CN103446781B - 粉煤气化过程中渣水处理装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种粉煤气流床煤气化过程中渣水处理装置及方法，装置包括斜板斜管沉淀池和旋流沉砂池，斜板斜管沉淀池的入口与进水管相连，出口与出水堰相连，出水堰与旋流沉砂池的进水渠相连，旋流沉砂池的出水渠与出水管连通；旋流沉砂池底部设有叶轮；旋流沉砂池底部中心下方设有集砂斗，旋流沉砂池与砂水分离器相连，叶轮在驱动电机的作用下旋转。方法包括：对渣水进行高压闪蒸和真空闪蒸；送入斜板斜管沉淀池中进行沉砂处理；送入旋流沉砂池进行沉砂处理；清液经过出水管流向灰水槽。本发明能够大幅提高污染物的去除率并减少水力停留时间。

Description

粉煤气化过程中渣水处理装置及方法

技术领域

本发明涉及渣水处理技术领域，特别是涉及一种粉煤气化过程中渣水处理装置及方法。

背景技术

现在国内煤气化工艺主要分为水煤浆气化和干粉煤气化两种，分别以德士古炉和氢化炉等为代表。两种工艺在渣水处理方面的现有技术基本相同，故以德士古技术中的渣水处理技术做背景技术介绍。德士古气化渣水系统包括黑水处理与灰水循环。黑水为气化炉、洗涤塔或水洗塔、热水塔去闪蒸装置的水。灰水为黑水澄清处理后的清水。渣水系统运行得正常与否，直接影响到整个系统能否长期安全稳定运行。

国内拥有十多套德士古水煤浆加压气化装置，其渣水处理技术也是大同小异：从气化炉和碳洗塔排出的高温黑水减压后进入高压闪蒸器，闪蒸出大部分溶解的合成气，高压闪蒸器闪蒸出的高压气体经过灰水加热器回收热量之后，通过气液分离器分离冷凝液，然后进入变换工段汽提塔。含尘液体再经低压闪蒸器闪蒸出的低压气体温度约120℃，直接送至洗涤塔给料槽作脱氧热源。再经过真空闪蒸，真空闪蒸出的气体，经真空闪蒸冷凝器冷凝后由蒸汽喷射泵及真空泵抽出进入分离器，气体放空，冷凝水可作为系统水。渣水被浓缩后进入澄清槽，水中加入絮凝剂使其加速沉淀。澄清槽上部清水溢流至灰水槽，由灰水泵送至洗涤塔给料槽，少量灰水排往废水处理系统。澄清槽底部的细渣浆经泵抽出送往过滤机给料槽，由过滤机给料泵加压后送至真空过滤机脱水，渣饼由汽车运出厂外。

上述方法中在使用两道闪蒸处理去除渣水中溶解的CO、CO₂和NH₃等气体后，采用单纯重力沉降方式去除渣水中的固体。此种重力沉降方式沉降速率受固体颗粒物理性质的影响，通常沉降速率较小。同时，固体颗粒的去除率也相对较低。为了提高处理率，必须加入大量的絮凝剂，造成处理成本增加。虽然煤气化处理过程中对系统冷却水等回用水的水质要求并不非常严格，但仍有必要对水处理，特别是固体颗粒去除等步骤所采用的技术进行改进，以达到提高渣水中污染物（主要为固体颗粒）去除率，加快沉降去除速率，并尽可能降低成本的目的。

现有技术在经过闪蒸后主要使用澄清槽进行单纯重力沉降实现固液分离，其主要缺陷在于此种重力沉降方式受渣水物理性质及渣水中固体颗粒的性状影响较大，特别是小颗粒物质在水中容易形成悬浮层，导致去除率较低，固液分离效果不理想，从而影响之后的灰水回用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种粉煤气化过程中渣水处理装置及方法，能够大幅提高污染物的去除率并减少水力停留时间。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种粉煤气化过程中渣水处理装置，包括斜板斜管沉淀池和旋流沉砂池，所述斜板斜管沉淀池的入口与进水管相连，出口与出水堰相连，所述出水堰与所述旋流沉砂池的进水渠相连，所述旋流沉砂池的出水渠与出水管连通；所述旋流沉砂池底部设有叶轮；所述旋流沉砂池底部中心下方设有集砂斗，所述旋流沉砂池还与砂水分离器相连，所述叶轮在驱动电机的作用下旋转。

所述斜板斜管沉淀池中的斜板斜管以倾角45°~60°安装。

所述斜板斜管沉淀池中的斜管的管径为25-35mm，长度不小于50cm。

所述进水渠的坡度为0.02-0.08。

所述进水渠的坡度为0.042-0.064。

所述进水渠以所述旋流沉砂池切线方向与旋流沉砂池相连。

所述驱动电机设置在所述旋流沉砂池的上方。

所述驱动电机的输出轴上还设有减速器。

所述砂水分离器通过管道与排砂泵相连。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：还提供一种粉煤气化过程中渣水处理方法，包括以下步骤：

（1）对渣水进行高压闪蒸和真空闪蒸；

（2）通过进水管将经过两级闪蒸的渣水送入斜板斜管沉淀池中进行沉砂处理；

（3）斜板斜管沉淀池的上层清液经出水堰进入旋流沉砂池的进水渠，水流经过进水渠切向流入旋流沉砂池，水流在旋流沉砂池中形成涡流，水中的砂粒在离心力作用下贴向池壁，并沿池壁下落到池底的集砂斗中；

（4）旋流沉砂池中的上层清液沿着出水渠流至出水管流向灰水槽。

所述步骤（2）中水流向上流经斜板斜管，流速8-14mm/s。

所述步骤（3）中水流在旋流沉砂池中形成涡流时在旋流沉砂池内旋转两圈，停留1分钟。

有益效果

由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

本发明采用斜板斜管沉淀系统，可增加沉淀面积，缩短沉降距离，从而提高颗粒的去除率，斜板斜管内的再凝聚，促进絮粒的进一步加大，从而提高沉降速率，并且创造了层流条件，从而提高了沉淀速率。采用旋流沉砂池使得结构紧凑，占地面积小，设备投资少，并且结构合理，维修率低，能耗小，运行管理和维护方便；而且旋流沉沙设备的耐腐蚀性强，使用寿命长，其工艺布置灵活方便，易于配套组合，适应工程不同时期分段建设需要。

本发明的旋流沉砂池螺旋桨驱动只需很小马力的电机，池顶安装的涡轮泵和脱水装置，只是在排砂过程才运行，每天只需近1小时，与传统沉砂池比较，可节省能源约94%。旋流沉砂池仅使用了叶轮，没有水下轴承，没有易受磨损或堵塞的部件在水下运行。旋流沉砂池的驱动装置、润滑点和轴承均在池顶水面以上，便于维护。累积的砂粒由顶部安装且无水下运动部件的泵提升，唯一的维护是进行不太频繁的电机润滑。总之，不仅需要维护的设备少，而且基本上没有受磨损部件，从长远运行来看，其维护费用是很少的。

附图说明

图1是本发明的结构俯视示意图；

图2是本发明的结构侧视示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明的实施方式涉及一种粉煤气化过程中渣水处理装置，如图1和图2所示，包括斜板斜管沉淀池2和旋流沉砂池4，所述斜板斜管沉淀池2的入口与进水管1相连，出口与出水堰3相连，所述出水堰3与所述旋流沉砂池4的进水渠相连，所述旋流沉砂池4的出水渠与出水管连通；所述旋流沉砂池4底部设有叶轮10；所述旋流沉砂池4底部中心下方设有集砂斗11，所述旋流沉砂池4还与砂水分离器6相连，所述叶轮10在驱动电机8的作用下旋转，从而使旋流沉砂池4中的水流形成旋流。

由此可见，采用斜板斜管沉淀池可以增加沉淀面积，缩短沉降距离，从而提高颗粒的去除率；利用斜板斜管内的再凝聚，促进絮粒的进一步加大，从而提高沉降速率；创造了层流条件，从而提高了沉淀速率。

旋流沉砂池则采用涡流原理达到砂粒沉降的目的。其中，进水渠以旋流沉砂池切线方向与旋流沉砂池相连，如此水流可经过进水渠切向流入旋流沉砂池，形成沿壁面的平面旋流，水中砂粒则由于离心力作用被分离到池壁，并附壁利用重力沉到池底，再由导流板和叶轮造成的竖直环流推向中心集砂斗，达到固液分离的目的。不难发现，采用旋流沉砂池与现有技术中普遍使用的重力沉降池相比有以下优点，旋流沉砂池结构紧凑，占地面积小，设备投资少；结构合理，维修率低，能耗小，运行管理和维护方便；设备耐腐蚀性强，使用寿命长；工艺布置灵活方便，易于配套组合，适应工程不同时期分段建设需要。

采用旋流沉砂池对于不同粒径砂粒的去除效率见表1：

砂粒直径（mm）	0.35	0.25	0.20	0.15	0.10
						旋流沉砂除砂效率（%）	98	95	92	90	78

表1

可见旋流沉砂池较之传统的沉砂池在除砂效率方面更为高效且平均，对各种粒径砂粒去除率均比较良好。

本发明还涉及一种粉煤气化过程中渣水处理方法，包括以下步骤：（1）对渣水进行高压闪蒸和真空闪蒸；（2）通过进水管将经过两级闪蒸的渣水送入斜板斜管沉淀池中进行沉砂处理；（3）斜板斜管沉淀池的上层清液经出水堰进入旋流沉砂池的进水渠，水流经过进水渠切向流入旋流沉砂池，水流在旋流沉砂池中形成涡流，水中的砂粒在离心力作用下贴向池壁，并沿池壁下落到池底的集砂斗中；（4）旋流沉砂池中的上层清液沿着出水渠流至出水管流向灰水槽。具体工作流程如下：

渣水经历两道闪蒸工序后，通过管线进入进水管1，从下部进入斜板斜管沉淀池2，斜板斜管沉淀池2中的斜板斜管以倾角45°~60°安装为宜，斜管的管径25-35mm，长度不小于50cm。水流向上流经斜板斜管2，流速8-14mm/s，水中颗粒向下沉降，最后落入砂斗。上层清液经出水堰3进入旋流沉砂池进水渠，水流速度一般为1.0m/s，进水渠的坡度为0.02-0.08，其中，0.042-0.064为最佳坡度范围，进水渠的坡度与除砂率之间的关系见表2。水流沿旋流沉砂池4壁切线方向进入池中，在叶轮10作用下形成涡流。水流一般在池内旋转两圈，停留约1min。由于离心力作用，水中砂粒贴向池壁，并沿池壁下落到池底。叶轮10搅动水流形成竖向环流，推动沉入池底的砂粒向旋流沉砂池4底部中心下方的集砂斗11中运动，最终落入集砂斗。叶轮10由设置在旋流沉砂池4上方的驱动电机8驱动，驱动电机8的输出轴与减速器9相连，减速器9控制其运行状态。旋流沉砂池4中上清液沿着出水渠流至出水管5，最终流向灰水槽。砂水分离器6通过管道与排砂泵7相连，排砂泵7每天开启3-4次，每次约10-15min，将砂水分离器6中砂粒排至外部浓缩池或外送。

进水渠坡度	0.02	0.042	0.064	0.08
					除砂率（%）	85	92	95	88

表2

综上可知，本发明在能耗方面表现也比较理想。旋流沉砂池螺旋桨驱动只需很小马力的电机，池顶安装的涡轮泵和脱水装置，只是在排砂过程才运行，每天只需近1小时，与传统沉砂池比较，可节省能源约94%。旋流沉砂池占地也很小，可大大节约厂区土地，优化合理厂区布局。旋流沉砂池仅使用了叶轮，没有水下轴承，没有易受磨损或堵塞的部件在水下运行。旋流沉砂池的驱动装置、润滑点和轴承均在池顶水面以上，便于维护。累积的砂粒由顶部安装且无水下运动部件的泵提升，唯一的维护是进行不太频繁的电机润滑。总之，不仅需要维护的设备少，而且基本上没有受磨损部件，从长远运行来看，其维护费用是很少的。

Claims (11)

1.一种粉煤气化过程中渣水处理装置，包括斜板斜管沉淀池(2)和旋流沉砂池(4)，其特征在于，所述斜板斜管沉淀池(2)的入口与进水管(1)相连，出口与出水堰(3)相连，所述出水堰(3)与所述旋流沉砂池(4)的进水渠相连，所述旋流沉砂池(4)的出水渠与出水管(5)连通；所述旋流沉砂池(4)底部设有叶轮(10)；所述旋流沉砂池(4)底部中心下方设有集砂斗(11)，所述旋流沉砂池(4)还与砂水分离器(6)相连，所述叶轮(10)在驱动电机(8)的作用下旋转；所述进水渠的坡度为0.02-0.08。

2.根据权利要求1所述的粉煤气化过程中渣水处理装置，其特征在于，所述斜板斜管沉淀池(2)中的斜板斜管以倾角45°～60°安装。

3.根据权利要求2所述的粉煤气化过程中渣水处理装置，其特征在于，所述斜板斜管沉淀池(2)中的斜管的管径为25-35mm，长度不小于50cm。

4.根据权利要求1所述的粉煤气化过程中渣水处理装置，其特征在于，所述进水渠的坡度为0.042-0.064。

5.根据权利要求1所述的粉煤气化过程中渣水处理装置，其特征在于，所述进水渠以所述旋流沉砂池切线方向与旋流沉砂池相连。

6.根据权利要求1所述的粉煤气化过程中渣水处理装置，其特征在于，所述驱动电机(8)设置在所述旋流沉砂池(4)的上方。

7.根据权利要求1所述的粉煤气化过程中渣水处理装置，其特征在于，所述驱动电机(8)的输出轴上还设有减速器(9)。

8.根据权利要求1所述的粉煤气化过程中渣水处理装置，其特征在于，所述砂水分离器通过管道与排砂泵(7)相连。

9.一种粉煤气化过程中渣水处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)对渣水进行高压闪蒸和真空闪蒸；

(2)通过进水管将经过两级闪蒸的渣水送入斜板斜管沉淀池中进行沉砂处理；

(3)斜板斜管沉淀池的上层清液经出水堰进入旋流沉砂池的进水渠，水流经过坡度为0.02-0.08的进水渠切向流入旋流沉砂池，水流在旋流沉砂池中形成涡流，水中的砂粒在离心力作用下贴向池壁，并沿池壁下落到池底的集砂斗中；

(4)旋流沉砂池中的上层清液沿着出水渠流至出水管流向灰水槽。

10.根据权利要求9所述的粉煤气化过程中渣水处理方法，其特征在于，所述步骤(2)中水流向上流经斜板斜管，流速8-14mm/s。

11.根据权利要求9所述的粉煤气化过程中渣水处理方法，其特征在于，所述步骤(3)中水流在旋流沉砂池中形成涡流时在旋流沉砂池内旋转两圈，停留1分钟。