CN108059256A - 一种粉煤气化炉灰水的除硬装置及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种粉煤气化炉灰水的除硬装置及工艺。沉降槽外排的灰水依次流经进料混合器、曝气反应器；进料混合器为圆管形结构，进料混合器的灰水进口和灰水出口设置在圆管形结构的两端，进料混合器的侧壁上设有至少一个NaOH溶液管线进口和至少一个CO₂气体管线进口，每个CO₂气体管线进口的方向与圆管形结构的径截面相切，进料混合器靠近灰水进口的侧壁上开设絮凝剂管线进口；曝气反应器包括沉降室和中心筒，中心筒设置在沉降室内部，中心筒内填充球形空心填料，中心筒的底部设有若干曝气头，进料混合器的物料从中心筒底部进入，中心筒内的物料从顶部溢出进入沉降室。大大提高粉煤气化炉循环灰水的质量，降低结垢倾向，提高粉煤气化炉的运行周期。

Description

一种粉煤气化炉灰水的除硬装置及工艺

技术领域

本发明涉及一种粉煤气化炉灰水的除硬装置及工艺，适用于气化炉的灰水处理领域，尤其适用于采用水激冷流程的含高硬度、高浊度的粉煤气化炉系统灰水的处理。

背景技术

粉煤气化过程中产生了大量煤渣及飞灰，当采用水激冷流程时，循环灰水中溶解有大量钙镁离子，且浊度较高。在气化炉的激冷室、洗涤塔等设备内形成灰垢的沉积，严重影响运行的安全及稳定。

普通的工艺采用减压闪蒸，回收灰水中热量的同时进行浓缩，经絮凝剂絮凝后进入沉降槽沉降，处于大部分的浊度。处理后的灰水加入大量的分散剂，防止钙镁离子的沉积。

目前的工艺不仅消耗大量的絮凝剂、分散剂，增加劳动强度及运营成本，而且易对环境造成污染。并且这种处理工艺的适用性较差，当生产负荷波动、工艺条件改变或煤种变化时，运行效果较差。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明的目的之一是提供一种粉煤气化炉灰水的除硬装置，大大提高粉煤气化炉循环灰水的质量，降低结垢倾向，提高粉煤气化炉的运行周期。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种粉煤气化炉灰水的除硬装置，沉降槽外排的灰水依次流经进料混合器、曝气反应器；所述进料混合器为圆管形结构，所述进料混合器的灰水进口和灰水出口设置在圆管形结构的两端，所述进料混合器的侧壁上设有至少一个NaOH溶液管线进口和至少一个CO₂气体管线进口，每个CO₂气体管线进口的方向与圆管形结构的径截面相切，所述进料混合器靠近灰水进口的侧壁上开设絮凝剂管线进口；所述曝气反应器包括沉降室和中心筒，所述中心筒设置在沉降室内部，所述中心筒内填充球形空心填料，所述中心筒的底部设有若干曝气头，所述进料混合器的物料从所述中心筒底部进入，所述中心筒内的物料从顶部溢出进入沉降室。

本发明将进料混合器设为圆管形结构，且CO₂气体管线进口的方向与圆管形结构的径截面相切，使得CO₂气体切向进入混合反应器，通过喷射孔的射流作用，带动流体圆周运动，一是延长了CO₂气体的停留时间，利于充分反应；二是气流切向运动，将流动液体切割打碎，形成气液混合的碎泡，更利于溶解；三是将浊度等固体颗粒物吹起，避免产生沉积；四是采用CO₂气体，提高气相分压，更利于溶解，提高反应速率，使待处理灰水与NaOH、CO₂充分混合、接触反应，降低灰水中的钙镁离子，大大提高粉煤气化炉循环灰水的质量，降低结垢倾向，提高粉煤气化炉的运行周期。进料混合器的末端加入混凝剂，因溶液中所含浊度等颗粒物带有负电荷，通过加入阳离子的混凝剂，消除颗粒间的排斥作用，形成较大胶团，以利于后续的沉降。同时混合器中初步反应出的CaCO₃、Mg(OH)₂等物质被胶团吸附，进一步增大了胶团的成型。物料在中心筒内经过空心球形填料时，产生大的漩涡；在流经填料表面时，产生极多不规则的微旋运动。在反应器底部安装一定数量的曝气头，产生细小微泡，微泡随着流体上浮过程中，部分微泡聚合长大并破裂，并产生冲击；同时微泡移动的过程也增加了细小胶团的汇合，形成较大矾花，增加灰水中所含的灰渣间、灰渣与钙镁沉淀物间的碰撞几率，并利用特定的絮凝剂使其形成多组分的混合胶团，利用折流沉降室将其分离收集，降低出水浊度至10mg/L以下，减少灰水中固含量在气化炉中的沉积，提高运行质量。

本发明的目的之二是提供一种粉煤气化炉灰水的除硬工艺，提供进料混合器和曝气反应器，所述进料混合器为圆管形结构，所述曝气反应器包括沉降室和中心筒，所述中心筒设置在沉降室内部，所述中心筒内填充球形空心填料，所述中心筒的底部设有若干曝气头；沉降槽外排的灰水从进料混合器的一端进入后从另一端流出，CO₂气体从所述进料混合器的侧壁切向进入，NaOH溶液从所述进料混合器的侧壁进入，使得灰水中的钙镁离子与CO₂和NaOH完全反应，再向进料混合器的末端加入絮凝剂，所述进料混合器的物料从所述中心筒底部进入，向中心筒底部曝气，使得中心筒中的物料在球形空心填料的作用下产生微旋，所述中心筒内的物料从顶部溢出进入沉降室。

本发明的有益效果为：

1.本发明在沉降槽的出口增加了能够产生涡流的进料混合器，使待处理灰水与NaOH、CO₂充分混合、接触反应，降低灰水中的钙镁离子，大大提高粉煤气化炉循环灰水的质量，降低结垢倾向，提高粉煤气化炉的运行周期。

2.本发明利用多孔空心球形填料，使流体产生微旋，增加灰水中所含的灰渣间、灰渣与钙镁沉淀物间的碰撞几率，并利用特定的絮凝剂使其形成多组分的混合胶团，利用折流沉降室将其分离收集，降低出水浊度至10mg/L以下，减少灰水中固含量在气化炉中的沉积，提高运行质量。

3.采用本发明的对灰水除硬后，总硬度降低至100mg/L以下，浊度降低至10mg/L以下，改善灰水水质，提高煤气化系统的运行效果及周期。

4.本发明无需pH调节罐、加碱泵、碱液罐，减少了设备密封点，简化了操作。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本发明的结构示意图；

其中，1.进料混合器，2.曝气反应器，3.沉淀压滤设备，4.沉淀槽。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在灰水除硬工艺效果差的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种粉煤气化炉灰水的除硬装置及工艺。

本申请的一种典型实施方式，提供了一种粉煤气化炉灰水的除硬装置，沉降槽外排的灰水依次流经进料混合器、曝气反应器；所述进料混合器为圆管形结构，所述进料混合器的灰水进口和灰水出口设置在圆管形结构的两端，所述进料混合器的侧壁上设有至少一个NaOH溶液管线进口和至少一个CO₂气体管线进口，每个CO₂气体管线进口的方向与圆管形结构的径截面相切，所述进料混合器靠近灰水进口的侧壁上开设絮凝剂管线进口；所述曝气反应器包括沉降室和中心筒，所述中心筒设置在沉降室内部，所述中心筒内填充球形空心填料，所述中心筒的底部设有若干曝气头，所述进料混合器的物料从所述中心筒底部进入，所述中心筒内的物料从顶部溢出进入沉降室。

本申请将进料混合器设为圆管形结构，且CO₂气体管线进口的方向与圆管形结构的径截面相切，使得CO₂气体切向进入混合反应器，通过喷射孔的射流作用，带动流体圆周运动，一是延长了CO₂气体的停留时间，利于充分反应；二是气流切向运动，将流动液体切割打碎，形成气液混合的碎泡，更利于溶解；三是将浊度等固体颗粒物吹起，避免产生沉积；四是采用纯CO₂气体，提高气相分压，更利于溶解，提高反应速率，使待处理灰水与NaOH、CO₂充分混合、接触反应，降低灰水中的钙镁离子，大大提高粉煤气化炉循环灰水的质量，降低结垢倾向，提高粉煤气化炉的运行周期。进料混合器的末端加入混凝剂，因溶液中所含浊度等颗粒物带有负电荷，通过加入阳离子的混凝剂，消除颗粒间的排斥作用，形成较大胶团，以利于后续的沉降。同时混合器中初步反应出的CaCO₃、Mg(OH)₂等物质被胶团吸附，进一步增大了胶团的成型。物料在中心筒内经过空心球形填料时，产生大的漩涡；在流经填料表面时，产生极多不规则的微旋运动。在反应器底部安装一定数量的曝气头，产生细小微泡，微泡随着流体上浮过程中，部分微泡聚合长大并破裂，并产生冲击；同时微泡移动的过程也增加了细小胶团的汇合，形成较大矾花，增加灰水中所含的灰渣间、灰渣与钙镁沉淀物间的碰撞几率，并利用特定的絮凝剂使其形成多组分的混合胶团，利用折流沉降室将其分离收集，降低出水浊度至10ntu以下，减少灰水中固含量在气化炉中的沉积，提高运行质量。

为了使增加进料混合器内的流体扰动，使物料充分混合，本申请优选的，NaOH溶液管线从NaOH溶液管线进口伸入至进料混合器内。

为了使CO₂气体更容易带动流体进行圆周运动，本申请优选的，每个CO₂气体管线进口均匀设置在同一圆管形结构径截面的边缘。

为了增加球形空心填料的摩擦系数，本申请优选的，所述球形空心填料的表面设有若干毛状结构。

为了增加沉降室的沉降效果，本申请优选的，所述沉降室的设有若干折流墙体。进行分梯度沉降。为了增加折流墙体的负荷调整能力，进一步优选的，所述每个折流墙体的上端设有齿形堰。经过折流作用后，灰水浊度逐渐降低，聚集的矾花逐渐沉降，并在沉降室底部汇集。

优选的，所述曝气反应器的外侧设有集水槽，所述沉降室内的上清液流入集水槽中。在有限的设备容积内尽可能提高清液的停留时间，并增大溢流堰长度，减少流体向上运动过程中带起的固体颗粒物。

进一步优选的，所述集水槽设有pH计和酸液滴加设备。采用连续滴加的形式，以在线检测的pH值为依据，定量投加酸液的量，做到清液pH的精准控制。根据pH值及碱度的关系合理添加硫酸回调pH，在灰水的结垢及腐蚀间找到平衡点，减少药剂的消耗量，同时提高装置的处理能力。

优选的，所述曝气反应器为立式圆筒形结构。材质为Q235。

优选的，包括沉渣压滤设备，沉降室的沉渣排送至沉渣压滤设备。

本申请的另一种实施方式，提供了一种粉煤气化炉灰水的除硬工艺，提供进料混合器和曝气反应器，所述进料混合器为圆管形结构，所述曝气反应器包括沉降室和中心筒，所述中心筒设置在沉降室内部，所述中心筒内填充球形空心填料，所述中心筒的底部设有若干曝气头；沉降槽外排的灰水从进料混合器的一端进入后从另一端流出，CO₂气体从所述进料混合器的侧壁切向进入，NaOH溶液从所述进料混合器的侧壁进入，使得灰水中的钙镁离子与CO₂和NaOH完全反应，再向进料混合器的末端加入絮凝剂，所述进料混合器的物料从所述中心筒底部进入，向中心筒底部曝气，使得中心筒中的物料在球形空心填料的作用下产生微旋，所述中心筒内的物料从顶部溢出进入沉降室。

优选的，NaOH溶液管线从NaOH溶液管线进口伸入至进料混合器内，使NaOH溶液管线增加进料混合器内物料的扰动。

优选的，每个CO₂气体管线进口均匀设置在同一圆管形结构径截面的边缘。

优选的，所述球形空心填料的表面设有若干毛状结构。

优选的，所述沉降室的设有若干折流墙体，使沉降室内的物料分梯度沉降。进一步优选的，所述每个折流墙体的上端设有齿形堰。

优选的，所述曝气反应器的外侧设有集水槽，所述沉降室内的上清液流入集水槽中。

进一步优选的，根据集水槽中的pH值，向集水槽中滴加酸液调节pH。

优选的，提供沉渣压滤设备，沉降室的沉渣排送至沉渣压滤设备。

为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本申请的技术方案。

实施例

一种粉煤气化炉灰水的除硬装置，如图1所示，沉降槽4外排的灰水依次流经进料混合器1、曝气反应器2。

进料混合器1为圆管形结构，进料混合器1的灰水进口和灰水出口设置在圆管形结构的两端。

进料混合器1的侧壁上设有4个NaOH溶液管线进口和3个CO₂气体管线进口，4个NaOH溶液管线进口为径向间隔90°分布，NaOH溶液管线从NaOH溶液管线进口伸入至进料混合器内。每个CO₂气体管线进口均匀设置(均布120°)在同一圆管形结构径截面的边缘，每个CO₂气体管线进口的方向与圆管形结构的径截面相切。进料混合器1靠近灰水进口的侧壁上开设絮凝剂管线进口。

曝气反应器2为立式圆筒形结构，材质为Q235。曝气反应器2包括沉降室和中心筒，中心筒设置在沉降室内部，中心筒内填充球形空心填料，球形空心填料的表面设有若干毛状结构。中心筒的底部设有若干曝气头，进料混合器1的物料从中心筒底部进入，中心筒内的物料从顶部溢出进入沉降室。

沉降室的设有若干折流墙体。每个折流墙体的上端设有齿形堰。

曝气反应器2的外侧设有集水槽，沉降室内的上清液流入集水槽中。集水槽设有pH计和酸液滴加设备。

还包括沉渣压滤设备3，沉降室的沉渣排送至沉渣压滤设备3。

灰水进曝气反应器之前，依次投加NaOH溶液、CO₂气体、絮凝剂，混合之后由底部进入曝气反应器中心筒内，在反应器之前安装在线pH计用于调节碱液加入量。反应器中心筒内经涡流填料、空气曝气，增加流体微旋，提高反应速度。中心筒顶部采用溢流出水，进入反应器沉降室。沉降室采用折流板分隔空间，灰渣逐次沉降，保证最终出水水质合格。出水口投加酸液回调pH，并安装在线pH计调节加入量，满足工艺要求。

处理后的灰水经泵加压输送回气化炉灰水系统，根据水量及水质情况，选择性的回工艺系统或外排至污水处理。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种粉煤气化炉灰水的除硬装置，其特征是，沉降槽外排的灰水依次流经进料混合器、曝气反应器；所述进料混合器为圆管形结构，所述进料混合器的灰水进口和灰水出口设置在圆管形结构的两端，所述进料混合器的侧壁上设有至少一个NaOH溶液管线进口和至少一个CO₂气体管线进口，每个CO₂气体管线进口的方向与圆管形结构的径截面相切，所述进料混合器靠近灰水进口的侧壁上开设絮凝剂管线进口；所述曝气反应器包括沉降室和中心筒，所述中心筒设置在沉降室内部，所述中心筒内填充球形空心填料，所述中心筒的底部设有若干曝气头，所述进料混合器的物料从所述中心筒底部进入，所述中心筒内的物料从顶部溢出进入沉降室。

2.如权利要求1所述的除硬装置，其特征是，NaOH溶液管线从NaOH溶液管线进口伸入至进料混合器内；

或，每个CO₂气体管线进口均匀设置在同一圆管形结构径截面的边缘。

3.如权利要求1所述的除硬装置，其特征是，所述球形空心填料的表面设有若干毛状结构。

4.如权利要求1所述的除硬装置，其特征是，所述沉降室的设有若干折流墙体，优选的，所述每个折流墙体的上端设有齿形堰。

5.如权利要求1所述的除硬装置，其特征是，所述曝气反应器的外侧设有集水槽，所述沉降室内的上清液流入集水槽中，优选的，所述集水槽设有pH计和酸液滴加设备；

或，包括沉渣压滤设备，沉降室的沉渣排送至沉渣压滤设备。

6.一种粉煤气化炉灰水的除硬工艺，其特征是，提供进料混合器和曝气反应器，所述进料混合器为圆管形结构，所述曝气反应器包括沉降室和中心筒，所述中心筒设置在沉降室内部，所述中心筒内填充球形空心填料，所述中心筒的底部设有若干曝气头；沉降槽外排的灰水从进料混合器的一端进入后从另一端流出，CO₂气体从所述进料混合器的侧壁切向进入，NaOH溶液从所述进料混合器的侧壁进入，使得灰水中的钙镁离子与CO₂和NaOH完全反应，再向进料混合器的末端加入絮凝剂，所述进料混合器的物料从所述中心筒底部进入，向中心筒底部曝气，使得中心筒中的物料在球形空心填料的作用下产生微旋，所述中心筒内的物料从顶部溢出进入沉降室。

7.如权利要求6所述的除硬工艺，其特征是，NaOH溶液管线从NaOH溶液管线进口伸入至进料混合器内，使NaOH溶液管线增加进料混合器内物料的扰动；

或，每个CO₂气体管线进口均匀设置在同一圆管形结构径截面的边缘。

8.如权利要求6所述的除硬工艺，其特征是，所述球形空心填料的表面设有若干毛状结构。

9.如权利要求6所述的除硬工艺，其特征是，所述沉降室的设有若干折流墙体，使沉降室内的物料分梯度沉降，优选的，所述每个折流墙体的上端设有齿形堰。

10.如权利要求6所述的除硬工艺，其特征是，所述曝气反应器的外侧设有集水槽，所述沉降室内的上清液流入集水槽中，优选的，根据集水槽中的pH值，向集水槽中滴加酸液调节pH；

或，提供沉渣压滤设备，沉降室的沉渣排送至沉渣压滤设备。