煤气水系统现存问题及改进措施.pdf

第 1 期2024 年 2 月现代盐化工经营与管理No.1Feb.,2024煤气水系统现存问题及改进措施张 辉(山西天脊煤化工集团有限公司,山西长治 047500)作者简介:张辉,男,山西晋城人,助理工程师,研究方向:煤化工。摘要:以国家能源集团宁东煤化工基地某煤气化装置为例,对装置水系统运行过程中出现的水质总溶固、悬浮物、硬度等指标高及系统换热器运行时间短、易堵塞等实际问题进行原因分析,并从工艺、设备和药剂等方面进行分析探讨,提出了优化措施。关键词:煤气化;水系统;水质指标;结垢 煤气化技术作为煤化工行业的核心技术,对整个生产链的稳定运行具有至关重要的影响1。在煤气化过程中,装置中的黑灰水质量通常较差,常见问题包括管道和设备的结垢和堵塞,这些问题显著影响了装置的长期稳定运行。处理这些问题的主要方法是添加水处理药剂,如絮凝剂和阻垢分散剂。即使采用这些处理方法,仍然会出现各种异常情况。以国家能源集团宁东基地的一个煤气化项目为例,其在运行过程中遇到了多种挑战,如水质总溶固、硬度、氯离子和悬浮物指标偏高,以及系统换热器(包括闪蒸换热器和废水换热器)运行时间短、易于堵塞等问题。通过对这些实际问题进行原因分析和改进,可以为解决类似问题提供有价值的参考。1 煤气水系统运行现存问题1.1水系统水质总溶固、硬度、悬浮物等指标高的问题1.1.1 总溶固、硬度、氯离子等指标高在煤气化水系统运行中,总溶固(TDS)、硬度和氯离子等水质指标非常重要。高 TDS 水中含有较高浓度的矿物质和盐类,导致设备结垢和腐蚀,影响热交换效率,引起设备故障。水的硬度,主要由钙、镁离子决定,过高的硬度增加热交换器和管道的结垢风险,降低系统效率。氯离子浓度高会加速设备的腐蚀,并生成有害副产品。这些水质问题对煤气化系统的稳定运行和长期可靠性构成严重挑战,影响了效率和运行成本。选取该煤气化装置系统连续几天的水质进行分析,结果见表 1。表 1 该煤气化装置系统连续几天的水质数据日期总溶固/(mgL-1)硬度/(mgL-1)氯离子/(mgL-1)外排水量/(m3h-1)2018 12 274 8042 066351.75702018 12 284 7242 466621.79702018 12 294 0362 400681.421002018 12 304 9962 316745.331602018 12 313 3041 576528.201402019 01 013 1961 307434.621702019 01 022 5401 263408.41165设计指标3 5001 500500由表1 可知,2018 年12 月30 日开始随着排水量的加大,水中总溶固、硬度及氯离子开始有明显下降趋势。1.1.2 悬浮物指标高悬浮物主要指的是水中未溶解的固体颗粒,它们的存在直接影响水系统的效率和稳定性。悬浮物在水中的高含量会导致管道和设备的堵塞问题。这些固体颗粒可以积聚在管道和设备的内壁上,从而降低水流的效率,增加了维护和清洁的成本。严重的堵塞甚至可能导致系统停机,影响整个煤气化过程的连续性和稳定性。在热交换过程中,悬浮物导致磨损和腐蚀,影响设备的寿命和效率。悬浮物在热交换器的表面形成包裹层,从而降低其热交换效率。在煤气化水系统中,通常需要对水进行处理以满足特定的质量标准。悬浮物的存在会干扰这些处理过程,降低处理效率,导致水处理化学药剂的过量使用。水处理过程中未能有效去除的悬浮物会随废水排放,影响周围的水体和生态环境。2 水系统换热器运行时间短、易堵塞的问题在煤气化水系统中,换热器的运行效率是保证整个系统稳定运行的关键因素2。换热器经常面临着运811第 1 期2024 年 2 月现代盐化工Modern Salt and Chemical IndustryNo.1Feb.,2024行时间短和易堵塞的问题,这些挑战主要源于水质问题和换热器设计特性。水中的悬浮物、高总溶固(TDS)水平和硬度是导致换热器堵塞的主要原因。悬浮物如泥沙和其他微粒可以在换热器的内部积聚,水流通道变细,导致效率下降。高 TDS 和硬度会导致水中矿物质和盐类在换热器表面沉积,形成结垢,降低了热交换效率,而且还会引起物理堵塞。换热器的设计不足以应对高悬浮物负荷或者水中化学物质的沉积。如果换热器的维护不当,如清洗周期不足或方法不当,也会加剧堵塞和效率降低的问题。换热器在煤气化过程中经常面临高温和高压的工作环境,这些条件会加速设备的磨损和腐蚀,从而缩短其运行时间。特别是当水质中含有腐蚀性化学物质(如高浓度的氯离子)时,腐蚀问题会进一步加剧。换热器的操作参数,如流速和温度,如果没有得到适当的控制,也会影响其运行效率和使用寿命。不适当的流速导致悬浮物和其他沉积物的积淀,而不适宜的温度则会加速化学反应和结垢。3 煤气水系统洗涤量过大且分配不合理的问题洗涤量过大意味着在清洗煤气过程中使用了过量的水,从而导致水资源的浪费,增加后续的水处理负担。在煤气化过程中,煤气需要通过水洗涤来去除杂质和冷却。如果洗涤水量过大,会造成能源和水资源的浪废,增加了处理这些洗涤水所需的成本。洗涤水分配不合理则指的是在煤气水系统的不同阶段,水的使用没有得到最优化配置。某些区域不需要那么多洗涤水,而其他区域水量又不足。不合理的水分配会影响煤气的清洁效率,导致杂质去除不彻底,影响最终产品的质量。水处理系统需要针对特定的容量设计,如果进入的水量超出设计范围,会导致处理效率降低,设备损坏;过量的洗涤水使用和不合理分配也会增加废水的排放量,将会增加处理废水的成本。同时这些废水可能含有杂质和有害物质,需要进行严格的处理才能排放,否则会对周围环境造成污染。4 改进措施4.1 水系统水质总溶固、硬度、悬浮物等指标改进措施针对总溶固(TDS)水平高的问题,可以通过优化水处理过程来减少溶解物质的含量。例如:采用反渗透或离子交换技术可以有效去除水中的溶解矿物质和盐类,从而降低 TDS 水平。为降低水的硬度,可以采用软化处理,如通过添加化学药剂来沉淀和去除水中的钙、镁离子,或使用离子交换树脂来吸附这些硬度离子。针对悬浮物含量高的问题,可以采用物理过滤方法,如砂滤或微滤技术,这些方法能有效去除水中的固体颗粒,减少悬浮物的含量。这些改进措施的实施有助于提高水系统的运行效率、降低维护成本并减少设备的磨损和出现故障的风险,有助于保证最终煤气产品的质量,确保整个煤气化过程的稳定和高效运行。4.2 水系统换热器运行时间短、易堵塞的改进措施改进水质管理,如通过精密过滤和化学处理降低总溶固(TDS)和硬度,减少结垢和堵塞。定期对换热器进行清洁和维护,去除积累的污垢,保持其高效运行。优化换热器设计,如选择更适合的材料和内部结构,可以提高其对污垢和结垢的抵抗力。可以调整操作参数,如水流速度和温度,以减少沉积物的形成。这些措施的综合运用,有助于提升换热器的运行效率和使用寿命,确保煤气水系统的稳定运行。4.3 煤气水系统洗涤分配改进措施实施先进的监控和控制系统,系统能够实时监测和调整洗涤水的流量,确保在煤气清洗过程中洗涤水的最优化使用。采用自适应和智能化的洗涤系统可以根据煤气中杂质的实际含量动态调整洗涤水的分配量,从而提高效率。通过改进洗涤塔的设计,如优化喷嘴布局可以更有效地利用洗涤水,减少不必要的过量使用。还可以考虑回收和再利用部分洗涤水,减少新鲜水的使用需求和废水的产生3。这些措施综合实施,旨在提高洗涤水的使用效率,减少资源浪费,同时保证煤气的清洁效果,确保煤气水系统的高效和可持续运行。5 结语在煤气化水系统的调整中,主要是在确保气化炉负荷需求和灰水水质符合标准的前提下,实现系统水量的平衡,减少水消耗,并保障硬件设备的稳定和可靠运行4。系统中的碱度和硬度会随时间逐渐延长而呈现上升趋势,因此在操作中,将它们作为气化灰水水质控制的关键指标是一种有效策略。调整策略的总体思路是:根据气化炉的负荷,稳定控制外排水量,使其维持在预定的指标范围内。这样做可以监控整个水系统的水质变化。根据灰水中碱度和硬度的变化,进一步调整外排水量以优化水质。通过选择合适的药剂和调整其添加量,可以有效控制悬浮物含量和设备的结垢问题。强化现场技术管理,采取综合措施来确保煤气化装置水系统的稳定运行是关键。这样的调整不仅可以提高系统效率,也能够降低运行成本,同时还有助于环境保护。参考文献:1 李道荣.水处理剂概论M.北京:化学工业出版社,2005.2 岳秀伟.阳离子聚丙烯酰胺的合成工艺及絮凝性能研究D.天津:天津大学,2012.3 张富国,张超,肖建华,等.气化工艺水系统管理及技改优化总结J.小氮肥,2016,44(2):14 15.4 王风云,雷武,夏明珠.阻垢剂性能评定方法中的问题与讨论J.工业水处理,2004,24(2):1 4.911