气化炉黑水排放管线结垢分析与处理

第3期(总第148期)煤化工No.3(Total No.148)2010年6月Coal Chemical IndustryJun. 2010气化炉黑水排放管线结垢分析与处理祁晓辉(陕西渭河煤化工集团有限责任公司,渭南714000)摘要德士古气化炉的黑水排放管线在运行中普遍都出现结垢问题,对气化炉的运行和检修产生了严重的影响。分析了黑水排放管线的结垢机理,并结合生产实际情况,通过定期对气化炉和碳洗塔排放的黑水取样分析,掌握水相的pH值和黑水中Ca及SiO2含量,及时进行调整,解决了黑水管线结垢问题,降低了工作量，节约了运行成本。关键词气化炉黑水排放管线 结垢机理 分析处理文章编号: 1005-9598 (2010) -03-0053-03中圈分 类号:T0545文献标识码:B陕西渭河煤化工集团有限责任公司的气化装置,是我国首家引进的大型水煤浆加压气化装置,采用美2管壁 结垢机理国德士古发展公司的水煤浆加压气化技术，压力为6.5MPa的激冷流程。1期装置配置了3台气化炉及12.1碳酸盐的生成套黑水处理系统,气化炉实行2开1备,年产合成氨煤浆在燃烧室发生燃烧及裂解等反应后,生成的300kt。后为扩建2期甲醇装置生产,新增1台气化炉工艺气中含有大量的C02,CO2溶于水相形成HCO,5,由及1套黑水处理系统,气化炉实行3开1备。其中1、于HCO2~不稳定,在水温发生变化后,又分解成CO3*,2炉去1期黑水处理系统;4*炉去2期黑水处理系与黑水中的Ca2+、Mg*等离子形成CaCO3MgCO3 而析统,3*炉可去两套黑水处理系统，两套黑水处理系统出,从而附着在管壁上形成结垢。共用1个灰水沉降池。2.2酸性物 质的存在气化炉激冷室的水相中一般存在若千种酸性物1气化炉黑水排放管线出现的问题质，按照酸性强弱顺序依次为氯化氢(HCl)、 甲酸气化装置自投运以来，总体运行稳定,但每次停(HC0OH)碳酸(H2CO3)、硫化氢(H2S)。由于原煤中含有车检修时，气化炉黑水排放管线都有不同程度的结C1、Si02,以及煤浆燃烧、裂解反应后产生的C0、CO2、垢,尤其在4*炉及2期黑水处理系统运行后,此种情HS等气体,在气化炉高温气化反应或激冷条件下,一况更为加剧。每台气化炉运行30d~45d,管道内部结般有如下反应发生:2NaC1 +2Si0+H2O =2NaSi03+2HCl(1])垢达到2cm-5cm,所结灰垢致密,采用高压清洗也不CO+H[0= HCOOH(2)易清理,垢样难溶于盐酸,微溶于王水,气化炉停车检CO.+H.0=H2CO,(3)修时,黑水管线结垢清理难度大增加了检修工作量。H+S= H.S(4当管道因结垢管径由5"变为1号"时，为保证排放流因此,气化炉炉内的黑水具有强烈的酸性。在酸量,只能被迫更换管道,增加了检修成本。性条件下，原煤中含有大量的Ca2*、Mg*、Fexr、Al*与Si03-生成硅酸盐及硅酸盐晶体聚合物，形成沉淀析出,附着在管道内壁,导致结垢的发生。收稿日期:2010-01-11中国煤化工作者简介:祁晓辉(1972-),男,1994年毕业于西安电子.MHCNMHG科技大学计算机应用专业,工程师.长期从事德士古水煤浆加压气化工艺的生产应用与理论研究。气化炉水系统工艺流程示意图见下页图1。-54-煤化工2010年第3期策」祭艺气.气化炉排出的黑水汇合后,其pH值比较接近6,因而也不易发生结垢。工艺气工艺冷凝液3.2气化炉水系统外部原因气化装置原设计为运行2台气化炉和1套黑水直补碳洗塔处理系统,灰水汇集在沉降池进行沉降。后因扩建,又气化炉水日高压灰水增加1台气化炉和1套黑水处理系统,仍将灰水送往B丫黑水沉降池,沉降池未进行扩容。虽然气化装置在一期装黑水_D.置运行中,水系统的pH值未能充分达到设计值,但其去高压闪蒸偏差不大,因而系统结垢情况较轻,但后来运行3台图1气化炉水 系统工艺流程示意图气化炉和2套黑水处理系统后,沉降池的沉降效果变差，造成水系统pH值分布紊乱，改变了原来水系统3.1气化炉水 系统内部原因pH值的合理分布,因而装置出现了结垢加剧的情况。气化炉水系统中结垢严重的部分为AC段,而BC段几乎未结垢,且从气化炉排出的黑水与从碳洗塔排4解决气化炉黑水结垢的措施出的黑水汇合后的CD段也几乎不结垢，对AC段、BC段及CD段取样,进行pH值分析,结果如表1所示。通过结垢机理的认识，结合实际问题进行分析,表1气化炉 黑水排放管线运行数据认为只有将水系统的pH值尽量调整控制到7左右，运行天数/d AC段pH值 BC段pH值 CD 段pH值才能解决气化炉黑水管线的结垢,为此可有以下措施:(1)给气化炉激冷水管线内加入NaOH,通过提高16. 527.056.56激冷水的pH值来提高炉内黑水的pH值,但NaOH易对5.87.6. 626.604.996.456. 37高压管线产生腐蚀而发生泄露,因此该方法不可取。4.856.366.32(2)增大工艺冷凝液的用量及提高灰水的pH值,2(4.836. 276.22但由于工艺冷凝液的用量有限且加量过大,会造成碳3(6.33洗塔塔盘带水现象的发生,而过高提高碳洗塔进水的结垢情况结垢严重未结垢pH值,虽能使气化炉的进水pH值升高,但又会使碳洗塔黑水排放管线形成碱性结垢,因此该方法也不可取。从表1数据可看出，随着气化炉运行时间的延(3)提高煤浆的pH值,来提高炉内黑水的pH值，长，水系统的pH值在逐步降低，在- -定程度达到稳此种方法作用有限，不能从根本上提高炉内黑水的定，尤其气化炉黑水排放管线内的水相pH值下降较pH值,只能作为气化炉黑水pH值的微调,因此该方大,其pH值在中后期基本显示为5以下,处于较强的法不能作为主要的手段。酸性状态,因而易结垢。正常情况下,水系统的流向(4)降低煤浆中石灰石的加入量,原煤中Mg、A1.为:来自高压灰水泵的灰水及下游变换来的工艺冷凝Si的含量由于市场因素无法控制，因此要及时掌握液进入碳洗塔，碳洗塔水相中较澄清的灰水经激冷原煤的灰熔融性温度，在保证液态排渣的前提下,尽.水泵进入气化炉激冷室,对高温灰渣激冷和工艺气进量控制石灰石加入量到最低.在水相pH值低于5时,行初步洗涤后,从激冷室排出,与碳洗塔排出的黑水能够减少钙盐的结垢。一同排往黑水处理闪蒸系统。由于工艺冷凝液及灰水(5)控制水温恒定,防止因水温大幅变化而造成的pH值均在8以上，因此在碳洗塔内对工艺气洗涤Ca*、Mg*°等离子析出,发生结垢。后所形成的黑水的pH值比较接近7 (在6以上),因(6)从气化炉的取压管处,可适量增加隔离氮气而从碳洗塔排出的黑水不易结垢。在碳洗塔上部较澄的用量,在炉膛内有利于氨的生成,从而间接有效提清的灰水,其pH值在7以上,作为气化炉的激冷水进高炉内黑水的oH值n人气化炉,对工艺气激冷及洗涤后,其pH值因酸性介中国煤化工同时,利用德士古质的影响而发生’下降，随着气化炉运行时间的延长,原HCNMHG水泵的灰水与碳洗黑水的酸性进行积累,其pH值始终维持在5以下,因塔来的灰水在人炉前进行混合后,直接送人气化炉激此该段管线容易发生结垢,而从碳洗塔排出的黑水与冷室,这样既可保证碳洗塔内水相pH稳定,又可以提2010年6月祁晓辉:气化炉黑水排放管线结垢分析与处理- 55高炉内进水的pH值，从而有效提高炉内黑水的pH在运行中，将固含量高的气化炉黑水的pH值调值,以控制气化炉黑水管线结垢情况的发生。整控制在5. 82~8. 09,经过几个周期的运行,在停车(8)在现有条件下,加强对沉降池灰浆处理的管检修时打开管线检查,再未出现结垢情况,即使黑水理,控制好灰水中药品的加入量,同时改变黑水处理中的溶固指标高达2920mg/L,也是如此,从而解决了系统冷凝液的用途，以便有效改善水系统pH值的合长期困扰气化炉运行检修的黑水结垢问题。调整前后理分布。管道结垢情况见图2。采用以上几种方法进行综合控制,调整后在几台气化炉上进行试运行并取样分析,结果见表2~表4。表22* 炉水系统运行数据高压灰水激冷水 碳洗塔黑 气化炉黑pH值.pH值水值水pH值(a)调整前(b)调整后运行初期8.61.7. 998.107.13运行中期8.687. 536.966. 96图2调整前后 管道结垢情况运行后期8.937. 618.726.40结垢情况未结垢此外，控制黑水pH值还应根据黑水的溶固及黑水中所含Si02的含量来确定。当溶固中的Ca、Mg含表339 炉水系统运行数据量较高时,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pH值_pH值水pH值 水H值较高时,可将黑水的pH值控制在7~8,使黑水呈弱碱9.00 .7. 597. 256.06性,能有效抑制酸性结垢。7. 555.977. 477.085.82 .5结吾表44"炉水系统运行数据要定期对气化炉和碳洗塔的黑水管线进行取样高压灰水激冷水 碳洗塔黑气化炉黑分析，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含量情况，以便及时进行调整,控8. 788. 258. 177. 98制好系统的水质状况,从而避免结垢的发生。调整后8.618. 138.25.8. 09解决了黑水管线的结垢，大大减少了检修工作量,同8. 677.957.677.62时也节约了运行成本,为气化装置的长周期连续运行未结垢.奠定了基础。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中国煤化工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