德士古氣化爐水系統(tǒng)結(jié)垢問題以及對策(李奇峰)

1、 氣化三班氣化三班 李奇峰李奇峰 氣化爐激冷室底部的激冷水和洗滌塔塔底的合成氣 洗滌水通過黑水管線進(jìn)入閃蒸系統(tǒng)，逐級通過高壓閃蒸 罐、低壓閃蒸罐、真空閃蒸罐。高溫黑水通過閃蒸降溫 后，濃縮黑水中的灰渣，閃蒸后的黑水被送到沉降槽, 閃蒸汽凝液送入除氧器和灰水槽?；以诔两挡壑行跄?沉降，澄清的灰水通過沉降槽的溢流口進(jìn)入灰水槽。灰 水槽的灰水通過灰水泵，一路送往脫氧槽，與新鮮水、 變換冷凝液混合，然后由高壓灰水泵送往洗滌塔去洗滌 合成氣，后經(jīng)激冷水泵送入激冷環(huán)；一路送往鎖斗沖洗 水儲槽作為鎖斗沖洗水；一路去固體循環(huán)槽做棒磨機(jī)的 研磨水。水系統(tǒng)周而復(fù)始，循環(huán)使用。 黑水：字面理解看起來為黑色的水，是

2、從氣化爐、 洗滌塔底部排出，固含量較高的水。 灰水：字面理解看起來為灰色的水，是經(jīng)閃蒸和沉 降處理除去渣的水。 一般以閃蒸為分界線，閃蒸系統(tǒng)內(nèi)為黑水，閃蒸之 后為灰水。 現(xiàn)象：一、在氣化B系列運行期間，從氣化爐激冷 室至高閃管路流量降低，即使開大角閥開度，流 量依舊較低，說明管路有堵塞現(xiàn)象。 二、在檢修期間，發(fā)現(xiàn)氣化爐（洗滌塔）黑水角 閥、文丘里洗滌器、高壓閃蒸罐、高閃蒸汽冷凝 器等部位結(jié)垢和片垢較多。 由此引發(fā)的問題： 一、黑水管路為什么會堵？ 二、結(jié)垢的原理是什么？ 三、結(jié)垢的影響因素有哪些？ 四、結(jié)垢還會出現(xiàn)在哪些地方？ 五、如何應(yīng)對水系統(tǒng)結(jié)垢的問題？ 黑水管線堵塞的兩大原因： 一、黑水

3、析出CaCO3和MgCO3，結(jié)垢后脫落堵塞管 線。 黑水系統(tǒng)中的灰垢會在運行過程中慢慢累積在 管壁上，一般沖洗不下來。在氣化爐投料后黑水 排放過程中，管道溫度升高，但垢片和管道膨脹 系數(shù)不一，造成垢片脫落。脫落的垢片在管道彎 頭、閥門處聚集，最終造成黑水管道堵塞。 二、黑水中懸浮的灰渣和殘?zhí)及l(fā)生局部沉降引起堵 塞。 水煤漿燃燒過后的灰渣和未反應(yīng)的殘?zhí)技?xì)微顆 粒會在黑水系統(tǒng)中形成懸浮物。當(dāng)操作系統(tǒng)發(fā)生 變化或黑水流量減少時，懸浮物會加速沉積并造 成管道、角閥或激冷環(huán)的堵塞。 黑水中一些離子結(jié)合后會形成在水中不溶、難 溶和微溶的物質(zhì)，這些物質(zhì)都很容易積累成為水 垢， 即鹽類垢，通常為碳酸鈣和碳酸鎂

4、。這種垢 的形成一般會經(jīng)歷成核長大的過程，先是少量垢 核心在管道表面成形、附著，然后更多的其它成 垢化合物在這些核心周圍聚集，成為更大的垢團(tuán)。 隨著水流的沖刷，一部分垢被沖掉，但其它的垢 繼續(xù)生成，最終可能阻塞管道。當(dāng)溫度高于60 時，會出現(xiàn)明顯的結(jié)垢趨勢，溫度越高，結(jié)垢的 趨勢越嚴(yán)重。 水的流速也會明顯地影響結(jié)垢的趨勢。水的流 動越緩和，成垢核心生長的環(huán)境越穩(wěn)定，隨著管 道輸送介質(zhì)流速的降低，水垢出現(xiàn)的概率逐漸提 高，流速和流向的突然改變也會使結(jié)垢加劇。 結(jié)垢嚴(yán)重的管路結(jié)垢嚴(yán)重的管路 水煤漿是德士古氣化爐的原料，但也是水系統(tǒng) 結(jié)垢的根源。原料中的大量鈣鎂元素和新鮮水加 入的少量鈣鎂元素，以C

5、a2+和Mg2+形式存在黑水 中。煤氣中的CO2會溶于黑水形成CO32- 和HCO3-， 在較高溫度下會生成MgCO3和CaCO3 的沉淀并積 累成垢。此外，黑水系統(tǒng)還會在酸性環(huán)境下發(fā)生 少量硅酸鹽結(jié)垢（以硅酸鈣和硅酸鎂為主）。 水結(jié)垢涉及的反應(yīng)方程： CO2+H2O=H+HCO3 2HCO3 =CO32+CO2+H2O Ca(HCO3) 2=CaCO3+CO2+H2O Mg(HCO3) 2=MgCO3+CO2+H2O Ca2+ + SiO32=CaSiO3(酸性 ) Mg2+SiO32=MgSiO3(酸性 ) 一、溫度對結(jié)垢的影響 溫度對結(jié)垢的影響主要是改變易結(jié)垢鹽類的溶 解度。大多數(shù)垢鹽隨

6、溫度的升高而降低。 二、水中硬度的影響。硬度越高，鈣鎂離子含量就 越高，其結(jié)垢效果就越明顯。 三、流速對結(jié)垢的影響。污垢增長率隨著流體速度 增大而減小。雖然流速增大可以增加污垢沉積率, 但流速增大所引起的剝蝕率的增大更為顯著，因 而造成總的增長率減小。流速降低時，介質(zhì)中攜 帶的鹽垢和灰分、殘?zhí)汲练e概率增大，管道結(jié)垢 的概率也明顯加大，特別是在結(jié)構(gòu)突變的部位 （如彎管、角閥處）。 四、 pH值對結(jié)垢的影響。提高溶液的pH值，碳酸 鹽將迅速結(jié)晶， 污垢形成的誘導(dǎo)期縮短，促進(jìn)污 垢的生長。降低pH值有助于減緩碳酸鹽結(jié)垢，但 pH值太低，會加大系統(tǒng)酸性腐蝕 。而過高的pH 值會加重水系統(tǒng)堿性結(jié)垢。介質(zhì)

7、pH值的確定，需 要同時考慮這兩方面的問題來選擇合適值，一般 范圍為6.58.0（理論值）。 水系統(tǒng)的正常運行直接關(guān)系著煤氣化系統(tǒng)的運 行狀況。當(dāng)煤氣化系統(tǒng)出現(xiàn)問題，會影響水系統(tǒng) 的正常運行。反之，水系統(tǒng)結(jié)垢也會嚴(yán)重影響煤 氣化系統(tǒng)的正常運行。水系統(tǒng)結(jié)垢部位主要有氣 化爐激冷環(huán)、氣化爐（洗滌塔）黑水管線、文丘 里洗滌器、洗滌塔塔盤、高壓閃蒸罐、高閃蒸汽 冷凝器等。 氣化裝置不同部位結(jié)垢的分析 一、氣化爐激冷環(huán)結(jié)垢。洗滌塔底部灰水進(jìn)入激 冷水管線，經(jīng)激冷水泵送往激冷水過濾器，大粒 徑的灰渣被激冷水過濾器截留，粒徑小于過濾器 過濾網(wǎng)孔徑的細(xì)渣、細(xì)灰進(jìn)入激冷環(huán)，通過激冷 環(huán)環(huán)管上的出水孔把冷卻水均勻

8、地分布到下降管 的內(nèi)壁上，之后激冷水沿下降管內(nèi)壁進(jìn)入激冷室。 激冷環(huán)垢樣的主要成分為Al2O3、SiO2、Fe2O3 等。這是由于粒徑小于過濾網(wǎng)孔徑的細(xì)渣、細(xì)灰 進(jìn)入激冷環(huán)，在高溫高壓下細(xì)灰、細(xì)渣在激冷環(huán) 和激冷水管線沉積而形成結(jié)垢。 二、文丘里洗滌器結(jié)垢。文丘里洗滌器是對合成氣 進(jìn)行洗滌的設(shè)備，有收縮管、喉管和擴(kuò)大管3部分。 含灰塵的氣體進(jìn)入收縮管，流速沿管逐漸增大； 來自洗滌塔的灰水由喉管處噴入，被高速氣流撞 擊而霧化，氣體中的塵粒與液滴接觸而被潤濕； 氣體進(jìn)入擴(kuò)大管后，流速逐漸減小，塵?；ハ嗾?合，使顆粒增大而易除去。 文丘里洗滌器處垢樣的主要成分是Al2O3、 SiO2、Fe2O3 、

9、CaO等。 Al2O3、SiO2、 Fe2O3 等主要為被合成氣帶出氣化爐的灰渣沉積而成。 噴入喉管處的液體為從洗滌塔底部經(jīng)過文丘里泵 加壓送入的灰水，高硬度的灰水與合成氣接觸， 反應(yīng)生成鈣鎂垢。如果出氣化爐的合成氣含 水量 增加 ，即合成氣帶水嚴(yán)重時，由水帶來的Ca2+、 Mg2+及可溶性SiO2就會增加，此處CaCO3或 MgSiO3結(jié)垢沉積的程度就會加大。 三、洗滌塔塔盤結(jié)垢。 洗滌塔洗滌水由3股水組成： 一股是由變換工段來的變換冷凝液，由塔頂進(jìn)入； 一股是從合成氣夾帶水汽的凝液；一股是從除氧 器來的灰水，與高壓閃蒸氣換熱后送入洗滌塔塔 釜。 洗滌塔塔板結(jié)垢一般是從下而上逐漸加重，表 現(xiàn)

10、為洗滌塔塔阻力升高，洗滌塔合成氣帶灰?guī)?洗滌塔垢樣的主要成分為Al2O3、SiO2、Fe2O3 、 CaO等，這主要是因為隨著運行時間加長，來自 合成氣所夾帶的灰渣在塔板處集聚，阻力逐漸增 大。 四、閃蒸罐結(jié)垢。閃蒸罐處垢樣的主要成分為MgO、 Al2O3 、 SiO2 、 Fe2O3等。 閃蒸系統(tǒng)是水系統(tǒng)一個重要的組成部分，主要 作用是回收熱量和濃縮黑水。氣化爐和洗滌塔排 出的黑水由節(jié)流減壓閥依次進(jìn)入高壓閃蒸罐、中 壓閃蒸罐和真空閃蒸罐。高壓閃蒸罐處的黑水本 身懸浮物含量就高，黑水壓力迅速降低，固體顆 粒及不溶性鹽類吸附在設(shè)備內(nèi)壁上，慢慢形成較 厚的垢層。閃蒸系統(tǒng)罐內(nèi)和管道內(nèi)壁結(jié)有大量垢

11、 層，極易脫落堆積在罐的底部，堵塞罐的黑水出 口和卡住角閥。 一、加強(qiáng)設(shè)備管理，提高操作水平。 重視對黑水角閥的維護(hù)與檢修，避免因角閥故 障造成管線和閥門渣垢累積、堵塞。對于開工投 用黑水系統(tǒng)有壓力要求的裝置，要嚴(yán)控好切入時 間，避免較長時間未打通黑水線路造成角閥和管 道因灰渣累積而堵塞。 激冷室和洗滌塔去高閃的黑水管線常易堵塞， 操作人員應(yīng)對此處加強(qiáng)監(jiān)測，可以從流量、壓力、 角閥開度、下游溫度和液位等方面判斷管線堵塞 程度。當(dāng)發(fā)現(xiàn)有堵塞情況時應(yīng)及時處理，可以打 開角閥前高壓冷凝液進(jìn)行兩端沖洗，或是間斷開 大減小角閥開度利用黑水脈沖來對管線閥門沖洗， 或是全開角閥利用較大流量來沖通管道及閥門。

12、 有些廠方規(guī)定操作人員每兩小時動作一次角閥 ，通過改變管道內(nèi)流體的流量和壓力，起到疏通 流道減緩堵塞的作用。 定期進(jìn)行過濾器切換，防止灰渣在過濾器長時 間積聚，避免堵塞或流通不暢。 二、合理布置黑水管路，盡量減少彎管以及死角。 在易堵塞部位添加沖洗水接頭，方便管道檢修和 疏通。 三、加強(qiáng)停工后對管道清洗除垢。 管道除垢常用的除垢方法大致分為三類, 化學(xué) 除垢、高壓水噴射除垢和機(jī)械除垢。 化學(xué)除垢是根據(jù)垢層的化學(xué)成分，選用合適的 酸類化學(xué)劑進(jìn)行溶解除垢。高壓水噴射除垢是利 用柱塞泵產(chǎn)生的高壓水經(jīng)過特殊噴嘴噴向垢層。 機(jī)械除垢采用強(qiáng)力清管器對垢層進(jìn)行物理清除， 如刷輪清管器。九江石化除垢采用的是高

13、壓水噴 射除垢法。 四、選擇灰分較低的煤種，灰渣量的減少有助于緩 解灰渣積聚堵塞。 嚴(yán)格控制煤質(zhì)，選擇低灰熔點、低灰分原料煤 （ 原料煤灰分要求控制在812 ）。煤的灰 熔點高，導(dǎo)致氣化爐提溫操作，造成激冷水系統(tǒng) 溫度升高，鈣鎂鹽大量析出，加速系統(tǒng)結(jié)垢堵塞 ；灰分含量高，也相應(yīng)造成激冷水系統(tǒng)灰渣顆粒 含量增加，容易產(chǎn)生灰渣積聚堵塞。 五、維持氣化系統(tǒng)工藝操作穩(wěn)定，減少開停工次數(shù)， 避免工藝參數(shù)大幅度波動。 當(dāng)氣化系統(tǒng)發(fā)生波動時，可能引起灰水管道內(nèi) 溫度和流量改變，增強(qiáng)結(jié)垢效果；也可能造成出 激冷室合成氣帶水帶灰，引起文丘里洗滌器、洗 滌塔塔盤結(jié)垢，以及引起洗滌塔水質(zhì)變差。 六、加強(qiáng)對系統(tǒng)水質(zhì)監(jiān)

14、測，及時調(diào)控改善水質(zhì)。 九江水質(zhì)控制工藝卡片： 分析內(nèi) 容 總?cè)芙?固體 NH3-HCl-Ca2+COD固體懸 浮物 PH 控制指 標(biāo)mg/l2000267 100 220- 250300 1007-9 指標(biāo)控制說明： 水溶解固物濃度的高低直接影響水系統(tǒng)的結(jié)垢效 果。水溶液的電導(dǎo)率和溶解固體量濃度成正比， 而且固體量濃度越高，電導(dǎo)率越大?？梢酝ㄟ^測 水的電導(dǎo)率來反映溶解固體濃度。 Cl-濃度高，在高溫高壓環(huán)境中會對設(shè)備(特別是不 銹鋼)將產(chǎn)生較強(qiáng)的應(yīng)力腐蝕。 pH、 Ca2+濃度，跟水結(jié)垢的程度有直接的關(guān)系， 是檢測和控制的主要對象。 水中固懸物濃度高，由于固懸物對阻垢分散劑的 吸附，會增加藥

15、劑的消耗，誘發(fā)灰水中碳酸鈣等 垢片的結(jié)晶，增加固懸物在管道、設(shè)備中的沉積 率。 化學(xué)需氧量COD（Chemical Oxygen Demand） 是以化學(xué)方法測量水樣中需要被氧化的還原性物 質(zhì)的量。它是下游污水處理單元一項重要參數(shù)， 反映所需處理有機(jī)物污染物的量。 氨氮（NH3-N）以游離氨（NH3）或銨鹽（NH4- ）形式存在于水中，它的含量決定了下游水處理 單元物生物除污的工作環(huán)境。當(dāng)氨氮含量過高時 ，超過了硝化細(xì)菌的耐受程度，抑制硝化反應(yīng)使 硝化速率降低，最終導(dǎo)致出水氨氮變高。 調(diào)控方法： （1）合理添加絮凝劑和分散阻垢劑 絮凝作用是使微小的膠體顆粒和懸浮物顆粒 在膠體物質(zhì)或者電解質(zhì)的作用下，中和顆粒表面 電荷，降低或消除顆粒之間的排斥力，使顆粒結(jié) 合在一起，體積不斷變大，當(dāng)顆粒聚集使體積達(dá) 到一定程度時（粒徑大約為0.01cm時），便從水 中分離出來，有利于沉降。 聚丙烯酰胺高分子聚合物，在高溫、高硬度灰 水系統(tǒng)中，均具有良好的絮凝效果，通過電絮凝 、架橋及吸附作用，它能快速使黑水系統(tǒng)懸浮物 沉降，確保渣水迅速澄清，減少后續(xù)灰水處理壓 力，保證設(shè)備安全運行。 絮凝劑一般加入位置為沉降裝置之前。九江石 化為沉降槽入口管線，而我廠加在蘭美蘭裝置入 口處。 阻垢劑是指具有能分散水中的難溶性無機(jī)鹽、 阻止或干擾難溶性無機(jī)鹽在金屬表面的沉淀、結(jié) 垢功能，并維持金屬設(shè)備