德士古水煤浆气化装置灰水中氨氮含量高的原因及解决措施

Causes of High Content of Ammonia Nitrogen of Ash Water in Texaco Coal Water Slurry Gasifier and Countermeasures

张成祥 Chengxiang ZHANG

兖矿国宏化工有限责任公司山东邹城 273500 Yankuang Guohong Chemical Co., Ltd. Shandong Zoucheng 273500

摘要：

在德士古水煤浆气化装置高负荷运行工况下，由于灰水中氨氮含量偏高，造成污水处理站无法处理全部灰水，系统被迫减量运行。通过对运行数据进行分析，找出了灰水中氨氮含量高的原因并采取相应的措施，解决了制约系统高负荷生产的瓶颈，取得了明显的环保和经济效益。

关键词：

水煤浆气化; 灰水; 氨氮含量;

Abstract：

When the Texaco coal water slurry gasifier operations under high load condition, because the content of ammonia nitrogen of ash water is higher, the sewage treatment station cannot treat all ash water, forcing the system to run in capacity reduction condition. Through analysis of operating data, the causes of high content of ammonia nitrogen of ash water are found and appropriate countermeasures are taken, the bottleneck which restricts high load production is solved, and remarkable environmental and economic benefits are obtained.

Keyword：

coal water slurry gasification; ash water; ammonia nitrogen content;

兖矿国宏化工有限责任公司气化装置的灰水氨氮含量长期偏高，达到410 mg/L左右，在气化装置高负荷运行工况下，现有的污水处理站无法处理全部灰水，造成气化装置常因灰水氨氮含量问题而减量运行，严重制约了装置的长周期、高负荷、稳定运行。

1 气化装置灰水工艺流程

兖矿国宏化工有限责任公司500 kt/a甲醇项目的气化装置采用德士古水煤浆工艺技术，配置3台气化压力为6.5 MPa的Φ 3 200 mm气化炉，采用激冷流程、四级闪蒸工艺，灰水系统工艺流程如图 1所示。

图 1

灰水系统工艺流程

气化炉激冷室排出的黑水和碳洗塔底部排出的黑水分别经减压阀减压后进入高压闪蒸器。在高压闪蒸器(175 ℃，0.8 MPa)内，高温液体快速减压膨胀，迅速闪蒸出水蒸气和溶解的酸性气体。高压闪蒸后的黑水经液位调节阀送入低压闪蒸器(112 ℃，0.05 MPa)进行二级闪蒸，闪蒸后由液位调节阀控制进入真空闪蒸系统。进入真空系统的黑水在一级真空闪蒸器(70 ℃，-0.07 MPa)内迅速膨胀，酸性气体和水蒸气逸出水面，真空闪蒸器锥底排出的黑水经真空闪蒸器液位调节阀调节后进入二级真空闪蒸器(50 ℃，-0.09 MPa)进一步脱除酸性气体和水蒸气，再通过澄清槽进料泵将黑水送入澄清槽。在澄清槽内絮凝剂的作用下，黑水中的固体物质几乎全部通过重力沉降除去。在澄清槽内澄清以后的灰水溢流进入灰水槽，通过低压灰水泵送至脱氧水槽(108 ℃，0.035 MPa)。经高温除氧后的水由除氧水泵加压后送至碳洗塔用于洗涤粗煤气，碳洗塔内的部分黑水经灰水循环泵送至气化炉作为激冷水，完成灰水循环。

2 运行状况及存在问题

2015年，灰水中氨氮含量一直稳定在350~420 mg/L；2015年9月之前，气化装置在100%负荷、日产1 500 t甲醇的工况下，外排至污水处理站的灰水量在80~100 m³/h，由于灰水中氨氮含量较高，超出了SBR池的碳氮比及氨氮含量控制指标，故污水处理站采用回用中水在调节池内将氨氮含量稀释至180~220 mg/L，在此指标下污水处理站的处理能力为200 m³/h，能够处理全部灰水；2015年9月18日至10月3日，气化装置经部分改造后进行了3炉高负荷运行试验，甲醇产量提高至1 800 t/d，达到设计能力的120%，灰水外排量增加至100~120 m³/h，灰水中氨氮含量增大至390~440 mg/L，该外排水量和氨氮含量已超出污水处理站的处理能力，成为制约系统高负荷生产的主要因素。不同生产负荷下灰水外排量及氨氮含量见表 1。

表 1

不同生产负荷下灰水外排量及氨氮含量

日期	灰水		系统负荷/%
日期	氨氮含量/(mg·L^-1)	外排量/(m³·h^-1)	系统负荷/%
注：1)数据为当日10:00测定。
2015-07-02	389	88	100
2015-08-05	365	90
2015-09-15	410	95
2015-09-17	380	87
2015-09-19	392	112	120
2015-09-20	410	118
2015-09-21	434	115
2015-09-22	430	116

3 原因分析

2015年9月20日，针对气化装置高负荷运行后灰水排放量增大、灰水中氨氮含量高、污水处理站无法处理全部灰水的问题进行了分析，认为气化装置负荷增大后，外排污水量增加是无法避免的，欲实现污水处理站处理全部外排灰水，降低灰水中氨氮含量是比较可行且经济的方法。从对国内同类装置的调研情况来看，德士古气化工艺的灰水中氨氮含量能够控制在260 mg/L以下。

3.1 灰水系统氨氮含量的变化

2015年9月22日10：00，气化装置在120%负荷下运行，对灰水系统取样以分析其氨氮含量，并与2015年8月18日的分析数据(气化装置运行负荷为100%)进行对比，结果见表 2。

表 2

灰水系统氨氮含量分析数据对比

位置	氨氮含量/(mg·L^-1)
位置	2015-09-22	2015-08-18
澄清槽	432	379
灰水槽	430	371
除氧器	365	310
汽提塔底部	321	172

3.2 汽提塔底部氨氮含量增大的原因分析

相比于2015年8月18日的氨氮分析结果，汽提塔底部灰水中氨氮含量由172 mg/L升高至321 mg/L，其主要原因为系统负荷增大后，汽提塔压力升高，导致汽提效果变差。

3.3 除氧器出口氨氮含量问题

除氧器出口灰水中氨氮含量相对于100%负荷略有升高。在设计上，除氧器应对氨氮的脱除有明显的效果，且2014年10月前的分析数据显示除氧器出口灰水中氨氮含量只有101 mg/L左右，但目前进、出除氧器的灰水中氨氮含量没有明显变化，表明灰水在除氧器部位的处理存在问题，应进行重点分析。

除氧器的主要作用是除去水中的氧气、氨氮及其他不凝气以保证给水的水质。来自低压闪蒸器顶部的闪蒸气作为热源从除氧器汽提段下部进入，与从除氧器上部进入的灰水逆流换热并产生汽提作用，达到净化灰水水质的目的。影响除氧器运行效果的主要因素有温度、压力、设备结构等。

经检查，发现灰水进入除氧器汽提段顶部的量较少，而灰水进入除氧器水箱的旁路阀发热，判断该旁路阀出现了内漏，大部分灰水未进入除氧器汽提段而直接进入了水箱，即除氧器没有起到净化水质的作用，这是造成除氧器出口灰水中氨氮含量偏高的主要原因。

4 采取的措施

(1) 2015年9月24日，将汽提塔的操作压力由0.15 MPa降至0.08 MPa，操作温度由138.0 ℃降至136.7 ℃，以提高汽提效果。运行8 h后，汽提塔出口灰水中氨氮含量降至173 mg/L，达到了预期效果。

(2) 通过多次开关灰水入除氧器水箱的旁路阀，基本解决了该旁路阀内漏、灰水走短路的问题。2015年9月24日将该阀门关闭后，除氧器出口灰水中氨氮含量下降至130 mg/L以下，并计划利用系统短停机会更换该旁路阀。

5 结语

自2015年9月24日完成调整后，灰水中氨氮含量逐步降低，至2015年9月27日，灰水中氨氮含量达到228 mg/L并趋于稳定。

灰水中氨氮含量下降至230 mg/L后，气化装置在120%负荷下运行产生的灰水可全部由污水处理站处理，有效解决了制约系统高负荷运行的瓶颈，并且环保效益明显。灰水中氨氮含量降低后，相当于减少了80 m³/h氨氮含量为200 mg/L的灰水进入污水处理站，按污水处理费用4元/m³计，年经济效益约230万元。