程孝诚

(安徽华谊化工有限公司， 安徽芜湖 241000)

1 装置概况

在多喷嘴水煤浆气化装置中，蒸发热水塔的作用是回收热量、浓缩黑水、解吸分离酸性气体。安徽华谊化工有限公司多喷嘴对置式气化装置2开1备，闪蒸系统独立布置。蒸发热水塔分上、下2个部分，上塔为热水室，下塔为蒸发室。上塔中部装填不锈钢拉西环填料；填料层上方有3股水加入，分别是低压灰水、除氧水及低温变换冷凝液(变换冷凝液改造1路至高温热水泵进口，上、下部可切换)，3股水与来自下塔的闪蒸汽在填料处进行气液交换。与间接换热过程相比，填料处的气液交换为直接接触换热，其具有不易结垢、传热系数高、传热温差小、压降小、设备投资低、流程简单等优点；但随着气化装置的长周期运行，填料可能会被堵塞，导致气相上升阻力大，填料上层补水发生液泛，液相通过气相管线带水至后系统[1-2]。

2 带水现象及危害

蒸发热水塔带水主要表现为：

(1) 蒸发热水塔热水室液位波动大。蒸发热水塔带水现象严重时，填料上部水下不来，热水室液位持续下跌，造成高温热水泵抽量不足，水洗塔补水不足，导致气化炉减负荷甚至停车。蒸发热水塔带水还可能导致重要设备损坏，如高温热水泵、黑水循环泵、气化炉下降管等。

(2) 气相阻力大。为了缓解蒸发热水塔带水，在操作上需要关小气相出口调节阀门，以提高压力、降低空速。其间，蒸发热水塔压力高，易造成安全阀起跳、设备超压，存在安全风险。

(3) 带水至后系统，汽提塔工作负荷增大。灰水中的悬浮物及钙镁离子与高碱度变换冷凝液接触，容易引起汽提塔内部结垢，严重影响汽提塔的汽提效果及汽提塔底部泵打量。汽提塔为系统氨氮脱除的核心设备，一旦工作效率下降，系统氨氮累积，易造成废水外排超标。汽提塔带水后，汽提塔底部泵出水量增加，而这部分水仍需要回到蒸发热水塔，致使蒸发热水塔热负荷增大，带水现象加剧;同时,汽提塔带水容易造成汽提塔底部泵汽蚀不打量，汽提塔液位上涨，严重时漫至火炬管线，严重影响装置安全稳定运行。

3 原因分析

多喷嘴水煤浆气化装置的正常运行过程中，气液在填料处接触交换，处于平衡状态。来自蒸发热水塔蒸发室的闪蒸汽(蒸汽、解吸出来的CO2、NH3)通过填料层，与来自填料上部的低压灰水逆流换热，蒸汽不断被冷凝，流速自下而上不断减缓，最终穿过填料层，通过气相管排出；液相通过填料层自上而下，与闪蒸汽换热后，在温度不断增加的同时，冷凝液加入其中，使流速加快，携带洗涤下来的灰垢进入蒸发室底部。

随着生产运行，蒸发热水塔填料逐渐沉积灰垢，阻力增加；灰垢累积导致气液接触面积减小，气液交换效果变差，通径变小，气体上升速度变大。在气相上升的过程中，受到的阻力超过了临界点，气液平衡关系被打破，即发生带水。发生带水后，正常的操作是减少上塔补水量，提高操作压力[3-4]。

垢样的外观呈稀泥状，主要成分不溶于酸，少量能与酸反应产生气泡。分析垢样主要来自灰水中悬浮物及蒸发室气流携带至热水室的灰。以低压灰水中悬浮物为例，悬浮物质量浓度为100 mg/L，灰水体积流量按照100 m3/h计算，灰水每小时携带10 kg的灰垢。多喷嘴水煤浆气化装置长期运行后，灰垢沉积，填料层阻力不断增加。

4 处理方法

为了缓解蒸发热水塔带水问题,主要研究减少灰垢在填料层中滞留量的方法。王亦飞等[1]认为，工程实践中, 某些过程热量和质量传递同时进行, 两者的传递速率相互影响。在填料底部时，液相吸收蒸汽的汽化潜热，体现在液相显热的变化；因此,从填料层底部开始，塔内上升蒸汽量降低，而温度发生突变的位置取决于蒸汽和冷凝水的流量比。热量和质量的传递方向为气体传至液体。该传递过程的推动力有温差和压差, 当一种推动力为零, 另一种推动力仍可以使传递过程继续进行下去。气相与液相间的热量和质量的传递同时发生在两相面附近。当液相为水时, 传热和传质的阻力都集中在气膜内; 在相界面上, 气相与液相不存在温差且达到气液平衡[1]。故工艺上降低补水温度、适当提高液气比可以增强传递过程的推动力，让填料层温度整体下移，降低气相向上的动力，增强液相向下的动力，从而增强清洗作用；无论灰垢是来自热水室的灰水悬浮物，还是来自蒸发室的灰分，增强清洗作用可以有效减少灰垢在填料层的滞留时间及滞留量。

针对蒸发热水塔带水问题，提出以下处理方法：

(1) 降低灰水悬浮物含量，调整水系统，加强药剂管理，加强灰水槽排污。

(2) 定期清洗蒸发热水塔填料。备炉期间，对蒸发热水塔填料进行清洗、更换。

(3) 蒸发塔气相出口增加分离罐，一旦发生带水，将水汽分离，避免灰水直接进入汽提塔。

(4) 降低补水的温度，提高冷凝效果，降低闪蒸汽空速。蒸发热水塔热水室补水有3路，分别为低压灰水、除氧水、低温变换冷凝液。低压灰水的温度较低，一般在70 ℃左右，另外2路水温度均在120 ℃以上。停用除氧水，用低压灰水替代，可以提高冷水量，降低蒸发塔热负荷。将低温变换冷凝液切至蒸发室高温热水泵进口管线。低温变换冷凝液呈碱性，与灰垢长期混合后，容易形成垢片；变换冷凝液应尽可能地平均分配进入2套蒸发热水塔蒸发室，当1套蒸发热水塔蒸发室中的低温变换冷凝液过量，容易造成该蒸发热水塔热负荷大，发生带水现象。

(5) 提高液气比，增大热水塔低压灰水补量。设计上，蒸发热水塔热水塔补水通过管线进入塔内水分布器；适量增加水量，水分布会更加均匀，换热效率提高，蒸汽冷凝量多，空速减慢。在换热的同时，冷凝水和灰水混合，液相向下动力增强，清洗填料。从而减少灰垢滞留时间及滞留量。

5 结语

通过调整水系统，适当增加液气比及冷水量，可以有效减缓灰垢的滞留时间及滞留量，延长蒸发热水塔稳定运行时间，为多喷嘴水煤浆气化装置长周期运行提供有效保证。