氣化爐黑水排放管線(xiàn)結垢分析與處理

第3期(總第148期)煤化工No.3(Total No.148)2010年6月Coal Chemical IndustryJun. 2010氣化爐黑水排放管線(xiàn)結垢分析與處理祁曉輝(陜西渭河煤化工集團有限責任公司,渭南714000)摘要德士古氣化爐的黑水排放管線(xiàn)在運行中普遍都出現結垢問(wèn)題,對氣化爐的運行和檢修產(chǎn)生了嚴重的影響。分析了黑水排放管線(xiàn)的結垢機理,并結合生產(chǎn)實(shí)際情況,通過(guò)定期對氣化爐和碳洗塔排放的黑水取樣分析,掌握水相的pH值和黑水中Ca及SiO2含量,及時(shí)進(jìn)行調整,解決了黑水管線(xiàn)結垢問(wèn)題,降低了工作量，節約了運行成本。關(guān)鍵詞氣化爐黑水排放管線(xiàn) 結垢機理 分析處理文章編號: 1005-9598 (2010) -03-0053-03中圈分 類(lèi)號:T0545文獻標識碼:B陜西渭河煤化工集團有限責任公司的氣化裝置,是我國首家引進(jìn)的大型水煤漿加壓氣化裝置,采用美2管壁 結垢機理國德士古發(fā)展公司的水煤漿加壓氣化技術(shù)，壓力為6.5MPa的激冷流程。1期裝置配置了3臺氣化爐及12.1碳酸鹽的生成套黑水處理系統,氣化爐實(shí)行2開(kāi)1備,年產(chǎn)合成氨煤漿在燃燒室發(fā)生燃燒及裂解等反應后,生成的300kt。后為擴建2期甲醇裝置生產(chǎn),新增1臺氣化爐工藝氣中含有大量的C02,CO2溶于水相形成HCO,5,由及1套黑水處理系統,氣化爐實(shí)行3開(kāi)1備。其中1、于HCO2~不穩定,在水溫發(fā)生變化后,又分解成CO3*,2爐去1期黑水處理系統;4*爐去2期黑水處理系與黑水中的Ca2+、Mg*等離子形成CaCO3MgCO3 而析統,3*爐可去兩套黑水處理系統，兩套黑水處理系統出,從而附著(zhù)在管壁上形成結垢。共用1個(gè)灰水沉降池。2.2酸性物 質(zhì)的存在氣化爐激冷室的水相中一般存在若千種酸性物1氣化爐黑水排放管線(xiàn)出現的問(wèn)題質(zhì)，按照酸性強弱順序依次為氯化氫(HCl)、 甲酸氣化裝置自投運以來(lái)，總體運行穩定,但每次停(HC0OH)碳酸(H2CO3)、硫化氫(H2S)。由于原煤中含有車(chē)檢修時(shí)，氣化爐黑水排放管線(xiàn)都有不同程度的結C1、Si02,以及煤漿燃燒、裂解反應后產(chǎn)生的C0、CO2、垢,尤其在4*爐及2期黑水處理系統運行后,此種情HS等氣體,在氣化爐高溫氣化反應或激冷條件下,一況更為加劇。每臺氣化爐運行30d~45d,管道內部結般有如下反應發(fā)生:2NaC1 +2Si0+H2O =2NaSi03+2HCl(1])垢達到2cm-5cm,所結灰垢致密,采用高壓清洗也不CO+H[0= HCOOH(2)易清理,垢樣難溶于鹽酸,微溶于王水,氣化爐停車(chē)檢CO.+H.0=H2CO,(3)修時(shí),黑水管線(xiàn)結垢清理難度大增加了檢修工作量。H+S= H.S(4當管道因結垢管徑由5"變?yōu)?號"時(shí)，為保證排放流因此,氣化爐爐內的黑水具有強烈的酸性。在酸量,只能被迫更換管道,增加了檢修成本。性條件下，原煤中含有大量的Ca2*、Mg*、Fexr、Al*與Si03-生成硅酸鹽及硅酸鹽晶體聚合物，形成沉淀析出,附著(zhù)在管道內壁,導致結垢的發(fā)生。收稿日期:2010-01-11中國煤化工作者簡(jiǎn)介:祁曉輝(1972-),男,1994年畢業(yè)于西安電子.MHCNMHG科技大學(xué)計算機應用專(zhuān)業(yè),工程師.長(cháng)期從事德士古水煤漿加壓氣化工藝的生產(chǎn)應用與理論研究。氣化爐水系統工藝流程示意圖見(jiàn)下頁(yè)圖1。-54-煤化工2010年第3期策」祭藝氣.氣化爐排出的黑水匯合后,其pH值比較接近6,因而也不易發(fā)生結垢。工藝氣工藝冷凝液3.2氣化爐水系統外部原因氣化裝置原設計為運行2臺氣化爐和1套黑水直補碳洗塔處理系統,灰水匯集在沉降池進(jìn)行沉降。后因擴建,又氣化爐水日高壓灰水增加1臺氣化爐和1套黑水處理系統,仍將灰水送往B丫黑水沉降池,沉降池未進(jìn)行擴容。雖然氣化裝置在一期裝黑水_D.置運行中,水系統的pH值未能充分達到設計值,但其去高壓閃蒸偏差不大,因而系統結垢情況較輕,但后來(lái)運行3臺圖1氣化爐水 系統工藝流程示意圖氣化爐和2套黑水處理系統后,沉降池的沉降效果變差，造成水系統pH值分布紊亂，改變了原來(lái)水系統3.1氣化爐水 系統內部原因pH值的合理分布,因而裝置出現了結垢加劇的情況。氣化爐水系統中結垢嚴重的部分為AC段,而B(niǎo)C段幾乎未結垢,且從氣化爐排出的黑水與從碳洗塔排4解決氣化爐黑水結垢的措施出的黑水匯合后的CD段也幾乎不結垢，對AC段、BC段及CD段取樣,進(jìn)行pH值分析,結果如表1所示。通過(guò)結垢機理的認識，結合實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行分析,表1氣化爐 黑水排放管線(xiàn)運行數據認為只有將水系統的pH值盡量調整控制到7左右，運行天數/d AC段pH值 BC段pH值 CD 段pH值才能解決氣化爐黑水管線(xiàn)的結垢,為此可有以下措施:(1)給氣化爐激冷水管線(xiàn)內加入NaOH,通過(guò)提高16. 527.056.56激冷水的pH值來(lái)提高爐內黑水的pH值,但NaOH易對5.87.6. 626.604.996.456. 37高壓管線(xiàn)產(chǎn)生腐蝕而發(fā)生泄露,因此該方法不可取。4.856.366.32(2)增大工藝冷凝液的用量及提高灰水的pH值,2(4.836. 276.22但由于工藝冷凝液的用量有限且加量過(guò)大,會(huì )造成碳3(6.33洗塔塔盤(pán)帶水現象的發(fā)生,而過(guò)高提高碳洗塔進(jìn)水的結垢情況結垢嚴重未結垢pH值,雖能使氣化爐的進(jìn)水pH值升高,但又會(huì )使碳洗塔黑水排放管線(xiàn)形成堿性結垢,因此該方法也不可取。從表1數據可看出，隨著(zhù)氣化爐運行時(shí)間的延(3)提高煤漿的pH值,來(lái)提高爐內黑水的pH值，長(cháng)，水系統的pH值在逐步降低，在- -定程度達到穩此種方法作用有限，不能從根本上提高爐內黑水的定，尤其氣化爐黑水排放管線(xiàn)內的水相pH值下降較pH值,只能作為氣化爐黑水pH值的微調,因此該方大,其pH值在中后期基本顯示為5以下,處于較強的法不能作為主要的手段。酸性狀態(tài),因而易結垢。正常情況下,水系統的流向(4)降低煤漿中石灰石的加入量,原煤中Mg、A1.為:來(lái)自高壓灰水泵的灰水及下游變換來(lái)的工藝冷凝Si的含量由于市場(chǎng)因素無(wú)法控制，因此要及時(shí)掌握液進(jìn)入碳洗塔，碳洗塔水相中較澄清的灰水經(jīng)激冷原煤的灰熔融性溫度，在保證液態(tài)排渣的前提下,盡.水泵進(jìn)入氣化爐激冷室,對高溫灰渣激冷和工藝氣進(jìn)量控制石灰石加入量到最低.在水相pH值低于5時(shí),行初步洗滌后,從激冷室排出,與碳洗塔排出的黑水能夠減少鈣鹽的結垢。一同排往黑水處理閃蒸系統。由于工藝冷凝液及灰水(5)控制水溫恒定,防止因水溫大幅變化而造成的pH值均在8以上，因此在碳洗塔內對工藝氣洗滌Ca*、Mg*°等離子析出,發(fā)生結垢。后所形成的黑水的pH值比較接近7 (在6以上),因(6)從氣化爐的取壓管處,可適量增加隔離氮氣而從碳洗塔排出的黑水不易結垢。在碳洗塔上部較澄的用量,在爐膛內有利于氨的生成,從而間接有效提清的灰水,其pH值在7以上,作為氣化爐的激冷水進(jìn)高爐內黑水的oH值n人氣化爐,對工藝氣激冷及洗滌后,其pH值因酸性介中國煤化工同時(shí),利用德士古質(zhì)的影響而發(fā)生’下降，隨著(zhù)氣化爐運行時(shí)間的延長(cháng),原HCNMHG水泵的灰水與碳洗黑水的酸性進(jìn)行積累,其pH值始終維持在5以下,因塔來(lái)的灰水在人爐前進(jìn)行混合后,直接送人氣化爐激此該段管線(xiàn)容易發(fā)生結垢,而從碳洗塔排出的黑水與冷室,這樣既可保證碳洗塔內水相pH穩定,又可以提2010年6月祁曉輝:氣化爐黑水排放管線(xiàn)結垢分析與處理- 55高爐內進(jìn)水的pH值，從而有效提高爐內黑水的pH在運行中，將固含量高的氣化爐黑水的pH值調值,以控制氣化爐黑水管線(xiàn)結垢情況的發(fā)生。整控制在5. 82~8. 09,經(jīng)過(guò)幾個(gè)周期的運行,在停車(chē)(8)在現有條件下,加強對沉降池灰漿處理的管檢修時(shí)打開(kāi)管線(xiàn)檢查,再未出現結垢情況,即使黑水理,控制好灰水中藥品的加入量,同時(shí)改變黑水處理中的溶固指標高達2920mg/L,也是如此,從而解決了系統冷凝液的用途，以便有效改善水系統pH值的合長(cháng)期困擾氣化爐運行檢修的黑水結垢問(wèn)題。調整前后理分布。管道結垢情況見(jiàn)圖2。采用以上幾種方法進(jìn)行綜合控制,調整后在幾臺氣化爐上進(jìn)行試運行并取樣分析,結果見(jiàn)表2~表4。表22* 爐水系統運行數據高壓灰水激冷水 碳洗塔黑 氣化爐黑pH值.pH值水值水pH值(a)調整前(b)調整后運行初期8.61.7. 998.107.13運行中期8.687. 536.966. 96圖2調整前后 管道結垢情況運行后期8.937. 618.726.40結垢情況未結垢此外，控制黑水pH值還應根據黑水的溶固及黑水中所含Si02的含量來(lái)確定。當溶固中的Ca、Mg含表339 爐水系統運行數據量較高時(shí),可將黑水的pH值控制在5.5~7,使黑水呈弱酸性,能有效抑制堿性結垢,當黑水中的SiO2含量pH值_pH值水pH值 水H值較高時(shí),可將黑水的pH值控制在7~8,使黑水呈弱堿9.00 .7. 597. 256.06性,能有效抑制酸性結垢。7. 555.977. 477.085.82 .5結吾表44"爐水系統運行數據要定期對氣化爐和碳洗塔的黑水管線(xiàn)進(jìn)行取樣高壓灰水激冷水 碳洗塔黑氣化爐黑分析，掌握水相的pH值以及溶固中占主要成分的水pH值水pH值Ca*及黑水中Si02含量情況，以便及時(shí)進(jìn)行調整,控8. 788. 258. 177. 98制好系統的水質(zhì)狀況,從而避免結垢的發(fā)生。調整后8.618. 138.25.8. 09解決了黑水管線(xiàn)的結垢，大大減少了檢修工作量,同8. 677.957.677.62時(shí)也節約了運行成本,為氣化裝置的長(cháng)周期連續運行未結垢.奠定了基礎。Analysis and Treatment of Scaling in Wastewater Pipeline of Texeco GasifierQi Xiaohui(Shaanxi Weihe Coal Chemical Group Co, Ltd, Weinan 714000)Abstract The Texaco coal water slury pressure gasification technology is widely applied in China, yet, no efectivesolution has been found to solve the scaling problems that generally existed in the operation of the black water dischargingpipeline of the Texaco gasifier, and that has a serious impact on its operation and maintenance. Figuring out the scalingmechanism and taking the actual operational problems of the Weihua coal gasification plant into consideration, the blackwater from the carbon -washing tower was analyzed, and its pH valu中國煤化工r was analyzed andadjusted. After a long-time practice in the Weihua coal gasification|YHCNMHGItnotonlyreduced:the workload, but also saved operating costs.Key words gasifier, black water pipeline, scaling mechanism, regulation and control