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德士古气化炉水系统结垢问题 以及对策 气化三班 李奇峰 九江水系统工艺流程 气化炉激冷室底部的激冷水和洗涤塔塔底的合成气 洗涤水通过黑水管线进入闪蒸系统，逐级通过高压闪蒸 罐、低压闪蒸罐、真空闪蒸罐。高温黑水通过闪蒸降温 后，浓缩黑水中的灰渣，闪蒸后的黑水被送到沉降槽 , 闪蒸汽凝液送入除氧器和灰水槽。灰渣在沉降槽中絮凝 沉降，澄清的灰水通过沉降槽的溢流口进入灰水槽。灰 水槽的灰水通过灰水泵，一路送往脱氧槽，与新鲜水、 变换冷凝液混合，然后由高压灰水泵送往洗涤塔去洗涤 合成气，后经激冷水泵送入激冷环；一路送往锁斗冲洗 水储槽作为锁斗冲洗水；一路去固体循环槽做棒磨机的 研磨水。水系统周而复始，循环使用。 黑水：字面理解看起来为黑色的水，是从气化炉、 洗涤塔底部排出，固含量较高的水。 灰水：字面理解看起来为灰色的水，是经闪蒸和沉 降处理除去渣的水。 一般以闪蒸为分界线，闪蒸系统内为黑水，闪蒸之 后为灰水。 在九江实习过程中遇见 水系统的问题和思考 现象：一、在气化 B 系列运行期间，从气化炉激冷 室至高闪管路流量降低，即使开大角阀开度，流 量依旧较低，说明管路有堵塞现象。 二、在检修期间，发现气化炉（洗涤塔）黑水角 阀、文丘里洗涤器、高压闪蒸罐、高闪蒸汽冷凝 器等部位结垢和片垢较多。 由此引发的问题： 一、黑水管路为什么会堵？ 二、结垢的原理是什么？ 三、结垢的影响因素有哪些？ 四、结垢还会出现在哪些地方？ 五、如何应对水系统结垢的问题？ 黑水管线堵塞的原因 黑水管线堵塞的两大原因： 一、黑水析出 CaCO 3 和 MgCO 3 ，结垢后脱落堵塞管 线。 黑水系统中的灰垢会在运行过程中慢慢累积在 管壁上，一般冲洗不下来。在气化炉投料后黑水 排放过程中，管道温度升高，但垢片和管道膨胀 系数不一，造成垢片脱落。脱落的垢片在管道弯 头、阀门处聚集，最终造成黑水管道堵塞。 二、黑水中悬浮的灰渣和残碳发生局部沉降引起堵 塞。 水煤浆燃烧过后的灰渣和未反应的残碳细微颗 粒会在黑水系统中形成悬浮物。当操作系统发生 变化或黑水流量减少时，悬浮物会加速沉积并造 成管道、角阀或激冷环的堵塞。 黑系统管路结垢原理 黑水中一些离子结合后会形成在水中不溶、难 溶和微溶的物质，这些物质都很容易积累成为水 垢， 即盐类垢，通常为碳酸钙和碳酸镁。这种垢 的形成一般会经历成核长大的过程，先是少量垢 核心在管道表面成形、附着，然后更多的其它成 垢化合物在这些核心周围聚集，成为更大的垢团。 随着水流的冲刷，一部分垢被冲掉，但其它的垢 继续生成，最终可能阻塞管道。当温度高于 60 ℃ 时，会出现明显的结垢趋势，温度越高，结垢的 趋势越严重。 水的流速也会明显地影响结垢的趋势。水的流 动越缓和，成垢核心生长的环境越稳定，随着管 道输送介质流速的降低，水垢出现的概率逐渐提 高，流速和流向的突然改变也会使结垢加剧。 结垢严重的管路 水煤浆是德士古气化炉的原料，但也是水系统 结垢的根源。原料中的大量钙镁元素和新鲜水加 入的少量钙镁元素，以 Ca 2+ 和 Mg 2+ 形式存在黑水 中。煤气中的 CO 2 会溶于黑水形成 CO 3 2- 和 HCO 3 - ， 在较高温度下会生成 MgCO 3 和 CaCO 3 的沉淀并积 累成垢。此外，黑水系统还会在酸性环境下发生 少量硅酸盐结垢（以硅酸钙和硅酸镁为主）。 水结垢涉及的反应方程： CO 2 +H 2 O=H + +HCO 3 — 2HCO 3 — =CO 3 2 — +CO 2 +H 2 O Ca(HCO 3 ) 2 =CaCO 3 ↓ +CO 2 ↑ +H 2 O Mg(HCO 3 ) 2 =MgCO 3 ↓ +CO 2 ↑ +H 2 O Ca 2+ + SiO 3 2 — =CaSiO 3 ↓ ( 酸性 ) Mg 2+ +SiO 3 2 — =MgSiO 3 ↓ ( 酸性 ) 结垢的影响因素 一、温度对结垢的影响 温度对结垢的影响主要是改变易结垢盐类的溶 解度。大多数垢盐随温度的升高而降低。 二、水中硬度的影响。硬度越高，钙镁离子含量就 越高，其结垢效果就越明显。 三、流速对结垢的影响。污垢增长率随着流体速度 增大而减小。虽然流速增大可以增加污垢沉积率 , 但流速增大所引起的剥蚀率的增大更为显著，因 而造成总的增长率减小。流速降低时，介质中携 带的盐垢和灰分、残碳沉积概率增大，管道结垢 的概率也明显加大，特别是在结构突变的部位 （如弯管、角阀处）。 四、 pH 值对结垢的影响。提高溶液的 pH 值，碳酸 盐将迅速结晶， 污垢形成的诱导期缩短，促进污 垢的生长。降低 pH 值有助于减缓碳酸盐结垢，但 pH 值太低，会加大系统酸性腐蚀 。而过高的 pH 值会加重水系统碱性结垢。介质 pH 值的确定，需 要同时考虑这两方