GE水煤漿氣化渣水工段運行問題探討

雷國華，劉 佳

(神華包頭煤化工責任有限公司,內蒙古 包頭 014010)

GE水煤漿氣化渣水工段運行問題探討

雷國華，劉 佳

(神華包頭煤化工責任有限公司,內蒙古包頭014010)

文章針對GE水煤漿氣化渣水工段的實際運行情況，對出現(xiàn)的問題進行討論分析，通過技改，達到穩(wěn)定運行。

除氧器；三通；真閃；脫氨塔

神華包頭煤化工氣化裝置采用GE水煤漿加壓氣化技術，以煤和氧氣為主要原料，在6.5Mpa(G)壓力下進行部分氧化反應，生成CO，H2，CO2為主要成分的粗煤氣，經增濕，降溫，除塵后，送至下游裝置進行凈化處理，同時將系統(tǒng)產生的黑水送至閃蒸，沉降系統(tǒng)，達到回收熱量以及回水再生，循環(huán)使用的目的，產生的粗渣以及細渣送出界區(qū)外。該工藝的氣化反應溫度在1300～1400℃，反應壓力從2.7～8.7Mpa，日投煤量從500～3000t不等。水煤漿氣化工藝的特質，決定該類裝置高溫，高壓，易燃，易爆，工藝流程長，操作難度大等特點。

1 渣水工段出現(xiàn)的問題分析

渣水處理工段分為閃蒸系統(tǒng)，黑水處理系統(tǒng)，除氧器系統(tǒng)以及絮凝劑、分散劑系統(tǒng)。裝置自2010年5月投料以來，運行已近7年，在經歷多次技改后，運行趨于平穩(wěn)，以下對本工段常出現(xiàn)問題做出總結。

(1) 本工段除氧器為兩臺，為全裝置提供高壓灰水，是氣化裝置的核心設備，其作用是為了防止溶解氧氣的水進入洗滌塔系統(tǒng)腐蝕管道，設備。開車以來，因為低壓灰水含固量較高，設備結構不合理，致使除氧頭旋膜管堵塞，填料、再沸騰管的表面和內部結垢嚴重，高壓灰水泵入口時常有大量垢片，導致入口過濾器堵塞，泵無法正常運行，引起洗滌塔補水不足，系統(tǒng)水循環(huán)量小，加速結垢；灰水和蒸汽換熱效果差，水溫達不到飽和溫度，氧氣不能徹底析出，嚴重影響氣化系統(tǒng)運行。

(2)渣水工段從開車初期就遇到各種磨損泄漏問題，嚴重時導致系統(tǒng)停車處理，其易磨易損部位主要集中在大小角閥閥后短節(jié)及三通，低閃至真閃閥后短節(jié)、三通及32寸管箱等。

(3) 由于現(xiàn)污水處理場原設計進水水質為COD≤600mg/L；NH4-N≤200mg/L；而在神華包頭煤制烯烴項目投產試運行過程中實際排水水質為COD約1000mg/L；NH4-N約350mg/L，較原設計進水水質指標惡劣，導致污水處理裝置無法處理，要求氣化裝置大量減少外排廢水，加速了氣化系統(tǒng)結垢，嚴重威脅裝置的安全、穩(wěn)定生產。

(4) 閃蒸系統(tǒng)分為高壓閃蒸，低壓閃蒸，第一真空閃蒸和第二真空閃蒸。其原理是通過液體隨著壓力的降低沸點也隨之降低，水再沸騰回收熱量，溶質在水中的溶解度下降，將溶解于水中的大部分酸性氣體閃蒸出來。真閃作為最后兩級，對于降低水溫，閃蒸酸性氣體尤為重要。真閃設計負壓為上塔-0.07MPa，下塔-0.09MPa(操作值-0.080至-0.083MPa，即滿足工藝要求水溫45℃)，在實際使用過程中由于負壓變差水溫最高至55℃，不僅影響系統(tǒng)熱平衡，加速結垢甚至會使污水處理細菌活性下降。

2 解決方法及整改措施

2.1 除氧器改造

(1)除氧器氧頭結構不合理，之前為焊接式，技改后變?yōu)榉ㄌm式連接，將原水室旋膜裝置內部布管和上下管板焊接在一起，改為可拆卸式便于徹底清洗；

(2)由于填料拉西環(huán)比表面積大，易結垢影響灰水進量因此將其改為淋水篦子板，不僅提高換熱效率，減小灰水阻力而且能夠防止因水汽偏流設備震動大；

(3)進入除氧器的低閃氣量較大，蒸汽無法全部回收造成除氧器憋壓，隨著生產符合提高，灰水系統(tǒng)循環(huán)量大，這一現(xiàn)象更加明顯。因此在除氧頭安全閥前增配放空管線，在低閃氣進入除氧器總管之前新配一條泄壓管線，以減輕除氧系統(tǒng)壓力。

(4)在除氧器底部和兩臺除氧器平衡管增設至高壓灰水泵入口備用管道，為定期清洗維修提供便利。

(5)2013年增設一臺新除氧器后，裝置每6000小時進行切換清洗維修，增加使用周期。

(6)操作中進入除氧器的低壓灰水須優(yōu)先進入氧頭，非工藝原因(補水不足)禁止打開進入箱體閥門，且控制好低閃壓力，除氧器壓力。

2.2 管道磨損改造

大角閥閥后短節(jié)及三通采用的是以水抗水原理，用三通內的水抵抗后來的水的沖擊，三通處壓力從6.0MPa降至1.5MPa左右，到高壓閃蒸罐內降至0.9MPa，現(xiàn)在實際操作壓力為0.7～0.8MPa之間，壓力太高閃蒸效果不好，壓力太低設備沖刷，磨損嚴重。磨損的原因基本上都是因黑水中含固體顆粒，且壓差較大造成的，也有可能是在大角閥閥后，高溫黑水因降壓迅速閃蒸，產生氣泡，在三通附近產生汽蝕現(xiàn)象，對管道的沖刷，損傷較為嚴重?，F(xiàn)在我廠的改造是在三通處加一個鐵盒，鐵盒內灌入混凝土，起到保護作用；由于易沖蝕部位原始設計均為10mm左右的普通碳鋼材料，現(xiàn)將這些部位改為20～30mm，材質改為16Mn 管材；小角閥和大角閥的基本原理相同，也采取了同樣的改造措施。現(xiàn)在大小角閥后三通泄露的次數明顯降低；低閃至真閃閥后短節(jié)、三通及32寸管箱也是因為降壓沖刷磨損管件的，采取的改造是在閥后短節(jié)內襯一層耐磨鋼板，三通改粗，加一小段緩沖，也是以水抗水的形式，而32寸管箱內襯一塊耐磨緩沖鋼板，這幾項改造都得到了很好的效果，現(xiàn)在磨漏次數大幅度減少。對于其他磨損部位，如高閃至低閃彎頭，沉降槽給料泵閥組出口彎頭等，也改為三通式，不僅防止沖蝕，還易于清洗，保證渣水工段的穩(wěn)定運行。

2.3 外排水水質改造

增設脫氨塔裝置，如圖1所示，以降低外排廢水氨氮，增加污水處理裝置的接收水量，來保證氣化裝置的外排廢水量，從而解決氣化裝置管道設備結垢嚴重這一難題。

脫氨塔工藝流程：氣化裝置渣水處理單元外排低壓灰水先進入自清洗過濾器(123V001AB)去除煤渣等物質后進入加堿混合器(123X001)。在堿混合器(123X001) 中與來自堿液槽(123V001)的32%氫氧化鈉溶液混合，將低壓灰水的PH值調節(jié)至10.5～11。

圖1 脫氨塔流程簡圖

整合后的低壓灰水直接進入脫氨塔(123T001A/B) 頂部，經過分布器向下流動。在吹脫風機(123C001A/B)的作用下，空氣從塔底向上流動，逐級經過向四層填料與低壓灰水進行逆流接觸。在氣液逆流接觸過程中，水中溶解的游離氨穿過氣液界面，轉移至氣相中，脫除氨氮的灰水從塔底排出，富含氨氮的空氣由塔頂放空管放空，經過空氣吹脫后的低壓灰水氨氮降低至170mg/L以下，經脫氨塔底部提升泵(123P004A/B)提壓后進入加酸混合器(123X002)，在酸混合器中低壓灰水與來自酸儲罐(123V002)的98%濃硫酸混合，將PH值降至6～8。調整PH值后的灰水進入渣水一區(qū)廢水冷卻器降溫后通過調節(jié)閥(123FV008)的流量控制送入污水場調節(jié)池。

使用效果：項目投用后，氣化外排廢水的氨氮由原來的330mg/L，降低到220 mg/L左右。增大了廢水處理裝置的接收能力，使氣化的外排廢水量由200t/h增加到230t/h。極大程度的緩解了氣化裝置內的系統(tǒng)結垢情況。自脫氨塔投運后，氣化裝置再未因系統(tǒng)結垢管線堵導致系統(tǒng)減負荷停車，氣化裝置在保證系統(tǒng)廢水外排的情況下穩(wěn)定滿負荷運轉。

2.4 真空閃蒸系統(tǒng)改造

(1)自2015年下半年將真空抽引冷凝器內部列管更換為不銹鋼材質,以應對管道腐蝕。由于運行多年，管道、換熱器等磨損泄漏嚴重，單爐停車后對真閃冷凝換熱器查漏堵管，易磨損部位如真閃上下塔連通管線等進行加厚；

(2)第一真空閃蒸分離器氣相與真空泵連接方式設計不合理，呈U字形，現(xiàn)改為直管，防止積液，并縮短了管線距離；

(3)由于抽引器蒸汽過大，氣體不易冷凝，增加了真空泵負荷，因此控制蒸汽使用量；

(4)為降低系統(tǒng)水溫，將沉降槽保溫全部去除；加強停車檢修后閃蒸罐的氣密工作。

3 渣水工段其它技改技措

3.1 沉降槽

沉降槽進出口增加連通管線，檢修時便于切換；沉降槽攪拌器無遠傳電流顯示，不能及時發(fā)現(xiàn)攪拌器的運行情況而容易導致攪拌器損壞，為了避免類似事故頻繁發(fā)生，將沉降槽攪拌器電流指示引至DCS系統(tǒng)，便于隨時觀察，及時處理突發(fā)事件，保證攪拌器的穩(wěn)定運行。

3.2 渣水框架地溝

在渣水一框架和渣水二框架內增設收集液池和液下泵，將渣水地溝內的積水送至1#，2#，3#沉降槽，以解決框架地溝堵塞難題，框架內的環(huán)境衛(wèi)生也將大幅調高。

3.3 密封水冷卻器

1.75MPa、104℃鍋爐水作為高壓灰水泵密封水：溫度高，易導致機封O型圈老化使機封泄漏，因此增設冷卻器，將1.75MPa、104℃鍋爐水溫度降至40℃，達到延長機封使用周期的目的。

4 結論

氣化裝置渣水工段自投料以來，問題不斷，經過技改逐步解決了除氧器運行穩(wěn)定性，閥門管線磨損，外排水質提高，系統(tǒng)水溫高等一系列問題，保證了裝置的穩(wěn)定運行。

[1] 馮 超.GE水煤漿氣化裝置除氧器的技術改造[J].內蒙古石油化工,2015(6),94-96.

(本文文獻格式：雷國華，劉佳.GE水煤漿氣化渣水工段運行問題探討[J].山東化工，2017，46(16)：145-146.)

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：1008-021X(2017)16-0145-02

2017-06-02

雷國華(1987—)，大學本科，助理工程師，從事水煤漿氣化工作。