关于灰水结垢问题的探讨和预防

1、关于灰水结垢问题的探讨和预防作 者 ： 康德恩 时 间： 2017 年 3 月 23 日关于灰水结垢问题的探讨和预防摘 要本论文主要介绍我公司目前关于低压灰水结垢问题的现状，灰水的工艺流程，灰水的特点及灰水中各组分的特点，重点介绍各组分的物质存在形式，从结垢的源头去考虑问题及避免类似的事情发生，从而达到节约成本，减少工作量的目的。关键词： 水煤浆气化，灰水流程，垢片组分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目录背景介绍5第一章 黑灰水系统流程61.黑灰水流程62.黑水系统水质特点63.灰水系统水质特点84.结垢对系统的影响10第二章 黑灰水结垢预防及建议101. 黑水结垢预防及建议102. 灰水结垢预防及建议11结论12致谢13背景介绍：煤炭资源的综合利用是我国化工能源领域的一个重要的发展趋势，煤气化技术是煤高效利用的重要技术之一，其中以水煤浆加压气化技术所表现出的优势最为突出，以其技术成熟，工艺较为简单，安

4、全性高，投资较省等优点被广泛使用。但是无论技术再成熟总会有一些问题难解决，灰水结垢便是其中一个难以解决的问题，相信其他兄弟公司也在为灰水结垢问题感到束手无策。而对于此类问题需要大量的实验验证，本文则主要通过介绍各结垢物的组成元素的化学性质，通过这些性质从而为阻垢型分散剂的研究提供方向。第一章 黑灰水系统流程1.黑灰水流程多喷嘴气化系统中水的存在主要有两个区域，一是气化炉激冷室，旋风分离器和水洗塔为主的高压区域，二是气化系统的高温高压黑水进入闪蒸系统后，经过浓缩沉降之后的常温常压灰水。在气化系统内，为了区分，我们通常将没有经过闪蒸的高温高压水称为黑水，经过闪蒸之后的水称为灰水。气化炉激冷室，旋风

5、分离器和水洗塔底部的黑水经过管线送到闪蒸系统，依次经过高压闪蒸，低压闪蒸，真空闪蒸，将灰水逐级浓缩，逐级提取灰水中的酸性气体成分，在絮凝剂的作用下在沉降槽中沉淀，上层清澈的灰水溢流到灰水槽中，在阻垢型分散剂的作用下经过机泵分别输送到高闪系统，锁渣系统，除氧水系统，水处理系统，循环使用。2.黑水系统水质特点 水煤浆气化黑水具有高压、高温、高悬浮物含量的特点, 煤中含有一定量的SiO2、Fe2O3、Al2O3等,这些物质在水煤浆加压气化炉燃烧后，随煤气洗涤水进入黑水中,反应后的细组分随着工艺气被激冷水洗涤后,还会有相当多的一部分细组分被带到旋风分离器和水洗塔,进行更为彻底的洗涤净化.气相中的灰分等

6、与水相的直接接触便造就了黑水中高悬浮物的特点.而黑水系统是处在6.5MPa,240的高温高压环境中,由热力学中分子的结晶动力学可以得知,黑水中的钙镁离子在高温高压下更容易结晶.这是因为在该环境下的系统吉布斯自由能高,能促使黑水中的碳酸钙分子由不饱和态变为过饱和态,而过饱和态的碳酸钙不稳定,会向稳定的状态过渡,而这个过渡的过程就是碳酸钙分子结晶结垢的过程.所以在气化炉和水洗塔排水管线比较容易结垢,以气化炉排水管线检修打水枪时取出的垢片为例,通过检修时管道打水枪清出的垢片可以观察到,垢片坚硬,类似于石块,2017年3月20日对该垢片取样做成分分析,垢片进行硝解后的结果如下:AlBaCaFeMgMn

7、NaPSSi342394227702461006785212595477360531备注：单位PPm，其余的成分可以认为是C和O，在硝解的过程中有部分结垢物难以硝解，根据经验是由于垢片中存在的硫酸根离子决定的。 通过以上图片数据可以得知,黑水中管道结垢的成分主要以钙离子，镁离子和铁离子等金属离子为主，这些成分验证了分子的结晶动力学原理，高温高压下的钙镁离子由于吉布斯自由能的升高而快速结晶，镁铝等金属元素的混合使得垢片更加坚硬，外形类似于石块，硬度更是强于石块。而我们在生产过程中发现灰水的PH值偏高，有时候PH值能到8以上，所以为了防止碱性过大而在灰水中加入浓硫酸来降低灰水PH值，反应后的硫酸根

8、离子则大部分被带入系统，硫酸根离子的化学特性在一定程度上影响了黑水管道的结垢物成分，进一步加剧了硝解的难易程度，同时也反映出硫酸根离子的加入影响了黑水管道结垢物的硬度，加大了在系统常规检修时水枪作业的难易程度。对于硫酸根离子的化学性质的研究可以作为一项课题研究，对于结垢要从结垢物的结垢成分研究做起，通过控制结垢物的成分进而改变结垢物的结垢形式，达到方便日后操作的目的。 3.灰水系统水质特点 气化炉排水经过灰水系统的三级闪蒸之后,黑水中的酸性气体成分被闪蒸出气相去气提系统和火炬系统,黑水中的大部分水则冷凝成比较干净的高压灰水返回系统重复利用,而经过闪蒸浓缩后的渣水则排到澄清槽,在絮凝剂的作用下渣

9、水中大部分的固体悬浮物被沉到澄清槽底输送到压滤机作为细渣送出厂外,沉淀之后上层较为清澈的低压灰水便溢流到灰水槽,在阻垢型分散剂的作用下分别送往装置内循环和废水处理系统.灰水和黑水结垢情况不同,从垢片性质上观察，灰水管道内的垢片的硬度要比黑水管道的垢片要小,从视觉上观察，灰水中的垢片颜色要比黑水中的垢片白，黑水中的垢片类似于石块，而灰水中的垢片更像水泥块。这是因为灰水的水质特点决定的，黑水进入闪蒸系统后由于压力的温度的急剧降低使得黑水中的水相快速闪蒸，渣水浓缩使得渣水中的悬浮物和钙镁离子快速浓缩到系统水中，被带入到澄清槽中，黑水经过三级闪蒸后的温度在60-70左右,压力为常压,系统的吉布斯自由能

10、降低,碳酸钙等分子以不饱和的状态存在,不易结晶.而且灰水中的固悬浮物含量要远比黑水小,在澄清槽中絮凝剂的作用下,灰水中大部分的固悬浮物聚集到澄清槽底部排出系统,剩下的这些细微的固悬物颗粒由于具有一定的表面能,它不仅能诱发碳酸钙结晶的形成,还能吸附一定量的阻垢分散剂,从而影响了阻垢分散剂对灰水的阻垢分散性能.鉴于低压灰水的这些特点决定了灰水管道结垢的成分和形式,以我们装置外排水换热器E0803为例,下图表是2017年3月20日对换热器打水枪时清理出的管束垢片做出的成分分析: AlBaCaFeMgMnNaPSSi127055469848131457181113715308184974 备

11、注：单位为ppm，其余的可认为是C和O，在硝解过程中比较流畅，没有残留物，全被顺利硝解掉 通过以上的数据可以得知，灰水系统的垢片中主要以钙离子为主，其余元素的含量要远远的小于钙离子含量。在灰水中金属离子含量的大量减少是由于在黑水进入闪蒸之前处于高温高压的环境下，根据分子结晶动力学的原理有部分金属离子形成结垢而没有随黑水带到灰水系统中。剩下的那些金属成分则在灰水系统经过三级闪蒸，压力与温度的三次急剧变化，最终变为0MPA、70左右的浓缩渣水，在絮凝剂的作用下大部分的金属离子随着大量浓缩后的悬浮物被带出系统，低温下灰水中各组分的吉布斯自由能低，处于不饱和状态，所以存在结垢物中的成分相对较少。而钙离

12、子的高含量则是由于碳酸钙分子自身的性质决定的，绝大多数的金属盐类的溶解度随温度的升高而增大，而碳酸钙具有反常的溶解度，在温度升高时溶解度下降。黑水中的碳酸钙离子处于饱和状态，随着温度的降低灰水中碳酸钙含量会相对高一些，所以表现在结垢物的成分上是钙离子含量远高于其他金属离子的含量。4.结垢对系统的影响 对于生产工艺而言，水质管道结垢对于生产的影响是比较大的。首先管道的结垢使得管径变小，进而使压差增大，增大的机泵的负担和控制参数的不稳定性。其次，管道中的垢片脱落对设备的损伤特别大，例如撞击叶轮，使得叶轮正常寿命减短，在容器内垢片的聚集会堵塞管道，使得各参数不受控，流量，压力等瞬间达到联锁值。最后，

13、管道的结垢还会增加系统常规检修的负担，增加了高压水枪作业的困难。第二章 黑水结垢的预防及建议1.灰水结垢的预防及建议 黑水所处的高温高压环境决定了黑水结垢预防措施的难易程度，在保证工艺生产稳定的前提下目前只能从工艺系统的源头做起。做法如下：1、 控制原料煤的选择，选用灰分含量较低的煤种，大块煤的处理是我们公司目前所面临的一个难题。大块煤中的灰分相对较高，带入到系统不仅会对生产产生影响，引起各参数的变化，还会加剧管道的结垢程度。对于原料煤的控制及选择目前我们一直都在研究，比如说改变堆煤方式，掺烧方式，目前都取得了比较好的成果，在此基础上精益求精，相信在以后会取得更大的进展。2、 加强对设备的防腐

14、蚀管理及控制措施，通过黑水结垢物的成分不难看出铁离子的含量要比其他成分离子的含量都要高，这些大部分来自于原料煤中，其余的铁离子成分则是来自我们的设备腐蚀及磨损，例如破碎机环锤的磨损，皮带除铁器的失灵，煤浆槽内壁的腐蚀，磨煤机钢棒的磨损等，通过对设备加以定期维护保养，对设备易磨损部件进行合理改进都会在一定程度上降低铁离子的含量。2.灰水结垢的预防及建议目前我们公司灰水结垢严重的部位主要存在于高闪塔盘和外排水换热器，管道结垢相对较少，以外排水换热器结垢为例，减少结垢的做法及建议如下：1、 控制灰水系统的PH。PH低则显酸性，容易腐蚀管道，PH高则显碱性，容易使管道结垢。目前气化炉系统的高压黑水为弱

15、碱性，变换系统的变换冷凝液由于氨根离子的存在同样也为碱性，两股碱性水被带到系统使系统容易结垢。如何控制这两股碱性水的PH值则决定了灰水结垢的难易程度。2、 控制系统的悬浮物含量。悬浮物的存在不仅会加剧碳酸钙离子的结晶，还会吸附部分分散剂中的羧酸根和磷酸根离子，从而影响分散剂的分散效果。影响灰水中固悬浮物含量的一个重要因素便是沉淀池中的渣水，沉淀池中接收各工段的废水和渣水，絮凝剂对这股水的絮凝作用还有待研究，落实到实际行动上就是控制沉淀池中积渣，定期清理，在一定程度上减少悬浮物的含量。3、 对外排水换热器的分散剂的加入量做合理调整。在灰水系统PH稳定的情况下，可以尝试通过微量减少分散剂去机泵和溢流堰的流量而增加去换热器的流量，做一个研究性报告，来证明是否延长了换热器结垢的速度。 结论煤气化行业水质结垢是不可避免的，而我们能做的便是从某种程度上降低结垢的速度。煤中结垢复杂，各组分存在的形态也不尽相同，今后的研究方向应该放在结垢的原理和源头上。比如分散剂的成分是否和系统介质中的某种成分发生反应？硫酸根的存在是否提高了黑水结垢物的硬度，有没有可以替代的酸？研究各组分的理化性质，找寻