气化灰水降磷与阻垢控制措施

魏 静，茹祥会

（新疆心连心能源化工有限公司，新疆 昌吉 832200）

0 概述

气化灰水主要是由气化炉、旋风分离器、水洗塔接收的黑水产生，气化黑水经三级闪蒸后排入澄清槽，澄清槽中的水称为灰水。为加快灰水中颗粒物在澄清槽内的沉降，在澄清槽顶部取样口处加入聚丙烯酰胺进行絮凝沉降，沉降之后的澄清槽上清液进入灰水槽［1］。在澄清槽与灰水槽溢流管处投加分散剂（起阻垢、分散的作用），可避免管道、设备结垢，保证气化系统长周期稳定运行［2］。

在低磷分散剂试用前，新疆心连心能源化工有限公司（以下简称公司）使用山西某公司生产的KH500型号有机磷系列分散剂。在通常情况下，有机磷系列分散剂可以达到很好的分散效果［3］。公司使用KH500 型号分散剂时，灰水外排水总磷质量浓度在6 mg/L 左右，而GB 13458—2013《合成氨工业污水排放标准》要求，企业外排水总磷质量浓度限值为0.5 mg/L。因此，灰水须经处理后才能外排，且水处理工段的除磷负担较重。有机磷系列分散剂中的有机磷酸盐主要起到缓蚀和阻垢的作用［4］，若分散剂直接更换为无磷配方，可能会造成灰水系统结垢速率加快、管道堵塞等，给气化系统长周期运行带来一定风险。分散剂对气化系统稳定运行影响重大，更换分散剂配方须严格监控试用过程，防止系统结垢加快。

1 分散剂降磷思路

为保证药剂平稳更换，分散剂降磷共分为3个阶段。第一阶段，分散剂磷质量分数降低40%，分散剂型号由KH500更换为KH600，为保证分散剂中磷含量降低后的阻垢效果，分散剂添加量由80×10-6调整为100×10-6；第二阶段，转换过程，分散剂由KH600 型号分散剂与KH200 型号分散剂按质量比1∶1 配制，添加量为100×10-6；第三阶段，灰水外排水总磷达标排放（总磷质量浓度＜0.5 mg/L），分散剂全部更换为KH200 型号分散剂，添加量为100×10-6。

低磷分散剂试用期间监控灰水指标、蒸发热水塔及水洗塔塔盘压差趋势，出现异常及时调整。低磷分散剂试用时间根据气化炉倒炉计划倒推，在倒炉前30 d左右试用低磷分散剂；倒炉后根据拆检情况判断试用低磷分散剂的阻垢效果，若阻垢效果达标，则下个运行周期全部使用该配方分散剂；再次倒炉后对灰水系统设备及管道结垢厚度进行测量，计算结垢速率，判断分散剂的阻垢效果，结合灰水总磷含量确定分散剂是否能够长期使用。

2 降磷过程中灰水关键指标变化情况

2.1 灰水外排水总磷的变化

分散剂调整为KH600 型号低磷分散剂后，灰水外排水总磷质量浓度由更换前的6 mg/L左右降低至2 mg/L左右（见图1）。

图1 2020-12-23—2021-01-23采用KH600型号低磷分散剂时灰水外排水总磷变化趋势

分散剂调整为KH200型号低磷分散剂后，灰水外排水总磷质量浓度由更换前的2 mg/L左右降低至0.47 mg/L左右（见图2）。

图2 2021-05-01—2021-06-01采用KH200型号低磷分散剂时灰水外排水总磷变化趋势采用

2.2 灰水电导率、Ca2+质量浓度的变化

电导率表征水中盐含量，是水纯净度的一个重要指标。灰水浓缩程度越高，电导率也越高［5］。若分散剂阻垢效果好，则能保证灰水在电导率较高的情况下各种盐类溶解分散在灰水中，而不会结垢析出。因此，在气化装置使用煤种及系统置换水量不变的情况下，若灰水电导率突然下降则表示分散剂的阻垢效果变差，溶于水中的离子结垢析出。因此，更换分散剂配方时需要监控灰水电导率的变化。灰水中Ca2+质量浓度的变化监控目的与电导率相同。

在试用KH600 型号低磷分散剂期间，灰水电导率、Ca2+质量浓度较稳定，电导率控制在3 050～4 035 μS/cm（见图3），Ca2+质量浓度控制在165 mg/L 左右（见图4）。在气化装置使用煤种不变的情况下，未出现因调换分散剂导致分散阻垢效果变差，进而造成灰水电导率、Ca2+质量浓度降低的现象。

图3 2020-12-24—2021-01-23采用KH600型号低磷分散剂时灰水电导率变化趋势

图4 2020-12-23—2021-01-22采用KH600型号低磷分散剂时灰水Ca2+质量浓度变化趋势

在试用KH200 型号低磷分散剂期间，灰水电导率、Ca2+质量浓度较稳定，电导率控制在3 415～3 801 μS/cm（见图5）；Ca2+质量浓度控制在162 mg/L 左右（见图6），未出现因调换分散剂造成的分散阻垢效果差，灰水电导率、Ca2+质量浓度降低的现象。

3 低磷分散剂的阻垢效果

气化炉倒炉后，对气化炉出黑水管道、蒸发热水塔塔盘、水洗塔塔盘等部位进行例行检查，测量结垢厚度，并计算结垢速率，判断分散剂阻垢效果，具体数据见表1。

表1 设备及管道结垢速率

由检查情况可知，使用KH500 型号有机磷分散剂期间，各部位结垢速率最低；试用KH600 型号低磷分散剂期间，各部位结垢速率微涨；试用KH200型号低磷分散剂期间，水洗塔塔盘、气化炉出水结垢速率与试用KH600 型号分散剂期间基本相同，蒸发热水塔第6、7 层塔盘有较薄软垢，不影响系统运行。因此，KH200 型号分散剂磷含量低，阻垢效果满足灰水系统运行要求，可长期使用。

4 降磷过程中存在的问题及处理措施

4.1 总磷波动

在分散剂降磷第一阶段期间，发现灰水外排水总磷质量浓度规律性波动，由6 mg/L左右缓慢降至0.5 mg/L 左右，然后突升至6 mg/L 左右，后经调查发现总磷波动周期与分散剂倒槽时间一致。造成该现象的主要原因是分散剂密度为1.15 g/cm3，比水大，分散剂原液在分散剂槽中用脱盐水稀释后送入系统，一槽配制好的分散剂一般使用2 d，过程中分散剂发生沉淀，下部分散剂浓度增大，上部分散剂浓度降低。公司对分散剂槽进行了技改，增加空气搅拌器，保证分散剂均匀加入系统。

4.2 结垢速率监测滞后

气化装置每班分析灰水水质指标，外排水磷含量能够得到及时监测，但管道及设备结垢速率是否增加无法判断，只能等到倒炉系统拆检时测量，计算结垢速率。这种监测方法相对滞后，于是气化车间在灰水槽内增加挂片，挂片置于距离灰水槽底部1 m处，保持挂片与灰水长期接触，根据需要定期取出称量，计算灰水系统结垢速率，判断分散剂阻垢效果。

5 结语

通过KH200 型号低磷分散剂在灰水系统中的应用，目前灰水水质指标稳定，磷含量较低，气化灰水不用除磷，即可达到直接排放的标准；KH200型号分散剂效果稳定，能够保证灰水系统阻垢效果，管道及设备结垢速率与前期使用磷含量较高的KH500型号分散剂基本相同，蒸发热水塔塔盘垢质松软，易于清理。下一步，公司将结合药剂供应商继续优化分散剂的使用，降低灰水系统结垢速率，延长系统运行时间。