關(guān)于灰水結(jié)垢問(wèn)題的探討和預(yù)防

1、關(guān)于灰水結(jié)垢問(wèn)題的探討和預(yù)防作 者 ： 康德恩 時(shí) 間： 2017 年 3 月 23 日關(guān)于灰水結(jié)垢問(wèn)題的探討和預(yù)防摘 要本論文主要介紹我公司目前關(guān)于低壓灰水結(jié)垢問(wèn)題的現(xiàn)狀，灰水的工藝流程，灰水的特點(diǎn)及灰水中各組分的特點(diǎn)，重點(diǎn)介紹各組分的物質(zhì)存在形式，從結(jié)垢的源頭去考慮問(wèn)題及避免類(lèi)似的事情發(fā)生，從而達(dá)到節(jié)約成本，減少工作量的目的。關(guān)鍵詞： 水煤漿氣化，灰水流程，垢片組分Discussion and prevention of ash foulingAbstractThis paper mainly introduces the current situation of our company

2、about the problem of dirt low ash water and process water ash, ash and water features characteristic of each gray water points, focuses on the existing form of component material, from the source to consider scaling problems and avoid such things happen, in order to save the cost of the purpose of r

3、educing the workload.Key words: coal water slurry gasification, ash water flow, scale component目錄背景介紹5第一章 黑灰水系統(tǒng)流程61.黑灰水流程62.黑水系統(tǒng)水質(zhì)特點(diǎn)63.灰水系統(tǒng)水質(zhì)特點(diǎn)84.結(jié)垢對(duì)系統(tǒng)的影響10第二章 黑灰水結(jié)垢預(yù)防及建議101. 黑水結(jié)垢預(yù)防及建議102. 灰水結(jié)垢預(yù)防及建議11結(jié)論12致謝13背景介紹：煤炭資源的綜合利用是我國(guó)化工能源領(lǐng)域的一個(gè)重要的發(fā)展趨勢(shì)，煤氣化技術(shù)是煤高效利用的重要技術(shù)之一，其中以水煤漿加壓氣化技術(shù)所表現(xiàn)出的優(yōu)勢(shì)最為突出，以其技術(shù)成熟，工藝較為簡(jiǎn)單，安

4、全性高，投資較省等優(yōu)點(diǎn)被廣泛使用。但是無(wú)論技術(shù)再成熟總會(huì)有一些問(wèn)題難解決，灰水結(jié)垢便是其中一個(gè)難以解決的問(wèn)題，相信其他兄弟公司也在為灰水結(jié)垢問(wèn)題感到束手無(wú)策。而對(duì)于此類(lèi)問(wèn)題需要大量的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，本文則主要通過(guò)介紹各結(jié)垢物的組成元素的化學(xué)性質(zhì)，通過(guò)這些性質(zhì)從而為阻垢型分散劑的研究提供方向。第一章 黑灰水系統(tǒng)流程1.黑灰水流程多噴嘴氣化系統(tǒng)中水的存在主要有兩個(gè)區(qū)域，一是氣化爐激冷室，旋風(fēng)分離器和水洗塔為主的高壓區(qū)域，二是氣化系統(tǒng)的高溫高壓黑水進(jìn)入閃蒸系統(tǒng)后，經(jīng)過(guò)濃縮沉降之后的常溫常壓灰水。在氣化系統(tǒng)內(nèi)，為了區(qū)分，我們通常將沒(méi)有經(jīng)過(guò)閃蒸的高溫高壓水稱為黑水，經(jīng)過(guò)閃蒸之后的水稱為灰水。氣化爐激冷室，旋風(fēng)

5、分離器和水洗塔底部的黑水經(jīng)過(guò)管線送到閃蒸系統(tǒng)，依次經(jīng)過(guò)高壓閃蒸，低壓閃蒸，真空閃蒸，將灰水逐級(jí)濃縮，逐級(jí)提取灰水中的酸性氣體成分，在絮凝劑的作用下在沉降槽中沉淀，上層清澈的灰水溢流到灰水槽中，在阻垢型分散劑的作用下經(jīng)過(guò)機(jī)泵分別輸送到高閃系統(tǒng)，鎖渣系統(tǒng)，除氧水系統(tǒng)，水處理系統(tǒng)，循環(huán)使用。2.黑水系統(tǒng)水質(zhì)特點(diǎn) 水煤漿氣化黑水具有高壓、高溫、高懸浮物含量的特點(diǎn), 煤中含有一定量的SiO2、Fe2O3、Al2O3等,這些物質(zhì)在水煤漿加壓氣化爐燃燒后，隨煤氣洗滌水進(jìn)入黑水中,反應(yīng)后的細(xì)組分隨著工藝氣被激冷水洗滌后,還會(huì)有相當(dāng)多的一部分細(xì)組分被帶到旋風(fēng)分離器和水洗塔,進(jìn)行更為徹底的洗滌凈化.氣相中的灰分等

6、與水相的直接接觸便造就了黑水中高懸浮物的特點(diǎn).而黑水系統(tǒng)是處在6.5MPa,240的高溫高壓環(huán)境中,由熱力學(xué)中分子的結(jié)晶動(dòng)力學(xué)可以得知,黑水中的鈣鎂離子在高溫高壓下更容易結(jié)晶.這是因?yàn)樵谠摥h(huán)境下的系統(tǒng)吉布斯自由能高,能促使黑水中的碳酸鈣分子由不飽和態(tài)變?yōu)檫^(guò)飽和態(tài),而過(guò)飽和態(tài)的碳酸鈣不穩(wěn)定,會(huì)向穩(wěn)定的狀態(tài)過(guò)渡,而這個(gè)過(guò)渡的過(guò)程就是碳酸鈣分子結(jié)晶結(jié)垢的過(guò)程.所以在氣化爐和水洗塔排水管線比較容易結(jié)垢,以氣化爐排水管線檢修打水槍時(shí)取出的垢片為例,通過(guò)檢修時(shí)管道打水槍清出的垢片可以觀察到,垢片堅(jiān)硬,類(lèi)似于石塊,2017年3月20日對(duì)該垢片取樣做成分分析,垢片進(jìn)行硝解后的結(jié)果如下:AlBaCaFeMgMn

7、NaPSSi342394227702461006785212595477360531備注：?jiǎn)挝籔Pm，其余的成分可以認(rèn)為是C和O，在硝解的過(guò)程中有部分結(jié)垢物難以硝解，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)是由于垢片中存在的硫酸根離子決定的。 通過(guò)以上圖片數(shù)據(jù)可以得知,黑水中管道結(jié)垢的成分主要以鈣離子，鎂離子和鐵離子等金屬離子為主，這些成分驗(yàn)證了分子的結(jié)晶動(dòng)力學(xué)原理，高溫高壓下的鈣鎂離子由于吉布斯自由能的升高而快速結(jié)晶，鎂鋁等金屬元素的混合使得垢片更加堅(jiān)硬，外形類(lèi)似于石塊，硬度更是強(qiáng)于石塊。而我們?cè)谏a(chǎn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)灰水的PH值偏高，有時(shí)候PH值能到8以上，所以為了防止堿性過(guò)大而在灰水中加入濃硫酸來(lái)降低灰水PH值，反應(yīng)后的硫酸根

8、離子則大部分被帶入系統(tǒng)，硫酸根離子的化學(xué)特性在一定程度上影響了黑水管道的結(jié)垢物成分，進(jìn)一步加劇了硝解的難易程度，同時(shí)也反映出硫酸根離子的加入影響了黑水管道結(jié)垢物的硬度，加大了在系統(tǒng)常規(guī)檢修時(shí)水槍作業(yè)的難易程度。對(duì)于硫酸根離子的化學(xué)性質(zhì)的研究可以作為一項(xiàng)課題研究，對(duì)于結(jié)垢要從結(jié)垢物的結(jié)垢成分研究做起，通過(guò)控制結(jié)垢物的成分進(jìn)而改變結(jié)垢物的結(jié)垢形式，達(dá)到方便日后操作的目的。 3.灰水系統(tǒng)水質(zhì)特點(diǎn) 氣化爐排水經(jīng)過(guò)灰水系統(tǒng)的三級(jí)閃蒸之后,黑水中的酸性氣體成分被閃蒸出氣相去氣提系統(tǒng)和火炬系統(tǒng),黑水中的大部分水則冷凝成比較干凈的高壓灰水返回系統(tǒng)重復(fù)利用,而經(jīng)過(guò)閃蒸濃縮后的渣水則排到澄清槽,在絮凝劑的作用下渣

9、水中大部分的固體懸浮物被沉到澄清槽底輸送到壓濾機(jī)作為細(xì)渣送出廠外,沉淀之后上層較為清澈的低壓灰水便溢流到灰水槽,在阻垢型分散劑的作用下分別送往裝置內(nèi)循環(huán)和廢水處理系統(tǒng).灰水和黑水結(jié)垢情況不同,從垢片性質(zhì)上觀察，灰水管道內(nèi)的垢片的硬度要比黑水管道的垢片要小,從視覺(jué)上觀察，灰水中的垢片顏色要比黑水中的垢片白，黑水中的垢片類(lèi)似于石塊，而灰水中的垢片更像水泥塊。這是因?yàn)榛宜乃|(zhì)特點(diǎn)決定的，黑水進(jìn)入閃蒸系統(tǒng)后由于壓力的溫度的急劇降低使得黑水中的水相快速閃蒸，渣水濃縮使得渣水中的懸浮物和鈣鎂離子快速濃縮到系統(tǒng)水中，被帶入到澄清槽中，黑水經(jīng)過(guò)三級(jí)閃蒸后的溫度在60-70左右,壓力為常壓,系統(tǒng)的吉布斯自由能

10、降低,碳酸鈣等分子以不飽和的狀態(tài)存在,不易結(jié)晶.而且灰水中的固懸浮物含量要遠(yuǎn)比黑水小,在澄清槽中絮凝劑的作用下,灰水中大部分的固懸浮物聚集到澄清槽底部排出系統(tǒng),剩下的這些細(xì)微的固懸物顆粒由于具有一定的表面能,它不僅能誘發(fā)碳酸鈣結(jié)晶的形成,還能吸附一定量的阻垢分散劑,從而影響了阻垢分散劑對(duì)灰水的阻垢分散性能.鑒于低壓灰水的這些特點(diǎn)決定了灰水管道結(jié)垢的成分和形式,以我們裝置外排水換熱器E0803為例,下圖表是2017年3月20日對(duì)換熱器打水槍時(shí)清理出的管束垢片做出的成分分析: AlBaCaFeMgMnNaPSSi127055469848131457181113715308184974 備

11、注：?jiǎn)挝粸閜pm，其余的可認(rèn)為是C和O，在硝解過(guò)程中比較流暢，沒(méi)有殘留物，全被順利硝解掉 通過(guò)以上的數(shù)據(jù)可以得知，灰水系統(tǒng)的垢片中主要以鈣離子為主，其余元素的含量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)的小于鈣離子含量。在灰水中金屬離子含量的大量減少是由于在黑水進(jìn)入閃蒸之前處于高溫高壓的環(huán)境下，根據(jù)分子結(jié)晶動(dòng)力學(xué)的原理有部分金屬離子形成結(jié)垢而沒(méi)有隨黑水帶到灰水系統(tǒng)中。剩下的那些金屬成分則在灰水系統(tǒng)經(jīng)過(guò)三級(jí)閃蒸，壓力與溫度的三次急劇變化，最終變?yōu)?MPA、70左右的濃縮渣水，在絮凝劑的作用下大部分的金屬離子隨著大量濃縮后的懸浮物被帶出系統(tǒng)，低溫下灰水中各組分的吉布斯自由能低，處于不飽和狀態(tài)，所以存在結(jié)垢物中的成分相對(duì)較少。而鈣離

12、子的高含量則是由于碳酸鈣分子自身的性質(zhì)決定的，絕大多數(shù)的金屬鹽類(lèi)的溶解度隨溫度的升高而增大，而碳酸鈣具有反常的溶解度，在溫度升高時(shí)溶解度下降。黑水中的碳酸鈣離子處于飽和狀態(tài)，隨著溫度的降低灰水中碳酸鈣含量會(huì)相對(duì)高一些，所以表現(xiàn)在結(jié)垢物的成分上是鈣離子含量遠(yuǎn)高于其他金屬離子的含量。4.結(jié)垢對(duì)系統(tǒng)的影響 對(duì)于生產(chǎn)工藝而言，水質(zhì)管道結(jié)垢對(duì)于生產(chǎn)的影響是比較大的。首先管道的結(jié)垢使得管徑變小，進(jìn)而使壓差增大，增大的機(jī)泵的負(fù)擔(dān)和控制參數(shù)的不穩(wěn)定性。其次，管道中的垢片脫落對(duì)設(shè)備的損傷特別大，例如撞擊葉輪，使得葉輪正常壽命減短，在容器內(nèi)垢片的聚集會(huì)堵塞管道，使得各參數(shù)不受控，流量，壓力等瞬間達(dá)到聯(lián)鎖值。最后，

13、管道的結(jié)垢還會(huì)增加系統(tǒng)常規(guī)檢修的負(fù)擔(dān)，增加了高壓水槍作業(yè)的困難。第二章 黑水結(jié)垢的預(yù)防及建議1.灰水結(jié)垢的預(yù)防及建議 黑水所處的高溫高壓環(huán)境決定了黑水結(jié)垢預(yù)防措施的難易程度，在保證工藝生產(chǎn)穩(wěn)定的前提下目前只能從工藝系統(tǒng)的源頭做起。做法如下：1、 控制原料煤的選擇，選用灰分含量較低的煤種，大塊煤的處理是我們公司目前所面臨的一個(gè)難題。大塊煤中的灰分相對(duì)較高，帶入到系統(tǒng)不僅會(huì)對(duì)生產(chǎn)產(chǎn)生影響，引起各參數(shù)的變化，還會(huì)加劇管道的結(jié)垢程度。對(duì)于原料煤的控制及選擇目前我們一直都在研究，比如說(shuō)改變堆煤方式，摻燒方式，目前都取得了比較好的成果，在此基礎(chǔ)上精益求精，相信在以后會(huì)取得更大的進(jìn)展。2、 加強(qiáng)對(duì)設(shè)備的防腐

14、蝕管理及控制措施，通過(guò)黑水結(jié)垢物的成分不難看出鐵離子的含量要比其他成分離子的含量都要高，這些大部分來(lái)自于原料煤中，其余的鐵離子成分則是來(lái)自我們的設(shè)備腐蝕及磨損，例如破碎機(jī)環(huán)錘的磨損，皮帶除鐵器的失靈，煤漿槽內(nèi)壁的腐蝕，磨煤機(jī)鋼棒的磨損等，通過(guò)對(duì)設(shè)備加以定期維護(hù)保養(yǎng)，對(duì)設(shè)備易磨損部件進(jìn)行合理改進(jìn)都會(huì)在一定程度上降低鐵離子的含量。2.灰水結(jié)垢的預(yù)防及建議目前我們公司灰水結(jié)垢嚴(yán)重的部位主要存在于高閃塔盤(pán)和外排水換熱器，管道結(jié)垢相對(duì)較少，以外排水換熱器結(jié)垢為例，減少結(jié)垢的做法及建議如下：1、 控制灰水系統(tǒng)的PH。PH低則顯酸性，容易腐蝕管道，PH高則顯堿性，容易使管道結(jié)垢。目前氣化爐系統(tǒng)的高壓黑水為弱

15、堿性，變換系統(tǒng)的變換冷凝液由于氨根離子的存在同樣也為堿性，兩股堿性水被帶到系統(tǒng)使系統(tǒng)容易結(jié)垢。如何控制這兩股堿性水的PH值則決定了灰水結(jié)垢的難易程度。2、 控制系統(tǒng)的懸浮物含量。懸浮物的存在不僅會(huì)加劇碳酸鈣離子的結(jié)晶，還會(huì)吸附部分分散劑中的羧酸根和磷酸根離子，從而影響分散劑的分散效果。影響灰水中固懸浮物含量的一個(gè)重要因素便是沉淀池中的渣水，沉淀池中接收各工段的廢水和渣水，絮凝劑對(duì)這股水的絮凝作用還有待研究，落實(shí)到實(shí)際行動(dòng)上就是控制沉淀池中積渣，定期清理，在一定程度上減少懸浮物的含量。3、 對(duì)外排水換熱器的分散劑的加入量做合理調(diào)整。在灰水系統(tǒng)PH穩(wěn)定的情況下，可以嘗試通過(guò)微量減少分散劑去機(jī)泵和溢流堰的流量而增加去換熱器的流量，做一個(gè)研究性報(bào)告，來(lái)證明是否延長(zhǎng)了換熱器結(jié)垢的速度。 結(jié)論煤氣化行業(yè)水質(zhì)結(jié)垢是不可避免的，而我們能做的便是從某種程度上降低結(jié)垢的速度。煤中結(jié)垢復(fù)雜，各組分存在的形態(tài)也不盡相同，今后的研究方向應(yīng)該放在結(jié)垢的原理和源頭上。比如分散劑的成分是否和系統(tǒng)介質(zhì)中的某種成分發(fā)生反應(yīng)？硫酸根的存在是否提高了黑水結(jié)垢物的硬度，有沒(méi)有可以替代的酸？研究各組分的理化性質(zhì)，找尋