德士古气化炉水系统结垢问题以及对策(李奇峰)

1、 气化三班气化三班 李奇峰李奇峰 气化炉激冷室底部的激冷水和洗涤塔塔底的合成气洗涤水通过黑水管线进入闪蒸系统，逐级通过高压闪蒸罐、低压闪蒸罐、真空闪蒸罐。高温黑水通过闪蒸降温后，浓缩黑水中的灰渣，闪蒸后的黑水被送到沉降槽,闪蒸汽凝液送入除氧器和灰水槽。灰渣在沉降槽中絮凝沉降，澄清的灰水通过沉降槽的溢流口进入灰水槽。灰水槽的灰水通过灰水泵，一路送往脱氧槽，与新鲜水、变换冷凝液混合，然后由高压灰水泵送往洗涤塔去洗涤合成气，后经激冷水泵送入激冷环；一路送往锁斗冲洗水储槽作为锁斗冲洗水；一路去固体循环槽做棒磨机的研磨水。水系统周而复始，循环使用。黑水：字面理解看起来为黑色的水，是从气化炉、洗涤塔底部排

2、出，固含量较高的水。灰水：字面理解看起来为灰色的水，是经闪蒸和沉降处理除去渣的水。一般以闪蒸为分界线，闪蒸系统内为黑水，闪蒸之后为灰水。 现象：一、在气化B系列运行期间，从气化炉激冷室至高闪管路流量降低，即使开大角阀开度，流量依旧较低，说明管路有堵塞现象。 二、在检修期间，发现气化炉（洗涤塔）黑水角阀、文丘里洗涤器、高压闪蒸罐、高闪蒸汽冷凝器等部位结垢和片垢较多。由此引发的问题：一、黑水管路为什么会堵？二、结垢的原理是什么？三、结垢的影响因素有哪些？四、结垢还会出现在哪些地方？五、如何应对水系统结垢的问题？黑水管线堵塞的两大原因：一、黑水析出CaCO3和MgCO3，结垢后脱落堵塞管线。 黑水系

3、统中的灰垢会在运行过程中慢慢累积在管壁上，一般冲洗不下来。在气化炉投料后黑水排放过程中，管道温度升高，但垢片和管道膨胀系数不一，造成垢片脱落。脱落的垢片在管道弯头、阀门处聚集，最终造成黑水管道堵塞。二、黑水中悬浮的灰渣和残碳发生局部沉降引起堵塞。 水煤浆燃烧过后的灰渣和未反应的残碳细微颗粒会在黑水系统中形成悬浮物。当操作系统发生变化或黑水流量减少时，悬浮物会加速沉积并造成管道、角阀或激冷环的堵塞。 黑水中一些离子结合后会形成在水中不溶、难溶和微溶的物质，这些物质都很容易积累成为水垢， 即盐类垢，通常为碳酸钙和碳酸镁。这种垢的形成一般会经历成核长大的过程，先是少量垢核心在管道表面成形、附着，然后

4、更多的其它成垢化合物在这些核心周围聚集，成为更大的垢团。随着水流的冲刷，一部分垢被冲掉，但其它的垢继续生成，最终可能阻塞管道。当温度高于60时，会出现明显的结垢趋势，温度越高，结垢的趋势越严重。 水的流速也会明显地影响结垢的趋势。水的流动越缓和，成垢核心生长的环境越稳定，随着管道输送介质流速的降低，水垢出现的概率逐渐提高，流速和流向的突然改变也会使结垢加剧。结垢严重的管路结垢严重的管路 水煤浆是德士古气化炉的原料，但也是水系统结垢的根源。原料中的大量钙镁元素和新鲜水加入的少量钙镁元素，以Ca2+和Mg2+形式存在黑水中。煤气中的CO2会溶于黑水形成CO32- 和HCO3-，在较高温度下会生成M

5、gCO3和CaCO3 的沉淀并积累成垢。此外，黑水系统还会在酸性环境下发生少量硅酸盐结垢（以硅酸钙和硅酸镁为主）。水结垢涉及的反应方程：CO2+H2O=H+HCO3 2HCO3 =CO32+CO2+H2O Ca(HCO3) 2=CaCO3+CO2+H2O Mg(HCO3) 2=MgCO3+CO2+H2OCa2+ + SiO32=CaSiO3(酸性 ) Mg2+SiO32=MgSiO3(酸性 ) 一、温度对结垢的影响 温度对结垢的影响主要是改变易结垢盐类的溶解度。大多数垢盐随温度的升高而降低。二、水中硬度的影响。硬度越高，钙镁离子含量就越高，其结垢效果就越明显。三、流速对结垢的影响。污垢增长率随

6、着流体速度增大而减小。虽然流速增大可以增加污垢沉积率,但流速增大所引起的剥蚀率的增大更为显著，因而造成总的增长率减小。流速降低时，介质中携带的盐垢和灰分、残碳沉积概率增大，管道结垢的概率也明显加大，特别是在结构突变的部位（如弯管、角阀处）。四、 pH值对结垢的影响。提高溶液的pH值，碳酸盐将迅速结晶， 污垢形成的诱导期缩短，促进污垢的生长。降低pH值有助于减缓碳酸盐结垢，但pH值太低，会加大系统酸性腐蚀 。而过高的pH值会加重水系统碱性结垢。介质pH值的确定，需要同时考虑这两方面的问题来选择合适值，一般范围为6.58.0（理论值）。 水系统的正常运行直接关系着煤气化系统的运行状况。当煤气化系统

7、出现问题，会影响水系统的正常运行。反之，水系统结垢也会严重影响煤气化系统的正常运行。水系统结垢部位主要有气化炉激冷环、气化炉（洗涤塔）黑水管线、文丘里洗涤器、洗涤塔塔盘、高压闪蒸罐、高闪蒸汽冷凝器等。 气化装置不同部位结垢的分析 一、气化炉激冷环结垢。洗涤塔底部灰水进入激冷水管线，经激冷水泵送往激冷水过滤器，大粒径的灰渣被激冷水过滤器截留，粒径小于过滤器过滤网孔径的细渣、细灰进入激冷环，通过激冷环环管上的出水孔把冷却水均匀地分布到下降管的内壁上，之后激冷水沿下降管内壁进入激冷室。 激冷环垢样的主要成分为Al2O3、SiO2、Fe2O3等。这是由于粒径小于过滤网孔径的细渣、细灰进入激冷环，在高温

8、高压下细灰、细渣在激冷环和激冷水管线沉积而形成结垢。 二、文丘里洗涤器结垢。文丘里洗涤器是对合成气进行洗涤的设备，有收缩管、喉管和扩大管3部分。含灰尘的气体进入收缩管，流速沿管逐渐增大； 来自洗涤塔的灰水由喉管处喷入，被高速气流撞击而雾化，气体中的尘粒与液滴接触而被润湿；气体进入扩大管后，流速逐渐减小，尘粒互相粘合，使颗粒增大而易除去。 文丘里洗涤器处垢样的主要成分是Al2O3、SiO2、Fe2O3 、CaO等。 Al2O3、SiO2、 Fe2O3 等主要为被合成气带出气化炉的灰渣沉积而成。喷入喉管处的液体为从洗涤塔底部经过文丘里泵加压送入的灰水，高硬度的灰水与合成气接触， 反应生成钙镁垢。如

9、果出气化炉的合成气含 水量增加 ，即合成气带水严重时，由水带来的Ca2+、Mg2+及可溶性SiO2就会增加，此处CaCO3或MgSiO3结垢沉积的程度就会加大。三、洗涤塔塔盘结垢。 洗涤塔洗涤水由3股水组成：一股是由变换工段来的变换冷凝液，由塔顶进入；一股是从合成气夹带水汽的凝液；一股是从除氧器来的灰水，与高压闪蒸气换热后送入洗涤塔塔釜。 洗涤塔塔板结垢一般是从下而上逐渐加重，表现为洗涤塔塔阻力升高，洗涤塔合成气带灰带水。 洗涤塔垢样的主要成分为Al2O3、SiO2、Fe2O3 、CaO等，这主要是因为随着运行时间加长，来自合成气所夹带的灰渣在塔板处集聚，阻力逐渐增大。四、闪蒸罐结垢。闪蒸罐处

10、垢样的主要成分为MgO、 Al2O3 、 SiO2 、 Fe2O3等。 闪蒸系统是水系统一个重要的组成部分，主要作用是回收热量和浓缩黑水。气化炉和洗涤塔排出的黑水由节流减压阀依次进入高压闪蒸罐、中压闪蒸罐和真空闪蒸罐。高压闪蒸罐处的黑水本身悬浮物含量就高，黑水压力迅速降低，固体颗粒及不溶性盐类吸附在设备内壁上，慢慢形成较厚的垢层。闪蒸系统罐内和管道内壁结有大量垢层，极易脱落堆积在罐的底部，堵塞罐的黑水出口和卡住角阀。一、加强设备管理，提高操作水平。 重视对黑水角阀的维护与检修，避免因角阀故障造成管线和阀门渣垢累积、堵塞。对于开工投用黑水系统有压力要求的装置，要严控好切入时间，避免较长时间未打通

11、黑水线路造成角阀和管道因灰渣累积而堵塞。 激冷室和洗涤塔去高闪的黑水管线常易堵塞，操作人员应对此处加强监测，可以从流量、压力、角阀开度、下游温度和液位等方面判断管线堵塞程度。当发现有堵塞情况时应及时处理，可以打开角阀前高压冷凝液进行两端冲洗，或是间断开 大减小角阀开度利用黑水脉冲来对管线阀门冲洗，或是全开角阀利用较大流量来冲通管道及阀门。 有些厂方规定操作人员每两小时动作一次角阀，通过改变管道内流体的流量和压力，起到疏通流道减缓堵塞的作用。 定期进行过滤器切换，防止灰渣在过滤器长时间积聚，避免堵塞或流通不畅。二、合理布置黑水管路，尽量减少弯管以及死角。在易堵塞部位添加冲洗水接头，方便管道检修和

12、疏通。三、加强停工后对管道清洗除垢。 管道除垢常用的除垢方法大致分为三类, 化学除垢、高压水喷射除垢和机械除垢。 化学除垢是根据垢层的化学成分，选用合适的酸类化学剂进行溶解除垢。高压水喷射除垢是利用柱塞泵产生的高压水经过特殊喷嘴喷向垢层。机械除垢采用强力清管器对垢层进行物理清除，如刷轮清管器。九江石化除垢采用的是高压水喷射除垢法。 四、选择灰分较低的煤种，灰渣量的减少有助于缓解灰渣积聚堵塞。 严格控制煤质，选择低灰熔点、低灰分原料煤（ 原料煤灰分要求控制在812 ）。煤的灰熔点高，导致气化炉提温操作，造成激冷水系统温度升高，钙镁盐大量析出，加速系统结垢堵塞；灰分含量高，也相应造成激冷水系统灰渣

13、颗粒含量增加，容易产生灰渣积聚堵塞。五、维持气化系统工艺操作稳定，减少开停工次数，避免工艺参数大幅度波动。 当气化系统发生波动时，可能引起灰水管道内温度和流量改变，增强结垢效果；也可能造成出激冷室合成气带水带灰，引起文丘里洗涤器、洗涤塔塔盘结垢，以及引起洗涤塔水质变差。六、加强对系统水质监测，及时调控改善水质。 九江水质控制工艺卡片：分析内容总溶解固体NH3-HCl-Ca2+COD固体悬浮物PH控制指标mg/l2000267 100220-250300 1007-9指标控制说明： 水溶解固物浓度的高低直接影响水系统的结垢效果。水溶液的电导率和溶解固体量浓度成正比，而且固体量浓度越高，电导率越大

14、。可以通过测水的电导率来反映溶解固体浓度。 Cl-浓度高，在高温高压环境中会对设备(特别是不锈钢)将产生较强的应力腐蚀。 pH、 Ca2+浓度，跟水结垢的程度有直接的关系，是检测和控制的主要对象。 水中固悬物浓度高，由于固悬物对阻垢分散剂的吸附，会增加药剂的消耗，诱发灰水中碳酸钙等垢片的结晶，增加固悬物在管道、设备中的沉积率。 化学需氧量COD（Chemical Oxygen Demand）是以化学方法测量水样中需要被氧化的还原性物质的量。它是下游污水处理单元一项重要参数，反映所需处理有机物污染物的量。 氨氮（NH3-N）以游离氨（NH3）或铵盐（NH4- ）形式存在于水中，它的含量决定了下游

15、水处理单元物生物除污的工作环境。当氨氮含量过高时，超过了硝化细菌的耐受程度，抑制硝化反应使硝化速率降低，最终导致出水氨氮变高。 调控方法：（1）合理添加絮凝剂和分散阻垢剂 絮凝作用是使微小的胶体颗粒和悬浮物颗粒在胶体物质或者电解质的作用下，中和颗粒表面电荷，降低或消除颗粒之间的排斥力，使颗粒结合在一起，体积不断变大，当颗粒聚集使体积达到一定程度时（粒径大约为0.01cm时），便从水中分离出来，有利于沉降。 聚丙烯酰胺高分子聚合物，在高温、高硬度灰水系统中，均具有良好的絮凝效果，通过电絮凝、架桥及吸附作用，它能快速使黑水系统悬浮物沉降，确保渣水迅速澄清，减少后续灰水处理压力，保证设备安全运行。 絮凝剂一般加入位置为沉降装置之前。九江石化为沉降槽入口管线，而我厂加在兰美兰装置入口处。 阻垢剂是指具有能分散水中的难溶性无机盐、阻止或干扰难溶性无机盐在金属表面的沉淀、结垢功能，并维持金属设备