CN206219345U - 一种改善德士古气化炉灰水水质的处理系统 - Google Patents

Abstract

一种改善德士古气化炉灰水水质的处理系统，包括黑水沉降槽、Ca²⁺、Mg²⁺反应沉淀池、灰水收集槽和过滤机给料池，所述黑水沉降槽的底部出口连接过滤机给料池，过滤机给料池的出口连接第一过滤机给料泵，第一过滤机给料泵的出口连接粗渣过滤机，黑水沉降槽的上部出口连接Ca²⁺、Mg²⁺反应沉淀池，Ca²⁺、Mg²⁺反应沉淀池的上部排水口连接排水泵，排水泵的出水口连接灰水收集槽，灰水收集槽的溢流堰出口连接激冷水进水泵，Ca²⁺、Mg²⁺反应沉淀池底部的沉淀出口连接沉淀收集池；本实用新型能偶快速高效去除灰水Ca²⁺、Mg²⁺，极大改善灰水水质，解决激冷水处理系统容易结垢问题，流程简单、易于操作，延长了设备检修周期和生产周期。

Description

一种改善德士古气化炉灰水水质的处理系统

技术领域

本实用新型涉及工业废水处理技术领域，尤其是一种改善德士古气化炉灰水水质的处理系统。

背景技术

近年来我国以生产洁净能源（如氢气、甲烷、甲醇等）或替代石油化工产品（如乙烯原料、聚丙烯原料、二甲醚等）为主的新型煤化工的产业发展势头强劲。其中德士古（GE）水煤浆气化技术是目前国内外应用较为成功的煤气化技术之一，在我国已经有30多年的应用历史。GE气化炉是德士古水煤浆加压气化装置的核心设备，它包括燃烧室和激冷室两部分，上部为燃烧室，下部为激冷室，内有激冷环、下降管、上升管和折流挡板等主要部件。和气化炉相连的渣水辅助设施有气化炉排渣系统、水煤浆洗涤、黑水闪蒸及黑水处理系统等。在气化炉燃烧室中水煤浆在高温高压通氧条件下转化为合成气和少量的熔渣，在下降管的引导下， 出气化炉进入到气化炉激冷室液面下，在激冷水作用下急剧降温熔渣被冷却固化后经锁斗排出；合成气则进入洗涤塔进一步洗涤除尘。

从气化炉、洗涤塔底部直接排出温度、压力较高的工艺水，颜色发黑，含固量10-15%、且溶有H₂S、CO₂、NH₃等气体称为黑水；黑水经多级闪蒸后进入沉降槽，经过絮凝澄清处理后的出水为灰水，其含固量进一步降低、H₂S、CO₂、NH₃等气体含量均降低。为了降低工艺耗水量，有近四分之三的灰水用作激冷水又回用到气化炉中，剩余部分的灰水排入污水处理系统。但由于灰水中含有大量的Ca²⁺、Mg²⁺，常造成激冷水管线和输水管线结垢严重，灰水质量的优劣直接关系到气化炉运行状况的好坏，生产过程中各大煤化工企业均发生过由于管线严重结垢而被迫全线停车检修的经历。因此，水系统的结垢问题一直是德士古煤制气工艺无法长周期稳定运行的一大难题。

实用新型内容

本实用新型旨在提供一种快速高效去除灰水Ca²⁺、Mg²⁺，极大改善灰水水质，解决激冷水处理系统容易结垢问题，流程简单、易于操作，延长了设备检修周期和生产周期，同时产生的沉淀以CaCO₃为主，CaO含量高于52%，可作为极好的建筑材料得以回收以降低处理成本，煤制气工艺产生的灰水通过本系统处理后，水中结垢离子得以显著去除，极大地提高了灰水作为气化炉激冷水的水质，解决激冷水处理系统容易结垢问题的改善德士古气化炉灰水水质的处理系统。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种改善德士古气化炉灰水水质的处理系统，包括黑水沉降槽、Ca²⁺、Mg²⁺反应沉淀池、灰水收集槽和过滤机给料池，所述黑水沉降槽的底部出口连接过滤机给料池，过滤机给料池的出口连接第一过滤机给料泵，第一过滤机给料泵的出口连接粗渣过滤机，黑水沉降槽的上部出口连接Ca²⁺、Mg²⁺反应沉淀池，Ca²⁺、Mg²⁺反应沉淀池的上部排水口连接排水泵，排水泵的出水口连接灰水收集槽，灰水收集槽的溢流堰出口连接激冷水进水泵，Ca²⁺、Mg²⁺反应沉淀池底部的沉淀出口连接沉淀收集池。

作为本实用新型的进一步方案：所述Ca²⁺、Mg²⁺反应沉淀池内设有搅拌器，顶部设有NaOH管、Na2CO3管和加絮凝剂管。

作为本实用新型的进一步方案：所述Ca²⁺、Mg²⁺反应沉淀池的沉淀出口处设有沉淀出口阀门。

作为本实用新型的进一步方案：所述灰水收集槽一侧设有加酸管，灰水收集槽的排水口处设有PH检测器。

作为本实用新型的进一步方案：所述沉淀收集池通过第二过滤机给料泵进入沉淀过滤机。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：该改善德士古气化炉灰水水质的处理系统具有以下优点：一、德士古气化炉煤制气原工艺流程中产生的黑水经过沉降槽沉淀后，溢流堰出水即为灰水，其硬度常常在1200-1460mg/L之间，远超过在25℃时二者混合后的饱和水溶液的硬度323. 1mg /L ( 以CaCO₃计)，因此生产中输送管线结垢严重，对生产影响很大。本专利对Ca²⁺、Mg²⁺离子进行沉淀处理，将硬度降低到50-200mg/L，控制在不易结垢的安全范围，因此极大地提高了灰水作为气化炉激冷水的水质，解决激冷水处理系统容易结垢问题，使设备检修周期延长约6个月以上。

二、对煤制气工艺灰水中Ca²⁺、Mg²⁺离子进行沉淀处理后，产生的沉淀以CaCO₃为主，CaO含量高于52%，可作为极好的建筑材料得以回收利用，这样即降低处理药剂成本，又对废水中Ca、Mg金属资源进行了回收，实现循环经济和清洁生产的理念。

三、 煤制气工艺灰水中约四分之一的灰水进入后续生化系统处理，通常灰水NH₄ ⁺-N浓度为280-400 mg/L，COD为800-1200 mg/L，由于碳氮比低，因此造成生化系统氨氮处理不易达标、且总氮超标的现象。而本专利通过沉淀过程，不仅大幅度降低灰水硬度，而且同时去除灰水中部分NH₄ ⁺-N，且去除率达到15-30%，因此能极好地改善后续生化系统NH₄ ⁺-N处理效果，使总氮减排提高3-5%以上，同时也降低了废水处理成本。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1，本实用新型实施例中，一种改善德士古气化炉灰水水质的处理系统，包括黑水沉降槽1、Ca²⁺、Mg²⁺反应沉淀池2、灰水收集槽3和过滤机给料池4，所述黑水沉降槽1的底部出口连接过滤机给料池4，过滤机给料池4的出口连接第一过滤机给料泵5，第一过滤机给料泵5的出口连接粗渣过滤机6，黑水沉降槽1的上部出口连接Ca²⁺、Mg²⁺反应沉淀池2，Ca²⁺、Mg²⁺反应沉淀池2的上部排水口连接排水泵15，排水泵15的出水口连接灰水收集槽3，灰水收集槽3的溢流堰出口连接激冷水进水泵18，Ca²⁺、Mg²⁺反应沉淀池2底部的沉淀出口连接沉淀收集池12。

上述，Ca²⁺、Mg²⁺反应沉淀池2内设有搅拌器7，顶部设有NaOH管8、Na₂CO₃管9和加絮凝剂管10。

上述，Ca²⁺、Mg²⁺反应沉淀池2的沉淀出口处设有沉淀出口阀门11。

上述，灰水收集槽3一侧设有加酸管16，灰水收集槽3的排水口处设有PH检测器17。

上述，沉淀收集池12通过第二过滤机给料泵13进入沉淀过滤机14。

上述，Ca²⁺、Mg²⁺反应沉淀池2为间歇式操作，生产中根据实际产水量和反应器容积，配置2-4台。

本实用新型的结构特点及其原理：黑水沉降槽1上部出水进入Ca²⁺、Mg²⁺反应沉淀池2，在入水量达到Ca²⁺、Mg²⁺反应池体积的四分之一后，开启搅拌器7，控制转速为300-350rpm，打开加NaOH管8至加药完成，同时保持本台搅拌器7继续搅拌15-20min后，打开加Na₂CO₃管9至加药完成，并保持搅拌，在进水和加药都完成后继续搅拌20min后，调整搅拌器转速为200-250 rpm，然后开启加絮凝剂管10，加入有机絮凝剂PAM，约10min后加药完成，继续搅拌15-20min后，停止搅拌器7并静置。搅拌器7停止后，开启另一台Ca²⁺、Mg²⁺反应沉淀池，进行同样操作，不同的Ca²⁺、Mg²⁺反应沉淀池间歇式交替运行，根据产生的水量和反应池的体积确定需要的Ca²⁺、Mg²⁺反应沉淀池数量。在搅拌器7停止并静置1.5-2h后，开启与Ca²⁺、Mg²⁺反应沉淀池2上部排水口相连的排水泵15，通过排水泵15沉淀后的灰水被排入灰水收集槽3，通过加酸管16、pH检测器17完成加酸调节的过程后，出水口灰水pH值达到9.0左右排出，通过激冷水泵18进入管线进入气化炉回用。

黑水沉降槽1底部沉淀即粗渣通过阀门进入过滤机给料池4，再由第一过滤机给料泵5出口进入粗渣过滤机6中进行过滤，粗渣通过过滤机6后进行外排。

上述中，在Ca²⁺、Mg²⁺反应沉淀池2顶部设置加NaOH管8、加Na₂CO₃管9中，加絮凝剂管10，所述的NaOH为化学纯、分析纯或工业用NaOH，配制成饱和溶液或任意浓度后投加，NaOH加入量控制在与灰水中Ca²⁺、Mg²⁺离子的摩尔比为0.85﹕1--1.15﹕1，所述的NaCO₃为化学纯、分析纯或工业用Na₂CO₃，可配制成饱和溶液或任意浓度或直接固体方式进行投加，Na₂CO₃加入量控制在与灰水中Ca²⁺、Mg²⁺离子的摩尔比为0.85﹕1--1.2﹕1，所述的絮凝剂为有机絮凝剂PAM，浓度为0.5%，PAM投加量与进水总体积比为1:240左右。NaOH和Na₂CO₃与灰水中Ca²⁺、Mg²⁺离子在搅拌条件下充分反应，生成CaCO₃、MgCO₃、Mg(OH)₂等形式的沉淀。由于静置后2-3h内还有一些非常细小絮状沉淀悬浮在溶液中，有机絮凝剂PAM的加入起到了加速沉淀获得更好的沉淀效果的作用。同时由于NaOH和Na₂CO₃加入后使溶液pH值升高，根据灰水中Ca²⁺、Mg²⁺离子的浓度不同，在反应结束后通常pH值为9.8-10.3。由于强碱性和搅拌条件下使得灰水中NH₄ ⁺-N被部分去除，其去除率达到20-30%。

上述中，当Ca²⁺、Mg²⁺反应沉淀池2排放完灰水后，打开底部沉淀出口阀门11后，沉淀进入沉淀收集池12，通过第二过滤机给料泵13进入沉淀过滤机14。由于德士古气化炉温度高，煤的气化过程分解较为完全，因此经过黑水沉降槽1沉淀后，水质较为清澈透明，SS仅为20-60mg/L，沉淀为白色，以CaCO₃为主要成分，经测定CaO含量高于52%，可作为极好的建筑材料得以回收，在过滤机14过滤后送制砖厂做建材原料。

上述中，Ca²⁺、Mg²⁺反应沉淀池2为间歇式操作，生产中根据实际产水量和反应器容积，配置2-4台以上。

应用例一：

以中国石油化工股份有限公司茂名分公司德士古气化炉为实施对象，经黑水沉降槽沉淀后的灰水中含Ca²⁺ 1200mg/L、Mg²⁺ 140mg/L、NH₄ ⁺-N 320.7mg/L，COD 1023.2mg/L、SS为26mg/L、pH值8.34，黑水沉降槽出水进入Ca²⁺、Mg²⁺反应沉淀池，在入水量达到池体积的四分之一后，开启池中搅拌器，控制转速为300-350rpm，并打开加NaOH管，约10min后加药完成，NaOH与Ca²⁺离子摩尔浓度比为0.85:1，继续搅拌15-20min后，打开加Na₂CO₃管，约10min后加药完成，Na₂CO₃与Ca²⁺离子摩尔浓度比为0.85:1。在进水和加药都完成后继续搅拌20min后，调整搅拌器转速为200-250 rpm，然后开启加絮凝剂管10，加入有机絮凝剂PAM，浓度为0.5% PAM投加量与进水总体积比为1:240左右，约10min后加药完成，继续搅拌15-20min后，停止搅拌器并静置。同时开启另一台Ca²⁺、Mg²⁺反应沉淀池，进行同样操作。在Ca²⁺、Mg²⁺反应沉淀池静置1.5-2h后，开启与其上部排水口相连的排水泵，通过排水泵将沉淀后的灰水排入灰水收集槽中，此时对灰水监测指标为：硬度为137mg/L、NH₄ ⁺-N 277.1mg/L，COD993.5mg/L、pH值9.89，因此在经过沉淀反应后灰水水中Ca²⁺、Mg²⁺离子被大幅度去除，并且强碱性和搅拌条件下使得灰水中NH₄ ⁺-N被部分去除，去除率达到13.6%，水质被显著改善。当灰水排入灰水收集槽入口处时通过加酸管加入盐酸，由于水流的湍流作用，盐酸与灰水在灰水收集槽里充分混匀，出水口灰水pH值达到8.97，通过激冷水泵进入激冷水管线系统后到气化炉回用。

本系统中有两类沉淀，一类是在Ca²⁺、Mg²⁺反应沉淀池中产生的沉淀，NaOH和NaCO₃与灰水中Ca²⁺、Mg²⁺离子在搅拌条件下充分反应，生成CaCO₃、MgCO₃、Mg(OH)₂等沉淀，沉淀为白色。上述中，当Ca²⁺、Mg²⁺反应沉淀池排放完灰水后，打开底部沉淀出口阀门，沉淀进入沉淀收集池，通过过滤机给料泵进入沉淀过滤机。由于Ca²⁺离子浓度远大于Mg²⁺离子浓度，且灰水SS浓度小，所以沉淀以CaCO₃为主要成分，经测定沉淀中CaO含量高于52%，可作为极好的建筑材料得以回收，在过滤机过滤后送制砖厂做建材原料。另一类沉淀是黑水沉降槽产生的粗渣，在槽底部收集后排入过滤机给料池中，再由过滤机给料泵送入粗渣过滤机中进行过滤，最后粗渣进行外排。

本系统流程简单、易于操作，是一种快速高效去除灰水Ca²⁺、Mg²⁺离子的新型灰水处理系统，使设备检修周期延长约6个月以上，产生的沉淀可作为极好的建筑材料得以回收利用。同时去除灰水中部分NH₄ ⁺-N，且去除率达到15-30%，因此能极好地改善后续生化系统NH₄ ⁺-N处理效果，使总氮减排提高3-5%以上，同时也降低了废水处理成本。

应用例二：

以中国石油化工股份有限公司茂名分公司德士古气化炉为实施对象，经黑水沉降槽沉淀后的灰水中含Ca²⁺ 1170mg/L、Mg²⁺ 121.5mg/L、NH₄ ⁺-N 238.6mg/L，COD 972.6mg/L、SS为60mg/L、pH值8.13，黑水沉降槽出水进入Ca²⁺、Mg²⁺反应沉淀池，在入水量达到池体积的四分之一后，开启池中搅拌器，控制转速为300-350rpm，并打开加NaOH管，约10min后加药完成，NaOH与Ca²⁺离子摩尔浓度比为1.15:1，搅拌器继续搅拌15-20min后，打开加NaCO₃管，约10min后加药完成，Na₂CO₃与Ca²⁺离子摩尔浓度比为1.05:1。在进水和加药都完成后继续搅拌20min后，调整搅拌器转速为200-250 rpm，然后开启加絮凝剂管，加入有机絮凝剂PAM，浓度为0.5% PAM投加量与进水总体积比为1:240左右，约10min后加药完成，继续搅拌15min后，停止搅拌器并静置。同时开启另一台Ca²⁺、Mg²⁺反应沉淀池，进行同样操作。在Ca²⁺、Mg²⁺反应沉淀池静置1.5-2h后，开启与其上部排水口相连的排水泵，通过排水泵将沉淀后的灰水排入灰水收集槽中，此时对灰水监测指标为：硬度为68mg/L、NH₄ ⁺-N 170.2mg/L，COD993.5mg/L、pH值10.1，因此在经过沉淀反应后灰水水中Ca²⁺、Mg²⁺离子被大幅度去除，并且强碱性和搅拌条件下使得灰水中NH₄ ⁺-N被部分去除，去除率达到28%以上，水质被显著改善。当灰水排入灰水收集槽入口处时通过加酸管加入盐酸，由于水流的湍流作用，盐酸与灰水在灰水收集槽里充分混匀，出水口灰水pH值达到9.01，通过激冷水泵进入激冷水管线系统后到气化炉回用。

本系统中有两类沉淀，一类是在Ca²⁺、Mg²⁺反应沉淀池中产生的沉淀，NaOH和Na₂CO₃与灰水中Ca²⁺、Mg²⁺离子在搅拌条件下充分反应，生成CaCO₃、MgCO₃、Mg(OH)₂等沉淀，沉淀为白色。上述中，当Ca²⁺、Mg²⁺反应沉淀池排放完灰水后，打开底部沉淀出口阀门，沉淀进入沉淀收集池，通过过滤机给料泵进入沉淀过滤机。由于Ca²⁺离子浓度远大于Mg²⁺离子浓度，且灰水SS浓度小，所以沉淀以CaCO₃为主要成分，经测定沉淀中CaO含量高于52%，可作为极好的建筑材料得以回收，在过滤机过滤后送制砖厂做建材原料。另一类沉淀是黑水沉降槽产生的粗渣，在槽底部收集后排入过滤机给料池中，再由过滤机给料泵送入粗渣过滤机中进行过滤，最后粗渣进行外排。

本系统流程简单、易于操作，是一种快速高效去除灰水Ca²⁺、Mg²⁺离子的新型灰水处理系统，使设备检修周期延长约6个月以上，产生的沉淀可作为极好的建筑材料得以回收利用。同时去除灰水中部分NH₄ ⁺-N，且去除率达到15-30%，因此能极好地改善后续生化系统NH₄ ⁺-N处理效果，使总氮减排提高3-5%以上，同时也降低了废水处理成本。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.一种改善德士古气化炉灰水水质的处理系统，包括黑水沉降槽、Ca²⁺、Mg²⁺反应沉淀池、灰水收集槽和过滤机给料池，其特征在于，所述黑水沉降槽的底部出口连接过滤机给料池，过滤机给料池的出口连接第一过滤机给料泵，第一过滤机给料泵的出口连接粗渣过滤机，黑水沉降槽的上部出口连接Ca²⁺、Mg²⁺反应沉淀池，Ca²⁺、Mg²⁺反应沉淀池的上部排水口连接排水泵，排水泵的出水口连接灰水收集槽，灰水收集槽的溢流堰出口连接激冷水进水泵，Ca²⁺、Mg²⁺反应沉淀池底部的沉淀出口连接沉淀收集池。

2.根据权利要求1所述的一种改善德士古气化炉灰水水质的处理系统，其特征在于，所述Ca²⁺、Mg²⁺反应沉淀池内设有搅拌器，顶部设有NaOH管、Na₂CO₃管和加絮凝剂管。

3.根据权利要求1所述的一种改善德士古气化炉灰水水质的处理系统，其特征在于，所述Ca²⁺、Mg²⁺反应沉淀池的沉淀出口处设有沉淀出口阀门。

4.根据权利要求1所述的一种改善德士古气化炉灰水水质的处理系统，其特征在于，所述灰水收集槽一侧设有加酸管，灰水收集槽的排水口处设有PH检测器。

5.根据权利要求1所述的一种改善德士古气化炉灰水水质的处理系统，其特征在于，所述沉淀收集池通过第二过滤机给料泵进入沉淀过滤机。