CN112578078A - 一种用于气化装置的水质Ca2+、Mg2+在线监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于气化装置的水质Ca²⁺、Mg²⁺在线监测方法。它采用对低温低压灰水与高温高压灰水同时进行在线测量，然后进行对比的方法。其中高温高压灰水需要模拟气化炉的操作条件。该方法主要包含有加热器、循环水冷却器（17）、减压阀（16）、过滤器（14、15）、在线滴定分析仪设备。利用该方法，能够及时的测定水质中Ca²⁺、Mg²⁺含量，同时检测水质在高温高压下的稳定性，达到延缓气化炉系统结垢，延长气化炉运行周期的目的。

Description

一种用于气化装置的水质Ca2+、Mg2+在线监测方法

技术领域

本发明属于工业水质Ca²⁺、Mg²⁺在线监测方法，具体涉及化工装置、尤其是含有水循环系统的气化装置中水质Ca²⁺、Mg²⁺在线监测。

背景技术

含有水循环系统的气化装置主要包含但不限于水煤浆气化、粉煤加压气化等气化工艺，下面主要以水煤浆气化为例来进行说明。

水煤浆气化一个关键控制点为系统水质的把控，水系统是水煤浆气化装置的重要技术环节之一，是气化装置的血液。气化装置生产的灰、黑水属于高硬度、高悬浮物的严重结垢型水质。该系统运行正常与否，是气化装置能否长周期稳定高负荷运行的关键，同时也直接影响着各主要设备的使用寿命。

水煤浆气化装置水系统工艺流程：来自净化装置变换单元的低温变换凝液、少量脱盐水补水和大部分来自灰水槽的低压灰水进入除氧器除氧后，由高压灰水泵送入洗涤塔洗涤粗煤气，洗涤塔内上层含固量较低的灰水通过激冷水泵再送入气化炉激冷环，激冷、洗涤粗煤气及灰渣。气化炉、洗涤塔洗涤粗煤气产生的两股黑水进入闪蒸系统进行四级闪蒸，回收黑水中的热力及蒸汽，同时黑水不断浓缩，冷却至室温后进入沉降槽沉降，沉降槽上层清液溢流至灰水槽，再通过低压灰水泵将大部分灰水送至除氧器循环，部分多余的灰水外送废水厂进行处理。

黑水进入沉降槽时，需要同时加入絮凝剂进行快速絮凝沉降，沉降槽内上清液需要通过加入阻垢分散剂混合后进入灰水槽，防止在气化装置水系统循环过程中结垢，堵塞管道和设备。目前主要通过每天一次对系统内低压灰水进行手动分析，分析频率过低，同时目前没有对高温高压下的入炉水质进行分析，系统的水质难以得到保证，从而导致目前大多数气化系统出现大面积快速结垢，严重制约着气化炉的长周期稳定运行。

水煤浆气化炉系统结垢部位主要集中在激冷环、下降管与上升管环隙、大黑水管线以及第二真空闪蒸分离罐。气化炉系统结垢严重后，会带来特别严重的后果：（1）激冷环堵塞，激冷水分步不均匀，造成激冷室内下降管上激冷水幕减少甚至断流，该处的激冷环及下降管暴露在高温合成气下，很快就会发生变形，进一步恶化激冷水分步；（2）下降管与上升管环隙堵塞，环隙主要用来引导合成气出气化炉至洗涤塔，环隙堵塞后，合成气流通横截面积减少，合成气的流速加快，加大了对激冷水的扰动，合成气中细灰得不到沉降，被合成气带入环隙中，加速了环隙的堵塞。环隙堵塞可能会不均匀，造成单侧流速过快，引起两侧收缩不均，造成下降管与上升管变形；（3）气化炉激冷室至高压闪蒸分离罐管线（简称：大黑水管线）堵塞后，造成大黑水流量急剧下降，气化炉内黑水不能及时排出，导致激冷室内细灰偏多，随着合成气带入环隙及洗涤塔内，甚至造成气化炉带水现象产生，使气化炉不得不降负荷；（4）水系统结垢会使低压灰水及高压系统等公用系统管线结垢，造成气化装置内公用系统水系统循环量下降，不能满足生产需要，必要时得全厂停车进行检修。

发明内容

本发明的目的是提供一种化工装置、尤其是含有水循环系统的气化装置中水质Ca²⁺、Mg²⁺在线监测方法。本发明首先对低温低压灰水与高温高压灰水水质中的Ca²⁺、Mg²⁺进行在线监测，然后通过两者进行比较，来判别水质是否满足气化装置的需求，从而为实现装置的稳定满负荷生产提供了有效手段。

具体而言，本发明的技术方案涉及：

一种用于在化工装置中，尤其是含有水循环系统的气化装置中水质Ca²⁺、Mg²⁺在线监测方法，包括如下步骤。

步骤一、确定低温低压灰水及高温高压灰水取样点；

水煤浆气化装置中的水质Ca²⁺、Mg²⁺在线监测，不仅需要监测低压灰水，而且需要通过监测高温高压灰水的水质，来综合判断该水质进入气化炉激冷室后的稳定性。因此，选择低温低压灰水和高温高压灰水取样点是日常生产中和本发明首先需要解决的问题；

这两类取样点的选择，需要结合具体的情况来选择。一般情况下，都是从装置安全及配管方便的角度考虑。通常认为将低温低压灰水取样点选择在各个低压灰水槽出口，用于及时检测该灰水槽内水质状况。高温高压灰水取样点需要将低压灰水加热至260℃，升压至6.5MPa后来模拟气化炉内结垢环境。如果现场暂时没有相应条件，可将该取样点选择在高压灰水泵出口处或灰水加热器出口处，这样方便操作同时压力等级能够满足需求。

步骤二、选取合适的Ca²⁺、Mg²⁺在线监测仪表；

由于气化装置内水质恶劣，水质中含有Cl^-、Fe³⁺、SO₄ ^2-、NH₄ ⁺、Na⁺，总可溶性固体在4500mg/L，包含各类盐，成分比较复杂，同时水质中的浊度为50mg/L，较为浑浊。目前Ca²⁺、Mg²⁺在线监测仪表众多，选择的仪表应该能够测量出Ca²⁺、Mg²⁺同时不被其他离子干扰；

在本发明的方法中，选用的是在线电位滴定仪。该仪表选择的滴定试剂只针对Ca^{2 +}、Mg²⁺而不受其他离子所干扰，准确性高。

步骤三、为高压灰水设置预处理箱；

高压灰水泵出口压力已达到气化炉激冷室压力6.5MPa，但是温度只能达到100℃左右，未能达到气化炉激冷室内260℃的环境。为了进一步模拟气化炉激冷内的温度环境，需要对取样点处的高压灰水通过电加热或4.1MPa蒸汽进行加热，加热至260℃，再通过循环水冷却至室温、减压阀减压至常压下，经过滤系统后，引入在线分析仪中，进行二次分析检测；

在本发明的方法中，为高压灰水处设置的预处理箱，包含有需要采用电加热或4.1MPa蒸汽加热的加热器、循环水冷却器及过滤器。既能保证高压灰水能够达到气化炉操作环境，又能保证在线测量过程中不会对分析仪造成高温损坏。

步骤四、在线监测低温低压灰水中Ca²⁺、Mg²⁺含量；

在本发明中，能够在线监测低温低压灰水水质中Ca²⁺、Mg²⁺含量，从而及时判断絮凝剂的选型和加入量是否合理。

步骤五、将低温低压灰水处检测值与高温高压灰水处检测值进行比较；

在高温高压情况下，水质中Ca²⁺、Mg²⁺必然会析出，但是由于气化装置内低压灰水中加入了阻垢性分散剂，在高温高压环境下能够阻止Ca²⁺、Mg²⁺的析出。通过对比两次在线分析结果能够对水质系统进行判断；

在本发明的方法中，可通过低压灰水处的在线监测来判断絮凝剂选型及添加量是否合理。本发明的办法着重通过两次的在线测量结果来判断水质在高温高压情况下的稳定性。若第二次在线测量结果降低过多，则证明该水质中的阻垢性分散剂选型有问题或者是添加量不佳，操作人员应该根据该结果进行相应的调整操作，来满足气化炉系统的需求。

利用本发明提供的方法对水煤浆气化装置的水质系统进行监控，可以获得很好的效果。絮凝剂、阻垢分散剂药剂配方更换或添加量变化，以及气化原料煤变化等问题出现时，将导致水系统中Ca²⁺、Mg²⁺变化。通过采用本发明提供的方法能够及时进行监测水质的变化。这样做的好处有：（1）通过该方法能够完成对高温高压下的水质进行监测；（2）当气化炉原料煤质发生变化时，通过本发明能够及时监测到气化装置水系统中水质的变化情况，反馈给操作人员，进行调整；（3）当出现由于絮凝剂泵、阻垢分散剂泵损坏、管线堵塞而造成药剂添加量失调，或沉降槽底排污故障损坏等情况时，通过本发明能够及时发现，并进行相应调整；（4）当絮凝剂、阻垢分散剂药剂配方改变后，能够通过本发明检验该药剂是否能够满足气化装置需求；（5）气化系统水质恶化后，能够及时找到水质恶化根源，加强了对水质的监控力度。同时水质改善后，能够有效防止气化炉系统内结垢，延长气化炉运行周期，解决了制约气化炉运行周期的关键问题。

附图说明

图1. 水煤浆气化装置水系统流程

说明：1—气化炉；2—激冷水过滤器；3—激冷水泵；4—洗涤塔；5—高压闪蒸罐；6—低压闪蒸罐；7—第一真空闪蒸罐；8—第二真空闪蒸罐；9—沉降槽；10—灰水槽；11—低压灰水泵；12—除氧器；13—高压灰水泵；

A—低压灰水取样点；B—高压灰水取样点1（高压灰水泵出口处）；C—高压灰水取样点2（灰水加热器出口处）。

图2. 气化装置水质Ca²⁺、Mg²⁺在线监测配置简图

说明：14—过滤器；15—过滤器；16—减压阀；17—循环水冷却器。

具体实施方式

以下结合附图并通过实施例对本发明做进一步说明：

具体实施方式为。

1.水煤浆气化装置的水系统流程见附图1，来自净化装置变换单元的低温变换凝液、少量脱盐水补水和大部分来自灰水槽（10）的低压灰水进入除氧器（12）除氧后，由高压灰水泵（13）送入洗涤塔（4）洗涤粗煤气，洗涤塔内上层含固量较低的灰水通过激冷水泵（3）输送至激冷水过滤器（2）过滤后，再送入气化炉（1）激冷环，激冷、洗涤粗煤气及灰渣。气化炉、洗涤塔洗涤粗煤气产生的两股黑水进入高压闪蒸罐（5）、低压闪蒸罐（6）、二级真空闪蒸罐（7、8）进行闪蒸分离，回收黑水中的热力及蒸汽，同时黑水不断浓缩，冷却至室温后进入沉降槽沉降（9），沉降槽上层清液溢流至灰水槽（10），再通过低压灰水泵（11）将大部分灰水送至除氧器（12）循环，部分多余的灰水外送废水厂进行处理。

2.在图1所示实施例中，低压灰水取样点为A处（灰水槽进入低压灰水泵前），高温高压灰水取样点为B处（高压灰水泵出口处）。

3.在图2所示实施例中，低压灰水取样点A处自流入过滤器（14）中，经过滤后直接进入在线分析中进行分析；高温高压灰水取样点B处，先经过电加热进行加热，加热至260℃，再次取样，经循环水冷却器（17）降至常温后，再通过减压阀（16）降至常压后，经过滤器（15）过滤后，进入在线分析中进行分析。

4.通过对比两种在线水质的Ca²⁺、Mg²⁺含量，来判断系统水质在高温高压情况的稳定性。

利用本发明的方法，能够及时获取系统水质情况，及时对系统的絮凝剂、阻垢分散剂进行调整，能够有效防止气化炉系统内结垢，延长气化炉的运行周期，解决了制约气化炉运行周期的关键问题，获得了理想的经济效益。

Claims (7)

1.一种用于气化装置的水质Ca²⁺、Mg²⁺在线监测方法，包括如下步骤：

步骤一、确定低温低压灰水取样点及高温高压灰水取样点；

步骤二、选取Ca²⁺、Mg²⁺在线监测仪表；

步骤三、为高压灰水设置预处理箱；

步骤四、在线监测低温低压灰水；

步骤五、将低温低压灰水处检测值与高温高压灰水处检测值进行比较，通过两次的在线测量结果作为判断水质在高温高压情况下的稳定性，若第二次在线测量结果降低过多，则证明该水质中的阻垢性分散剂选型有问题或者是添加量不佳，系统水质不稳定，容易在气化炉系统内结垢。

2.根据权利要求 1所述的方法，其中所述气化装置是含有水循环系统的气化装置，包含但不仅限于水煤浆气化及航天炉粉煤加压气化工艺。

3.根据权利要求 1 所述的方法，其中在所述步骤一中，将低温低压灰水取样点设置在低压灰水槽出口，将高温高压灰水取样点设置在高压灰水泵出口导淋处或灰水加热器出口导淋处。

4.根据权利要求1所述的方法，其中在所述步骤二中，所述在线监测仪表选用的是电位滴定仪。

5.根据权利要求1所述的方法，其中在所述步骤三中，所述预处理箱包含加热器、循环水冷却器、减压阀和过滤器。

6.根据权利要求1所述的方法，其中在所述步骤四中，采用低温低压灰水处检测值来判断絮凝剂的选型和加入量是否合理。

7.根据权利要求1所述的方法，其中在所述步骤五中，采用低温低压灰水与高温高压灰水在线监测值来判断分散剂的选型和加入量是否合理，从而判断系统水质是否稳定。

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