磁翻板液位計激冷流程黑灰水處理常見問題及處理措施

煤氣化技術作為一種高效的煤綜合利用手段之一，是近些年我國化工能源領域的重要發展方向。在眾多的煤氣化技術中，以激冷流程為代表的磁翻板液位計得到了廣泛應用，如德士古氣化爐、GSP 氣化爐、航天爐、清華爐等［1-2］ 。激冷流程為代表的磁翻板液位計經過多年的運行，在煤種選擇、煤漿制備、燒嘴設計和氣化工藝優化等方面已累積豐富的經驗，隨著環保要求的日益嚴格，黑灰水處理(渣水處理)越來越成為制約磁翻板液位計長周期行的一個重要因素。筆者歸納總結了激冷流程磁翻板液位計黑灰水處理常見的一些問題，分析其原因并提出解決措施。

1 黑灰水處理流程

不同磁翻板液位計的激冷流程有所不同，但主要包括黑水處理和灰水循環兩部分。所謂黑水是從氣化爐、水洗塔、渣池排出的水，灰水是黑水經多級閃蒸、絮凝、澄清后形成的水，大部分灰水再經低壓灰水泵送氣化單元循環使用。磁翻板液位計的黑灰水特點是高溫、高壓、高硬度、高堿度和高懸浮物質量濃度，故系統面臨著沖刷性腐蝕和沉積結垢兩大問題［3-4］ 。

2 運行中出現的問題及解決措施

2． 1 閃蒸系統各角閥磨損嚴重

氣化爐、高壓閃蒸罐和蒸發熱水塔等管路中的黑水壓力調節閥后緩沖罐底部沖擊盲板磨損嚴重。分析其原因主要有:(1) 黑水經過減壓后，壓力發生變化，流速急劇提高，在黑水中灰渣顆粒的摩擦沖擊下，調節閥及閥后段磨損嚴重，易發生泄漏;(2) 黑水的壓力突然降低，溫度遠高于操作壓力下的飽和蒸汽壓力的溫度，屬于過飽和液進料，瞬間蒸發，黑水處于劇烈的沸騰狀態，在金屬表面反復出現氣泡形成及潰滅過程，氣泡在潰滅時產生的沖擊波對緩沖罐沖擊盲板表面產生強烈的錘擊作用，使盲板表面的碳化鎢涂層剝落，桶壁表面被沖擊成蜂窩狀的空隙，致使角閥底部侵蝕嚴重。對于管道、閥門的腐蝕和磨損，主要有以下幾個對策:(1) 優化設備、管線結構，如加大調節閥后管道的管徑來降低閥后黑水的流速，減少黑水對管道的沖蝕;(2) 選擇耐磨損管件，如在減壓閥后管道內襯耐磨陶瓷，經過 3 個月的生產實踐證明，沒有發生腐蝕、穿孔問題;(3) 改變角閥下部管道耐磨板的材質，選用耐高溫、耐磨性較好的材料，保證黑水足夠的緩沖效果而不易出現泄漏情況(見圖 1)。

2． 2 黑水管線堵塞、角閥閥卡

氣化爐、水洗塔和蒸發熱水塔黑水管線所形成的垢片一般是包裹部分堅硬的灰渣而形成的，垢片成分中含有鐵離子和鈣離子，且黑水管線壓力較高，垢片形成過程中密度較大，所以質地非常堅硬。

由于管路布置的問題，旋風分離器、水洗塔底部黑水閃蒸管道從低處到高處的管道彎頭設置過多，個別地方形成死角。在開、停車時，設備和管道內附著的垢片因溫度、壓力的變化大量脫落，隨著黑水排放流量增大，這些垢片被夾帶到死角處并沉積下來，從而造成堵塞。因為黑水排放存在較高的壓差，這些脫落的垢片隨著水流動到角閥前聚集會造成黑水排放不暢，有時會發生閥卡和角閥關不到位的現象。嚴重時，角閥堵塞，黑水無法排放。

對于黑水管線堵塞、角閥閥卡可以采取以下措施:(1) 保持系統工況的穩定，減少系統溫度和壓力等變化過大;(2) 合理布置黑水管路，盡量減少拐彎及死角，減少管道堵塞的概率;(3) 在容易出現堵塞的管道處增加沖洗水接頭，以方便檢修和管道沖洗;(4) 對于備用減壓閥閥組要經常切換，防止因垢片沉積而堵塞閥門及管道。

2． 3 托磚板溫度突然上升

有些磁翻板液位計會出現托磚板溫度突然上升甚至超溫的現象，渣口壓差也隨之上升，停爐檢修后發現氣化爐上升管和下降管之間環隙堵塞。一般出現托磚板溫度上升的原因為:(1) 煤種變化頻繁，灰分高，灰熔點高;(2) 氣化爐操作溫度低且不穩定; (3) 燒嘴壓差波動導致燃燒不充分。為了防止出現托磚板溫度突然上升，通常要做好以下 2 點:(1) 保證煤種穩定，做好煤質數據分析，為氣化操作提供依據;(2) 優化渣水系統水質，加大激冷水量。

2． 4 廢水換熱器結垢

現在很多磁翻板液位計的灰水廢水換熱器的堵塞問題較為嚴重，換熱器列管和封頭內均有大量灰渣，有時候使用周期僅 1 個月甚至更短時間就需要投用旁路，對后續污水處理系統生化細菌的活性產生嚴重危害。一般換熱器內堵塞的灰渣質地疏松，基本上為灰渣沉積和碳酸鈣垢的混合垢樣。經分析通常灰水廢水換熱器結垢嚴重的系統水質有如下特點:(1) 黑水絮凝效果不理想，灰水懸浮物質量濃度偏高;(2) 灰水水質較差，特別是總堿度高，屬于負硬度水質;(3) 換熱器管程封頭等處水流流速慢。

針對上述原因，可采取以下處理措施:(1) 優化黑水絮凝，篩選更適合系統使用的絮凝劑種類，必要時可配合助凝劑一起使用，保證灰水懸浮物質量濃度不超標;(2) 控制灰水 pH 呈弱堿性，pH 低則顯酸性，容易腐蝕管道，pH 高則顯堿性，容易使管道結垢。(3) 提高換熱器等處水流流速，增加沖洗水管線等方式，避免灰分沉積;(4) 在廢水換熱器處增加加藥點，更好地控制換熱器管程和廢水管線的結垢。

2． 5 水洗塔、蒸發熱水塔等設備塔盤或錐底結垢堵塞

因不同氣化爐工藝略有差異，相關設備的結構有所不同，但存在的現象卻是共性的。如高溫熱水貯罐液位下降和蒸發熱水塔超壓現象，設備塔底堵塞使塔內積聚下來的細灰無法排出，相關設備出現不同程度的帶水現象，甚至有些設備填料或塔盤局部被吹翻，給系統穩定運行帶來了嚴重危害。出現這些問題的原因除了水質等因素之外，還與原設計上存在一定問題以及變換冷凝液的高堿度有關。變換冷凝液一般含有大量氨性成分，pH 低、堿度高，在除氧槽或蒸發熱水塔中與高硬度、高堿度的灰水混合，局部產生 CaCO 3 等沉積形成垢片。為了解決這些設備中的垢片沉積，除了常規的改善灰水水質、優化阻垢分散劑效果之外，還需平時監測變換冷凝液的水質分析數據，特別是 pH 和堿度，避免含有大量氨的高堿度變換冷凝液直接進入設備。

3 結語

黑灰水(渣水)系統承擔著合成氣洗滌、熱量回收和灰水回收利用的重要作用，隨著系統長周期運行紀錄的不斷突破，運行過程中暴露出不少問題。通過對問題的匯總分析，對黑灰水(渣水)系統運行過程中出現的問題及早發現并采取正確有效的處理措施，保障渣水系統的良好運行，進而確保整個系統的安、穩、長、滿、優運行。