气化工艺黑水闪蒸换热方案研究

张劲松，郭 伟，徐才福，赵 涛，王光友

（1. 神华宁夏煤业集团煤炭化学工业分公司，宁夏 灵武 750411； 2. 中国五环工程有限公司，湖北 武汉 430014）

煤气化装置采用合成气激冷流程时，必然产生大量的含固废水。通常采用闪蒸的方式脱除废水中溶解的酸性气体，同时用灰水冷却闪蒸气回收废热。按照热量回收的流程划分，分为间接换热流程和直接换热流程。传统的水煤浆加压气化的闪蒸流程即为间接换热流程，由于出现结垢等现象导致换热效率下降，严重时会影响装置的长周期运行[1]；GSP气化过程中出激冷室的黑水压力约为4.2 MPa(g)，温度约为160 ℃。在闪蒸系统通过两段闪蒸罐的减压和蒸发，把黑水的温度降到约 70 ℃，并释放出溶解在黑水里的大部分气体。之后黑水送往澄清池进行除渣和循环再利用；闪蒸释放出来的酸性气体经过冷却后送往焚烧炉。在开车过程中激冷、黑水系统相继出现了激冷室液位波动大、激冷水过滤器堵塞、激冷喷头磨蚀严重、黑水闪蒸系统磨蚀严重等问题。这些问题的产生不仅与上游的气化反应密切相关，而且也与激冷、黑水系统本身设计存在缺陷相关。因此采用灰水和闪蒸气直接接触换热的流程逐渐受到各方的重视[2]。

本文对直接换热和间接换热的两种方案，从水耗、设备配置和效果方面进行对比，方案的工艺流程和物料数据见图1、2, 方案一为间接换热流程，方案二为直接换热流程。

1 水耗（循环水耗：t/h）

由表 1可看出方案二比方案一冷却水耗量少788 t/h。原因在于中压闪蒸冷凝器采用间接换热时，闪蒸气在165 ℃下冷凝，灰水从97 ℃升高到140℃，此时闪蒸气的蒸汽分率约为40%。

表1 循环水耗对比Table 1 Contrast of circulating water consumption

这些蒸汽都在后续的冷却器中冷却，导致冷却水耗量较高。如果要继续升高灰水温度，则换热面积需要很大[3]。目前单台换热器的长度一般约为 10 m，已经很大。采用直接换热时，灰水和闪蒸气的传热效率较高，经过多层塔板的换热，闪蒸气的冷凝比较彻底。后续冷却器水耗较低。

图1 黑水处理间接换热流程Fig.1 The process of blackwater indirect heat transfer

图2 黑水处理直接换热流程Fig.2 The process of blackwater direct heat transfer

Table 2 Equipment disposition contrast表2 设备配置对比

2 设备配置

设备配置见表2。

3 效 果

采用闪蒸汽与循环灰水间接换热的热回收方法来处理干粉煤气化工艺的黑水，有以下缺点：

（1）大量细小的飞灰易带出，掺杂于水中经过间接换热器，不但易发生结垢，造成换热效率下降，导致闪蒸压力难以控制，而且细灰随黑水不断磨蚀换热器的内部构件，给换热器的寿命造成严重的损害[4]。

（2）由于高压灰水与闪蒸气的操作压差较大（4.9 /0.7 MPa(g)），换热管使用材料为双相钢，使该设备造价昂贵。

经水煤浆黑水闪蒸工序实践表明，许多工厂采用这类技术的灰水处理系统均出现过故障，出水经常浑浊发黑。带来的主要影响是灰水循环回用量减少，新鲜水补充量提高，废水处理系统负荷大增。因此，闪蒸气与循环灰水直接换热方式，用减湿器代替原来的高压灰水换热器，该技术与四喷嘴水煤浆气化中采用蒸发热水塔直接换热类似，其效果是经过实践检验的[5,6]。

此外，在中压闪蒸罐顶部用清洁的给水进行洗涤。可降低中压闪蒸气中的灰含量。

4 结 论

从上述各个方面的对比来看，直接换热方案的水耗低。

根据工程经验，方案一间接换热的高压差，管程为双相钢材料的换热器的投资要高于直接换热方案的减湿器。

在方案二中，根据表3的计算可知，在中压闪蒸罐中洗涤后的闪蒸气含尘量小于5 mg/Nm3，闪蒸气在减湿器里被循环灰水冷凝，灰水总量增大，出口灰含量为 73×10-6，小于进口灰水含灰量 80×10-6。因此，在直接换热方案经过实践验证下的前提下，其性能是较优的。

表3 直接换热流程详细水耗Table 3 Direct heat flow with water consumption

［1］赵涛,章卫星,等.干煤粉气化技术之废锅流程与激冷流程的比较和选择[J]. 化肥设计,2009,47(5):15-19．

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［3］蒋建平,王聪.高效固液分离装置及在煤气洗涤废水处理中的应用[J].东北电力大学学报,2010,30(1):39-43．

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