浊度的去除。航天粉煤加压气化装置现有黑水处理流程为：采用管道混合器添加絮凝剂后在沉降槽中进行重力沉降，沉降后的灰水经溢流堰溢流至灰水槽，添加分散剂循环利用。为降低费用，降低a或b值，减少投加药剂量，选择部分黑水进行处理。航天粉煤加压气化装置黑水系统分流出部分黑水依次进入取样池、反应池，进行软化处理后进入沉降槽中心筒。设置碱剂加药装置四台，实现连续精确加药。将变换冷凝液通往除氧器，导致系统水碱度过高，高钙、高碱的环境造成系统结垢。变换冷凝液含有大量的碳酸氢根、碳酸根可以利用，而不通过汽提直接导入沉降槽还可节约一部分蒸汽费用。为此，可将汽提塔前变换冷凝液直接引出一部分导入沉降槽参与灰水软化处理。

本研究所提出的软化工艺可有效保证系统硬度常年维持在500mg/L以下，有效减少业主因系统结垢开停车、垢片清理的费用，进而产生巨大的经济效益。

加药计算公式如下：

1）已运行项目初期启动：

2）项目运行过程中：

3 应用分析

该工艺创造性的提出利用汽提塔前变换冷凝液进行灰水软化处理，充分利用厂区内的废液，降低整体方案药剂花费，实现经济效益最大化。该工艺已在部分项目进行应用，年节水160万吨，通过节水可产生直接经济效益1500万元/年。应用该工艺后系统硬度可常年维持在500mg/L以下，有效减少业主因系统结垢开停车、垢片清理的费用。这一隐形经济效益简单核算为300万元/年。而由于外排水量减少，还可减小污水处理、脱盐水站的建设规模与运行费用。

参考文献：

[1]董进，方辉，李慧，潘莉.高炉煤气洗涤水零排放水处理技术研究[J].冶金动力，2017（10）：56-58.

[2]赵洪贵，陈朋伟，庄小波.废水降低硬度后回用实践[J].硫酸工业，2017

（08）：35-37.

[3]高全财.浅析水处理技术的现状与应用[J].山东工业技术，2017 （19）：56.

作者简介：康洪强（1986-），男，山东滕州人，硕士研究生，工程师，研究方向：工业水处理方向。