基于頂噴式干煤粉氣化技術(shù)的節(jié)水措施探討

王國梁，李俊挺，張永明

(神華寧夏煤業(yè)集團有限責(zé)任公司煤制油分公司 寧夏銀川 750411)

現(xiàn)代煤氣化技術(shù)[1- 2]是現(xiàn)代煤化工裝置的核心，直接關(guān)系到整個煤化工裝置能否正常運行，其中粉煤加壓氣化技術(shù)具有煤種適應(yīng)性廣、原料消耗低、碳轉(zhuǎn)化率和冷煤氣效率高等優(yōu)勢。目前，粉煤加壓氣化技術(shù)中的燒嘴頂置、下行激冷流程得到越來越廣泛的應(yīng)用。頂噴粉煤加壓氣化技術(shù)的特點是氣化工藝流程合理且相對簡單、投資較低，在煤制甲醇、煤制烯烴以及煤制油裝置上可以得到很好的應(yīng)用，是今后粉煤氣化工藝發(fā)展的主流方向[3]。根據(jù)頂噴式干煤粉氣化裝置的實際運行情況，在保證裝置穩(wěn)定運行的情況下，對節(jié)水前后的運行指標等進行對比分析，以期為同類干煤粉氣化裝置提供參考[4]。

1 頂噴式干煤粉氣化裝置主要工藝流程

1.1 主要工藝流程

煤粉通過2只交替運行的煤鎖斗連續(xù)進入煤粉給料罐，然后通過密相氣力輸送系統(tǒng)被加壓并通過載氣處于流態(tài)化狀態(tài)，再經(jīng)4根煤粉管線從主燒嘴進入氣化爐燃燒室進行氣化反應(yīng)。由于使煤粉完全氧化所需氧量遠大于氣化反應(yīng)的供氧量，因此煤粉在燃燒室中發(fā)生部分氧化反應(yīng)，產(chǎn)生富含H2和CO的合成氣。熱合成氣和熔渣通過下渣口經(jīng)下降管進入氣化爐激冷室與激冷水混合，熔渣被迅速固化，大部分粗渣進入激冷室下部的水浴中，小部分細灰隨合成氣進入下游合成氣洗滌工序，合成氣經(jīng)洗滌處理后送下游變換裝置。氣化爐激冷室的黑水被送至黑水閃蒸系統(tǒng)以脫除酸氣并回收部分熱量，閃蒸后的黑水、來自撈渣機的渣水和來自真空帶式過濾機的濾液被一起送至黑水處理系統(tǒng)，得到的澄清水大部分作為系統(tǒng)回用水，小部分灰水作為廢水送至污水處理單元作進一步處理[5- 8]。

1.2 裝置主要配置

該氣化裝置共有4臺干煤粉氣化爐、4套黑水閃蒸裝置和2套黑水處理裝置，每套黑水處理裝置包含1只循環(huán)水罐、1套沉降絮凝系統(tǒng)以及3臺板式過濾機。

2 改造前水系統(tǒng)

如圖1所示，該干煤粉氣化裝置水系統(tǒng)共有3種外補水形式：①脫鹽水用作合成氣洗滌塔上層塔盤沖洗水、除渣單元密封沖洗水、絮凝劑槽補水、各機泵密封水、過濾機密封及濾布沖洗水等；②各等級蒸汽凝液用作合成氣洗滌塔上層塔盤沖洗水；③變換裝置高溫凝液用作合成氣洗滌塔上層塔盤沖洗水。

如表1所示：該干煤粉氣化裝置原設(shè)計4臺氣化爐共耗脫鹽水400.00 t/h，脫鹽水消耗量大；外排廢水295.00 t/h，廢水處理裝置負荷大、能耗高。表1中排水量稍大于進水量是存在部分漏點和生產(chǎn)水用作沖洗水所致，下同。

圖1 節(jié)水改造前水系統(tǒng)流程

表1 改造前干煤粉氣化裝置滿負荷時的水平衡數(shù)據(jù)[9]

t/h

3 改造后水系統(tǒng)

3.1 節(jié)水措施

為了減少脫鹽水用量、減輕含鹽廢水處理裝置的壓力、降低生產(chǎn)成本、提高裝置的經(jīng)濟效益，通過采取大量節(jié)水措施以降低脫鹽水的消耗、減少外排廢水量。

(1) 氣化裝置需密封水的機泵共有54臺，各機泵密封水管線直徑均為20 mm，手閥全開后密封水流量均超過2.0 m3/h，而實際運行時機泵密封水只需1.0～1.5 m3/h。因此，在各機泵密封水管線增設(shè)限流孔板，使機泵密封水流量控制在1.0～1.5 m3/h。該措施實施后，可節(jié)省脫鹽水約30.0 m3/h。

(2) 黑水過濾系統(tǒng)密封、濾布沖洗以及真空泵水環(huán)用水為脫鹽水，每臺設(shè)備的用水量一般在35.0 m3/h左右。在保證系統(tǒng)真空度、濾布沖洗干凈的情況下，通過在進過濾系統(tǒng)的脫鹽水管線上增設(shè)限流孔板，控制每臺過濾機脫鹽水用量在25.0 m3/h以內(nèi)。該措施實施后，可節(jié)省脫鹽水40.0 m3/h。

(3) 氣化爐投料運行正常且向變換裝置導(dǎo)氣完成后，及時將洗滌塔上部塔盤沖洗水量由100 t/h降至70 t/h，且優(yōu)先使用變換高溫凝液，在變換高溫凝液不足的情況下再補充脫鹽水。

3.2 改造效果

3.2.1 系統(tǒng)水質(zhì)

如表2所示，節(jié)水措施實施后，系統(tǒng)補入的脫鹽水量和外排廢水量減少，對系統(tǒng)水質(zhì)造成了一定的影響，但水質(zhì)各項指標均未超出控制范圍。

表2 水質(zhì)分析數(shù)據(jù)

項目總?cè)芙夤腆w/(mg·L-1)pH懸浮物/(mg·L-1)Cl-/(mg·L-1)氨氮/(mg·L-1)COD/(mg·L-1)總堿/(mmol·L-1)總硬度/(mg·L-1)改造前1 2867.7342011455057.01 022改造后1 6707.6502452055828.11 478

3.2.2 合成氣含塵量

節(jié)水措施實施后，合成氣洗滌塔上部塔盤沖洗水流量降低，在一定程度上會影響合成氣的洗滌效果，造成合成氣的含塵量升高。通過連續(xù)120 h的取樣分析，合成氣的含塵量均低于0.5 mg/m3(標態(tài))，說明合成氣洗滌塔上部塔盤沖洗水流量降低后并未對合成氣的含塵量造成嚴重影響。

3.2.3 水平衡

如表3所示，節(jié)水措施實施后，因外補脫鹽水量減少，系統(tǒng)形成了新的水平衡。

表3 改造后干煤粉氣化裝置滿負荷時的水平衡數(shù)據(jù) t/h

項目進水設(shè)計值項目排水設(shè)計值入爐煤粉帶水13.12爐渣帶水15.00次高壓蒸汽4.00濾餅帶水30.00各等級蒸汽凝液100.00合成氣帶水425.00脫鹽水280.00外排廢水125.00變換高溫凝液180.00酸氣帶水0.29入爐煤氫折水130.00合成氣氫折水115.00總計707.12總計710.29

4 結(jié)語

頂噴式干煤粉氣化裝置的脫鹽水主要用作機泵密封水、洗滌塔塔盤沖洗水和過濾機用水，都可以在保證裝置正常運行的情況下減少其用量。節(jié)水措施實施以后，整個裝置的脫鹽水用量減少了120 t/h，相應(yīng)減少了170 t/h外排廢水量，降低了含鹽廢水處理裝置的能耗。當然，對系統(tǒng)作進一步的優(yōu)化后，頂噴式干煤粉氣化裝置的耗水量還有進一步降低的空間。