第２９卷第７期 Ｖ０１．２９ Ｎｏ．７ ． 企业技术开发 ２０１０年４月 Ａｐｒ．２０１０ ＴＥＣＨＮ０Ｌ０ＧＩＣＡＬ ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ ０Ｆ ＥＮＴＥＲＰＲＩＳＥ 合成氨造气废水闭路循环治理方案 陈小奇 （株洲首创水务有限责任公司河西污水处理厂，湖南株洲４１２００５） 摘要：造气废水闭路循环是清洁生产的基本要求。通过清污分流、源头控制、分类治理等综合措施，实现造气废水 闭路循环是完全可能，也是可行的。 关键词：闭路循环；清洁生产；絮凝；水量平衡 中图分类号：Ｘ７８１．０３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６—８９３７（２０１０）０７—００３０—０３ Ｔｈｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｓｃｈｅｍｅ ｏｆ ｃｌｏｓｅｄ ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｍａｋｉｎｇ－ｇａｓ ｗａｓｔｅ ｗａｔｅｒ ｔｈｒｏｕｇｈ ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ａｍｍｏｎｉａ ＣＨＥＮ Ｘｉａｏ—－ｑｉ （Ｈｅｘｉ Ｓｅｗａｇｅ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ Ｐｌａｎｔ，Ｚｈｕｚｈｏｕ Ｏｒｉｇｉｎａｔｅ Ｗａｔｅｒ Ａｆｆａｉｒｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｚｈｕｚｈｏｕ，Ｈｕｎａｎ ４１２００５，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｃｌｏｓｅｄ ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｍａｋｉｎｇ－ｇａｓ ｗａｓｔｅ ｗａｔｅｒ ｉｓ ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｃｌｅａｎ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｓｈｕｎｔｉｎｇ ｃｌｅａｎ ｗａｔｅｒ ａｎｄ ｓｅｗａｇｅ，ｅｏｎｔｒｏｌｉｎｇ ｓｏｕｒｃｅ，ｃｌａｓｓｉｉｆｅｄ ｇｏｖｅｒｎａｎｃｅ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｍｅａｓｕｒｅｓ，ｒｅａｌｉｚｉｎｇ ｔｈｅ ｃｌｏｓｅｄ ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｍａｋｉｎｇ－ｇａｓ ｗａｓｔｅ ｗａｌｅｒ ｉｓ ｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙ ｐｏｓｓｉｂｌｅ ａｎｄ ｆｅａｓｉｂｌｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｌｏｓｅｄ ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ；ｃｌｅａｎ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ；ｆｌｏｃｃｕｌａｔｉｏｎ；ｗａｔｅｒ ｂａｌａｎｅｅ 我国煤制气合成氨造气系统是废水产生大户，每生 产一吨氨平均产生约８０ ｔ废水，特别是近几年推广的型 物及水温，一般来讲，闭路循环水只要悬浮物低于５０ ｍｇ／Ｌ， 水温低于３５℃就完全可以满足造气的洗涤冲灰要求。 １．２浓缩倍数的问题 煤气化产生的废水更多。造气废水主要来自于煤气洗涤 水和冲渣水，其成分复杂，主要污染因子有悬浮物ｓｓ、 循环水浓缩倍数应控制在合理范围之内，浓缩倍数 ＣＯＤ、ＮＨ 一Ｎ、石油类、ＢＯＤ、氰化物，如果不经处殚，就算 太高，会使水的硬度、碱度、浊度和污染物浓度、腐蚀性离 部分排放也会对环境造成极大的污染，采用环保措施进 子浓度升得太高，水的结垢腐蚀倾向增大，使得结垢难以 行处理，效果不但不佳，因其循环水量大、污染物含量高， 处理成本也相当昂贵，是一般合成氨厂难以承受的。因 此，只有结合造气生产系统的工艺特点，利用炉渣的白净 而达到造气系统清洁生产的目的。 控制，腐蚀性增强。但浓缩倍数提高，可减少排污水量，降 低终端生化处理难度。正是因为造气用水品质要求不高， 实际过程中通过合理的闭路循环处理，其浓缩倍数可提 于粗煤气中未分解蒸汽冷凝水可作为补充水，改造后的 化特性，通过综合治理改造，实现造气废水闭路循环，从 高至２０～３０运行，甚至可实现零排放的闭路循环，且由 闭路无需外加补充水，大大降低了用水消耗。 １．３ 闭路循环能达到进出水量平衡 物料平衡图，如图１所示。 １实现造气废水闭路循环的可能性 １．１ 闭路循环的水质能满足造气工艺要求 固定层煤制气各厂工艺都大同小异，因此各厂废水 污染成分也大致相同，主要包含３００～５００ ｍｇ／Ｌ的ＣＯＤ、 ４００～５００ ｍｇ／Ｌ的ｓｓ、１０～２０ ｍｇ／Ｌ的苯、１０ ｍｇ／Ｌ的油类、 ５０～１００ ｍｇ／Ｌ的ＢＯＤ、１５０～２５０ ｍｇ／Ｌ的ＮＨ 一Ｎ、１．５ ｍｇ／Ｌ 的ＨＣＮ等。造气系统用水主要为粗煤气洗涤，冲灰水、冲 渣水对水质要求不高，最关键是悬浮物含量要低，防止喷 淋洗涤系统堵塞；温度低，提高洗涤降温效果；同时腐蚀 性物质含量要低；减少对设备的腐蚀。其中腐蚀性这一项 还可以通过提高设备的耐腐蚀性能来适应低水质的要 求，因此造气废水闭路循环的主要处理任务只有降低悬浮 收稿日期：２０１０—０１一ｌ４ 作者简介：陈小奇（１９６９一），男，湖南茶陵人，大学本科，工程师，主要 从事化工环保及城镇生活污水的治理及管理等方面的研 究工作。 图１物料平衡图 第２９卷第７期 陈小奇：合成氨造气废水闭路循环治理方案 ３１ Ｌ＝ｎ／３３０×２４×３３００×（Ｑ１＋Ｑ２）／ｃＰ×ＡＴ×Ｃ （１） 工艺，入炉型煤水分含量可控制在５％以下。煤人炉前要 经过筛分，将煤粉含量降至３％以下。 ②提高煤气炉蒸汽分解率，严格控制锅炉排污量，杜 绝蒸汽冷凝水排人废水循环。从平衡计算中可看出，最大 的增加水就是未分解蒸汽冷凝水，因此通过保证煤的活 性、选择合理的煤气炉工艺、采用过热蒸汽制气等手段来 提高入炉蒸汽分解率，对能否真正实现闭路循环显得尤 其中，ｎ为合成氨年产量，Ｑ 为干煤气的热负荷，Ｑ 为煤气中未分解蒸汽热负荷，Ｃ 为水的热容，可取４．１７ ｋＪ／ｋｇ・Ｋ，Ｃ为冲灰水量修正系数，可取１．１５～１．２５， ＡＴ＝Ｔ１一Ｔ２即水处理系统的进出口水温差。 按式（１）可计算出每吨氨需循环水量在７０～８０ ｍ ， 其中洗涤水用量约为７０ ｍ，。 从平衡图１可看出，只要Ａ１＋Ａ２＋Ａ３＋Ａ４＝Ｂ１＋Ｂ２＋ 其关键。另外做好锅炉给水处理，保证给水质量，特别是有 Ｂ３＋Ｂ４，即可保证闭路循环不涨水，能平衡运行。 假设蒸汽分解率ＣＩ＝０．４５，Ｃ２吨氨耗蒸汽＝３Ｔ／ＴＮＨ ， ｃ３吨氨细灰量＝０．１ Ｔ／ＴＮＨ３，Ｃ４吨氨灰渣量＝０．５ Ｔ／ＴＮＨ３， ｃ５蒸汽自产率＝０－３，ｃ６吨氨耗循环水量＝７０ Ｔ／ＴＮＨ，，Ｃ７ 凉水塔水损失系数＝０．１２，Ｃ８风吹水损失系数＝０．０４，Ｃ９ 吨灰渣带走水量＝０．４ ｔ。 物料平衡计算如下： Ａ１＝Ｃ２×（１一Ｃ１）＝３×０．５５＝１．６５（ｔ） （２） Ａ２＝Ｃ２×Ｃ５×０．０３＝３×０．３×０．０３＝０．０２７（ｔ） （３） 式（２）中的０．０３为锅炉排污系数。 Ａ３取经验值＝０．１ Ｔ厂Ｉ’ＮＨ ，即： ＢＩ＝Ｃ７×（Ｔ１一Ｔ２）％×Ｃ６＝０．１２×０．１５×７０＝１．２６（ｔ） Ｂ２＝Ｃ８×Ｃ６＝０．０４×７０＝０．２８（ｔ） Ｂ３＝（Ｃ３＋Ｃ４）×Ｃ９＝０．６×０．４＝０．２４（ｔ） 当闭路达到平衡时：１．６５＋０．０２７＋０．１＋Ａ４＝１．２６＋０．３５＋ ０．２４＋Ｂ４，推导出：Ａ４＝０．００１＋Ｂ４。 该计算结果显示，补充水量Ａ４是大于排放水量的， 即当排放量为零时，该闭路循环非但不会涨水，还需补充 少量的水。因此零排放从理论上是完全可以做到的，这一 点在很多已实现造气废水闭路循环的厂家得到了证实。 ２实现闭路循环的综合措施 总体方针：清污分流、源头控制、分类治理、先进工艺。 ２．１清污分流措施 从上述的水平衡计算可看出，闭路的增加水不能包 括造气风机、油泵等设备的一次冷却水，因此冷却水必须 分流，否则会造成涨水，其措施如下： ①风机、油泵的冷却水并入合成氨系统的冷却水闭 路循环系统。 ②锅炉排污水集中回收，通过饱和技术回收余热后， 可做冷却水闭路循环的补充水。 ③电除尘冲洗水采用造气洗涤水。电除尘冲洗水原 来很多厂家是采用一次水冲洗，其实造气废水通过严格 的处理后完全可以做电除尘的冲洗水。 ２．２源头控制措施 从造气源头减少污染源的排放，减少对水的污染，以 保证闭路循环的水质稳定、不涨水。 ①降低型煤人炉水分含量、煤粉含量。型煤带入水分 同样也是闭路的一路增加水，煤粉含量高会造成水中悬 浮物高，增加水的处理难度。通过采用立式烘干窑等先进 条件的厂家可采用去离子水工艺，可大大降低锅炉排污率。 ③吹风气锅炉烟气、型煤干燥窑尾气均采用水洗工 艺除尘，可增加风吹水的损失量。特别是冬季时，凉水塔 损失水减少，只有通过增加风吹水损失来保证闭路的平 衡运行。 ２．３分类治理 对于采用湿法排灰、冲灰且冲灰水量大的厂家来说， 洗涤水和冲灰水宜分流并分类处理。冲灰水中粉尘及悬 浮物含量高，且冲灰水的水质要求比洗涤水更低，只要降 低悬浮物含量就行，对水温无严格要求，因此从确保洗涤 水质量，降低水处理成本角度来看，冲灰水和洗涤水应该 根据各自的水质要求进行相应的分类治理。 造气废水处理的重点是降低悬浮物，其他的污染因 子ＣＯＤ、ＮＨ 一Ｎ等可通过定期排放至终端生化处理系统 进行处理。有些技术说在造气废水闭路内能处理ＣＯＤ、 ＮＨ 一Ｎ，那是不合理的，且处理成本也会相当高昂。因此 合成氨厂的水处理不可能一步到位，只能分类处理、分类 使用。 ２．４应用工艺处理 ２．４．１闭路循环的水处理工艺 按照造气水质要求目标：悬浮物ＳＳ≤５０ ｍｇ／Ｌ，洗涤 水上水水温≤３５ ，以及造气废水处理的总体方针，可 采用图２中表示的工艺。 避 卜——俪 旦 ，÷——＿一玩 丽 ——。囹——— ］ ｊ 一土 ｛—■●——・———————— —ｊ ——一—————一———— ——————————————————————————送造气冲灰上水————————————————————————————一 』 ｒ ｛ 匦 ——匝 —爱巫 — 薤圈 － ｌ圈 ｊ ——』——堡鎏 互 垂］．．一…＿匝 母—匝 蜀 图２两水闭路循环工艺流程简图 ‘洗涤废水首先进入沉淀池，细煤灰在此沉淀后再进 入热水池，由热水泵打入微涡流斜管澄清器，同时也在此 加入絮凝剂，废水流经澄清器的塔板时形成微涡流，絮凝 剂与细小灰粒在涡旋作用下絮凝增大，并在斜管中形成更 大颗粒，然后分离、澄清，悬浮物得到有效分离后的净水 ３２ 企业技术开发 ２０１０年７月 由集水槽流至凉水塔降温后进入冷水池，为防止结垢腐 蚀，在冷水池中加入阻垢缓蚀剂，再由冷水泵送造气使用。 泵直接送造气冲灰即可。对于采用干法排灰的厂家来说， 冲灰水量不大，则可直接并人洗涤水中，无须冲灰水的处 理流程。 料，这两种填料比木质填料的防堵性能好，能有效防止洗 涤塔的积淤堵塞。 冲灰水在沉淀池进行沉淀后，再经热水池由冲灰水 ２．４＿３加强废水处理的Ｔ艺管理 ①严格按比例投加絮凝剂，沉淀池的淤煤泥及时抓 走，上水悬浮物一定严格控制在５０ ｍｇ／Ｌ以下。 ②缓蚀阻垢剂可根据各厂的实际情况进行适量补充。 微涡流澄清器由于将水流组织成无数个微小涡流单 ③建议保证废水的ｐＨ值在８．５～９．０之间，这样可降 元，能加速絮凝反应的时间，悬浮物聚合成的絮凝体大 低废水对设备的腐蚀，ｐＨ值可用各厂的废氨水或纯碱的 且絮凝体的吸附能力强，在絮凝过程中能有效的吸附废 废母液进行调节。 水中的石油类大分子ＣＯＤ，因而水的净化度相对较高， 水质稳定，出水悬浮物可控制在５０ ｍｇ／Ｌ以下。该类澄清 平流池、澄清器、凉水塔、热水池、冷水池的淤泥在有 年度大修时一定要彻底清淤，并清洗格栅填料。对于填料 洗涤塔，在保证不液泛前提下，控制适宜的循环水量能有 效防堵，循环水量的大小，能决定淤泥沉积量。 器能充分发挥絮凝剂的作用，在同等效率下，絮凝剂的使 用量低于传统丁艺，降低了运行费用。 ２．４．２造气系统的配套改造措施 造气废水闭路循环之后，废水虽经过了絮凝、阻垢处 理，但由于浓缩倍数的提高，废水的碱度、硬度也相应提 垢趋势增大，对于有条件、有机会的厂家，造气系统可以 选择进行一些配套改造。 封，上、下吹阶段无细灰带入炉底滑道，大齿圈的冲灰也 就有条件由连续水力冲灰改为定期蒸汽冲灰，这样可消 ３结语 通过清洁生产的过程控制，以及合理的闭路循环工 定运行的，该技术实现了造气废水的零排放和一次水的 零消耗，在满足环保要求的同时，又大大节约了生产成 高，而煤气又是酸性气体，因此可能会造成用水设备的结 艺，造气废水闭路循环是完全可以实现并能保证长久稳 ①煤气炉的炉底总成的内外灰分圈采用新型迷宫密 本，不失为清洁生产的好项目。 参考文献： 除循环废水对炉底总成的结垢和腐蚀影响。 技术进步，迎接挑战——在全国小氮肥 ②煤气炉两灰渣斗内可浇注耐火料或涂刷耐高温瓷 ｆ１】孑Ｌ祥琳．自主创新，性涂料，防止废水对灰斗的腐蚀。 ③洗涤塔填料采用新型金属格栅填料或陶瓷环填 第１３次技术经验交流会上的讲话（节选）【Ｊ１＿小氮肥，２００７， ３５（１）． （上接第２７页）管道，根据各管段的设计要求，将制冷机 以及各种制冷设备及阀门等部件合理的连接起来组成 能，运转是否稳定安全，在很大程度匕取决于制冷系统的 ’ 管道设计。此设计采用经验值，各管道比设备所配阀门大 一道、高压自流输液管、从冷凝器到高储器取０．５ ｍ／ｓ；其他 液体管道取０．５～１．５ ｍ／ｓ。管道允许的压力降：沿△Ｐ＝△Ｐ 力降相当于饱和温度降低１℃。排气管的允许压力降相 当于饱和温度降低０．５ ｃｃ。 ５．３对制冷工艺管道布置要求 制冷系统的设计。一个制冷系统是否具备良好的制冷性 ＋ＡＰ局部增加。氨系统中要求吸气管或回气管的允许压 个型号。主要干道的管径采用手工汁算所得。 此设计的制冷剂为氨，所以要求各管道不能用铜质 ５．１系统管道和阀门的设计要求 对各种制冷］＿艺管道要综合安排，对墙、地板、楼板 等处的空洞，以及支架要合理共用（集中布置有利于冷桥 取相应技术措施。直管道长度大于１００ ｍ时，应考虑冷缩 的影响，并采取相应技术措施（伸缩弯处要避免液囊和气 管材，也不能用镀锌管，不能对设备的接触制冷剂的表面 的处理）。穿墙管道要考虑建筑物不均匀沉降的影响并采 进行镀锌处理。对管道试压至少６～７次。各管道表压不 超过ｌ０ Ｐａ。因为制冷剂为氨，所以要求各阀门的材料也 不能用铜或铜合金，内表面不能镀锌。阀件材料可用：灰 囊）。氨液管道不要形成气囊，氨气管道不要形成液囊。要 考虑吸、排气管及其它管道的倾斜。 参考文献： 口铸铁、可锻铸铁、铸钢。各阀门采用倒关的阀座。 ５．２管道流速要求 蒸发器的氨液到低循桶的单相流的回气管道取 ｌＯ～１６ ｍ／ｓ。氨泵供液两相流体的回气管取６～８ ｍ／ｓ。吸 ［１】姜守忠．制冷原理与设备［Ｍ］．北京：高等教育出版社，２００５． 气管道取ｌ２～２０ ｍ／ｓ。排气管道取１５～２５ ｍ／ｓ。液体管道 ［２ｊ郭庆堂．实用制冷 程设计手册【Ｍ】．北京：中国建筑工业出 据管径而定取２０～７０ ｍ／ｓ，管径越粗，流速越高。液体管 版社，１９９４．