五环炉煤气化装置黑水处理系统问题分析

宁 哲，纪林朋，潘福生，赵艳玲

（河南能源化工集团洛阳永龙能化有限公司，河南洛阳 471100）

五环炉煤气化装置黑水处理系统问题分析

宁 哲，纪林朋，潘福生，赵艳玲

（河南能源化工集团洛阳永龙能化有限公司，河南洛阳 471100）

介绍了五环炉煤气化装置黑水处理系统的工艺流程，分析了黑水处理系统出现的角阀缓冲罐振动、内衬脱落、灰水水质和系统波动等问题的原因，并提出了相应的处理措施。

五环炉；黑水处理；角阀缓冲罐振动；内衬脱落；系统波动

doi：10.3969/j.issn.1004-8901.2016.04.016

新型WHG（五环炉）煤气化装置是具有国内自主知识产权的煤气化工艺，其特点是采用干煤粉进料、液态排渣。设计碳转化率高于98%，粗合成气（干气）有效成分（CO+H2）可达87%。

黑水处理系统是五环炉煤气化工艺中不可缺少的重要组成部分，该系统采用三级闪蒸工艺，能有效处理来自气化、湿洗以及除渣系统排放的洗涤水和渣水。某年产20万t乙二醇项目引进此新装置、新技术，在多次试车过程中，发现黑水处理系统存在一些问题，笔者对典型问题进行分析，并提出相应的处理措施。

1　黑水处理系统工艺流程

1.1三级闪蒸工艺

来自气化和湿洗系统的含灰排放水进入中压闪蒸罐，经过一级闪蒸，闪蒸气从罐顶排出，经减湿器与循环灰水换热，减湿后的闪蒸气再经过中压气液分液罐，在重力的作用下，在中压气液分液罐进行分离，气体部分（含CO，H2，H2S，NH3等有毒气体）进入界外硫回收装置或去火炬处理，液体部分进入除氧器再利用；含固体黑水从中压闪蒸罐底部排出后进入低压闪蒸罐，经过二次闪蒸后，顶部低压闪蒸气去除氧器回收热量，底部含固体黑水与来自除渣系统的渣水分别进入真空闪蒸罐进行真空闪蒸，闪蒸的气体在经过真空闪蒸汽冷却器降温为气液混合物，气体随真空泵抽气一起排出，液体部分经真空闪蒸冷凝液泵加压后进入除氧器。从真空闪蒸罐底部排出的液体经过真空闪蒸罐水冷却器降温进入澄清槽。

1.2澄清与固液分离工艺

在澄清槽入口段加入絮凝剂，使水中细小固体颗粒在重力作用下聚集沉降，澄清后清液溢流进入灰水槽。底部泥浆进入灰浆贮槽再次提浓，再经灰浆槽底流泵送到真空带式过滤机过滤，用过滤机真空泵抽真空，滤液经收集后用滤液泵送回澄清槽，固体以滤饼的形式排出界外，液体除一部分为了防止氯离子等物质的累积排到水处理系统外，其他澄清水经低压灰水泵加压后送入除氧器，除氧后的黑水经过除氧水泵送到减湿器和中压闪蒸罐中进一步回收热量，最后注入湿洗塔循环使用。黑水处理系统工艺流程见图1。

图1　黑水处理系统工艺流程

2　黑水角阀缓冲罐振动及内衬脱落问题

2.1工作原理

本装置黑水角阀分别用在中压闪蒸罐、低压闪蒸罐和真空闪蒸罐上，主要作用是将来自前系统的高压黑水进行节流减压，送入低压设备，从而将黑水中的酸性气体闪蒸出来。同时，黑水角阀下部设置缓冲罐，用以减缓高压黑水与闪蒸气对闪蒸罐的冲击。

2.2出现问题

装置自原始试车以来，黑水处理系统运行1个月，黑水角阀缓冲罐一直出现较大的振动，停车期间对罐体检查时发现，角阀缓冲罐内衬陶瓷碎裂、脱落，碎片进入闪蒸罐并堆积在底部。同时，部分陶瓷碎片进入真空闪蒸罐底部的机泵过滤器处，堵塞过滤器，影响机泵正常运行。

由于内衬的脱落，含有大量固体颗粒的黑水直接对角阀缓冲罐进行冲刷和磨损，问题若不及时解决，缓冲罐将会出现磨穿和泄漏现象，影响整个黑水系统的正常运行。黑水角阀缓冲罐陶瓷内衬破碎脱落情况见图2。

图2　黑水角阀缓冲罐陶瓷内衬碎裂脱落情况

2.3原因分析

（1）黑水角阀前后压差大，中压闪蒸罐设定压力为0.6MPa（g），而气化炉压力为3.7MPa（g），压差达到3.0MPa（g）以上，节流减压瞬间，大量黑水瞬间汽化膨胀，对角阀缓冲罐产生了极大的冲击作用。

（2）角阀缓冲罐直接放置在框架地面上，未安装减震装置。

（3）陶瓷内衬具有耐磨性能好、硬度高、耐腐蚀等优点，但抗冲击强度差，在大幅振动情况下，容易出现裂纹和脱落现象。本装置黑水系统角阀及缓冲罐部位振动大、冲击力大，故不适合用在此位置。

（4）黑水系统开停车过程中工况波动大，黑水角阀存在大幅度开关现象。

2.4处理措施

（1）规范操作规程，精心操作，保证工况稳定，避免黑水角阀大幅开关。

（2）角阀缓冲罐下部安装减震装置，减轻振动。

（3）本装置黑水角阀缓冲罐经过设计院与专家重新评估和讨论，将缓冲罐内衬层由原来的陶瓷内衬改为Cr20耐磨铸钢堆焊，Cr20耐磨铸钢虽然耐磨性能不如陶瓷内衬，但具有较强的抗冲击性，综合分析，可以用于本装置黑水角阀缓冲罐上。本装置在黑水角阀更换衬里之后进行了再次试车，停车检查后未发现内衬碎裂和脱落情况（见图3）。

图3　黑水角阀采用Cr20耐磨铸钢作为衬里后的检查情况

（4）定期在停车后对角阀缓冲罐内衬及罐体进行检查，发现隐患及时处理。

3　黑水处理系统水质问题

3.1工作原理

来自前系统的黑水经过三级闪蒸将其中的H2S、NH3、HCN等有害气体分离并送至硫回收工序；经热量回收利用后的黑水被送至澄清槽，同时加入絮凝剂，使其固体悬浮物浓缩、聚集、自然沉淀，沉降至澄清槽底部，形成液固分离，干净的水从澄清槽外侧溢出，流入灰水槽，再经泵打至湿洗和除渣系统使用。底部出来的灰浆继续浓缩，最后通过真空吸附形成滤饼，排向界外。

3.2存在问题

试车过程中发现，经过黑水处理系统处理后的灰水水质较差，固含量、COD等部分指标未达到设计要求，停车检查发现，黑水处理系统各罐内部均有不同程度的煤泥淤积现象。水质问题得不到有效解决，会引起管道和设备结垢堵塞，同时，部分灰水直接用到湿洗塔洗涤粗合成气，微小固体颗粒会随合成气进入变换工序，附着在变换装置触媒上，影响触媒的活性。气化炉正常运行期间灰水槽水样分析见表1。

表1　气化炉运行期间灰水槽水样分析

3.3原因分析

（1）气化炉工况波动大，合成气中夹带的煤灰、渣粒、煤粉等固体颗粒多，导致洗涤水中固体颗粒多，不能及时、完全处理。

（2）洗涤水量大，超过设计负荷，水中固体颗粒在澄清槽中没有足够时间进行沉降，导致灰水中含量超标。

（3）装置使用的絮凝剂主要成分为聚丙烯酰胺，开车初期，对絮凝剂添加量控制上经验不足，添加量存在过多和过少的情况，影响了絮凝效果。原因在于絮凝剂添加量不足时，一些相对剩余的固悬物颗粒不能被吸附形成大颗粒沉降：絮凝剂过量时，由于聚丙烯酰胺为有机的高分子絮凝剂，分子量比较大，溶解时会先溶胀，再慢慢溶解，若投加量过大，而且又不能及时搅拌均匀，那么絮凝剂先接触到水的部分，就会开始溶胀，然后表面积变大，进而包住了未接触到水的部分，形成一些无法溶解的聚丙烯酰胺团，影响絮凝效果。

3.4处理措施

（1）稳定气化炉工况，保证气化入炉煤煤质稳定，减少合成气中夹带固体颗粒量。

（2）控制水联运负荷，保证洗涤水量在设计范围之内，实现固体颗粒在澄清槽内有效沉降。

（3）开车时联系絮凝剂厂家到厂重新试验絮凝剂添加量及絮凝剂成分，保证絮凝剂起到效果。

（4）定期在停车后对各罐内部进行检查，及时清理内部淤泥。

4　开车初期系统工况大幅波动问题

4.1出现问题

黑水处理系统在气化炉投煤点火之前，系统水联运稳定，各罐体液位和压力可以正常控制，但当气化炉投煤，4个煤烧嘴逐步运行之后，随着气化炉压力和温度的突然提高，激冷罐和湿洗塔液位会出现大幅度升高的问题，系统水平衡被破坏，三级闪蒸罐角阀出现大幅度开关现象，液位忽高忽低，最终导致整个黑水处理系统出现了工况大幅度波动的问题。

4.2原因分析

（1）激冷罐和湿洗塔在气化炉投煤后开始接收大量粗合成气，温度、压力及系统流场发生极大变化，需要及时进行调整，否则液位会大幅度波动。

（2）三级闪蒸系统独立运行时，进水和出水十分稳定，各罐进出水调节阀全部投自动或者串级进行自动控制，但是气化炉投煤后，由于前系统工况已经发生变化，之前的自动或串级控制需要及时进行调整，否则会出现液位大幅波动现象。

（3）试车初期，操作工经验不足，对工况出现的问题预判不及时，未能做出正确和及时的调整，导致工况波动大。

4.3处理措施

（1）气化炉投煤点火前，保持激冷罐和湿洗塔低液位运行，此时，暂时解除激冷罐和湿洗塔低液位联锁，激冷罐液位保持在20%，湿洗塔液位保持在30%；投煤后，逐步提升至正常液位，并及时恢复相关联锁。

（2）三级闪蒸系统在气化炉投煤时，控制进出水的调节阀全部打手动控制，同时，三级闪蒸罐液位保持低液位运行，中闪 V03701液位和低闪V03708液位控制在10%左右，真闪V03702液位控制在20%左右。投煤后，逐步提升至正常液位，工况稳定后，将调节阀逐步投自动或串级控制，中闪V03701液位控制器 37LIC0001投自动，设定值60%；低闪V03708液位控制器37LIC0029投自动，设定值60%；真闪V03702液位控制器37LIC0005投自动，设定值50%。

（3）制定详细操作规程，操作工精心操作，发现问题及时汇报和调整，保证系统稳定运行。

5　结语

笔者从生产实际出发，对五环炉黑水系统运行时出现的黑水角阀缓冲罐振动及内衬脱落、黑水水质不达标和开车初期系统工况大幅波动等问题进行了分析，并提出了相应的解决措施。五环炉为新型煤气化装置，试车初期存在一些问题属于正常现象，笔者以为，只要严格控制各项工艺控制指标，精心操作，不断积累经验，根据实际运行情况不断优化改进措施，定能实现装置的长周期稳定运行。

修改稿日期：2016-06-18

Analysis of the Problems of Black Water Treatment System of Wuhuan Furnace’s Coal Gasification Equipment

NING Zhe，JILin-peng，PAN Fu-sheng，ZHAO Yan-ling
（Luoyang Yonglong Energy Chemical Co.，Ltd.，Henan Energy and Chemical Group，Luoyang Henan 471100 China）

This paper introduces the process of black water treatment system ofWuhuan furnace’s coal gasification equipment，analyzes the reasons for the problems such asangle valve buffer tank vibration，lining shedding，greywater quality and system fluctuation in the black water treatment system，and puts forwards the corresponding treatmentmeasures.

Wuhuan furnace；water treatment；angle valve buffer tank，lining shedding；system fluctuation

10.3969/j.issn.1004-8901.2016.04.016

TQ545

B

1004-8901（2016）04-0055-03

宁哲（1989年-），男，河南焦作人，2011年毕业于北京化工大学化学工程与工艺专业，助理工程师，现主要从事化工操作等工作。