一种煤气化黑灰水系统降硬节水减排的处理方法与流程

本发明属于煤气化渣水系统水处理技术，具体涉及一种降低煤气化黑灰水系统灰水硬度并减少煤气化系统排水量和补水量的处理方法。

背景技术：

煤气化技术是洁净煤技术领域的关键性共性技术；具有高效、超洁净特点，是当今世界煤技术发展的主流。煤气化技术中尤以气流床煤气化技术比较适宜大规模工业生产。

国外煤气化主要用于生产燃料气及循环发电，对合成气净化要求不是特别严格，渣水处理也相对简单。国内合成气主要作为化工产品的原料气，对合成气的含尘量要求严格，因此煤气化系统渣水处理是一个重要技术环节，渣水系统运行的正常与否，直接影响整个煤气化系统能否长周期安全稳定运行。

目前由于煤质、水资源以及环境保护等因素的制约，煤气化系统灰水中的悬浮物、碱度和硬度不断升高，使整个煤气化系统的结垢堵塞情况日益加重，严重影响煤气化系统的长周期连续稳定运行，同时造成煤气化系统排补水量大，因此对煤气化系统黑灰水进行常规的絮凝沉降及阻垢分散处理之外，开发一种降低煤气化黑灰水系统灰水硬度并减少煤气化系统排水量和补水量的处理工艺是十分必要的。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种煤气化黑灰水系统降硬节水减排的处理方法。该方法通过将煤气化系统外排灰水经冷却装置降温至35℃以下后进入电渗析(EDR)装置处理。在EDR装置中，水中离子定向迁移从而形成离子含量很低的淡水和离子浓度较高的浓水两部分。其中淡水作为补水回用于煤气化系统，从而降低煤气洗涤系统中各种成垢离子的浓度；一部分或全部浓水返回进入沉降槽，一小部分浓水外排或无浓水外排。沉降槽中的黑水在降硬剂作用下产生的钙盐、镁盐沉淀物又在絮凝剂的作用下与进入沉降槽黑水中的其它大量悬浮颗粒一起絮凝沉降至沉降槽底部。沉降槽上部溢流的灰水进入灰水罐，而其底部经絮凝沉降产生的泥浆经泥浆泵送脱水装置脱水后，所得泥饼外排，脱出的水返回灰水罐。

具体地，本发明一种煤气化黑灰水系统降硬节水减排的处理方法，包括如下步骤：

1)由煤气化系统产生的黑水经沉降槽絮凝沉降处理后，溢流的灰水进入灰水罐。灰水罐的灰水经阻垢分散处理后，一部分循环回用于煤气化系统，外排部分经冷却装置冷却至水温不超过35℃；

2)经冷却降温的灰水进入EDR装置，通过电渗析作用去除大部分钙、镁、碳酸氢根、氯离子，产生的淡水作为补水回用至煤气化系统或用于其它系统；产生的浓水，其中优选20％-100％返回沉降槽与来自煤气化系统的黑水混合进行降硬絮凝沉降处理，80％-0％外排；

所述的沉降槽上设有絮凝剂和降硬剂的投药装置，絮凝剂和降硬剂的投加量和投加方式根据所述系统黑水水质及水量确定，使产生的钙盐、镁盐沉淀物连同黑水中其它悬浮物一同絮凝沉降至黑水沉降槽底部。沉降槽上部灰水溢流进入灰水罐，底部的泥浆经脱水装置脱水后，泥饼外排，脱出水返回至灰水罐或沉降槽；

所述的灰水罐上设有阻垢分散剂投药装置，阻垢分散剂选择和投加量根据灰水水质及水量确定。

本发明所述的处理方法中，所述的降硬剂优选为碳酸钠、氢氧化钠中的一种或两种。

本发明所述的处理方法中，步骤1)中冷却灰水的装置优选为冷却塔或换热器。

本发明所述的处理方法中，优选所述的EDR装置产生的浓水的50％-100％返回沉降槽。

本发明所述的处理方法中，所述的EDR装置淡水产出率≥50％。

本发明煤气化黑灰水系统降硬节水减排的处理方法与现有技术相比，其有益效果如下：本发明处理方法有效地降低了煤气化黑灰水系统循环灰水的硬度，缓解了因灰水硬度不断升高导致煤气化系统严重结垢的情况，降低了系统设备的故障率；同时将本应外排的灰水进行电渗析处理后再回用，其中淡水作为补水，浓水返回沉降槽，从而大大提升煤气化系统的水循环利用率，起到节水减排的效果。

附图说明

图1为本发明实施例煤气化黑灰水系统降硬节水减排处理方法的工艺流程示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图及具体实施例作进一步描述，具体实施例并不限定本发明的保护范围。

实施例1

某化工厂的煤气化系统，其黑灰水工况条件为：灰水中Ca²⁺约为1000mg/L，HCO₃^-约为30mmol/L；系统由灰水罐外排灰水量约为720000m³/年，新鲜水补水量约为864000m³/年。灰水长期在高硬髙碱条件下运行，造成系统中锁斗冲洗水管线、激冷水管线、洗涤塔塔盘、废水换热器等关键部位沉积结垢严重，严重影响煤气化系统的长周期连续稳定运行，使公司承担着巨大的经济和环保压力。针对上述生产中遇到的问题，采用本发明煤气化系统降硬节水减污的处理方法，由煤气化系统灰水罐排出的灰水约100m³/h经冷却塔冷却至32℃，然后进入EDR装置，其产生约50m³/h、Ca²⁺约为110mg/L、HCO₃^-约为7mmol/L的淡水进入灰水罐后续煤气化系统，而产出的约50m³/h浓水中，25m³/h浓水外排，25m³/h浓水则进入到沉降槽与煤气化系统的黑水混合。向沉降槽内冲击投加1.4吨降硬剂NaOH后，连续投加120kg/h的降硬剂Na₂CO₃。上述操作的同时，向沉降槽内连续投加3mg/L的阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂。投药后产生的钙盐、镁盐等沉淀物连同黑水中其它悬浮物一同絮凝沉降至黑水沉降槽底部，经泥浆泵送压滤机进行脱水后，所得泥饼外排，脱出的水返回灰水罐。黑水沉降槽上部溢流的灰水进入灰水罐，向此灰水中投加总磷含量0.88％的低磷阻垢分散剂80mg/L。灰水罐灰水390m³/h循环回用于灰水罐后续煤气化系统，外排100m³/h进入EDR装置。

采用本发明方法使煤气化系统原本外排的100m³/h灰水，减排至25m³/h。煤气化系统灰水硬度大幅降低，系统正常运行灰水中Ca²⁺由1000mg/L降至500mg/L左右，煤气化系统外排灰水量由720000m³/年降低到180000m³/年，新鲜水补水量由864000m³/年减少到324000m³/年，节水62.5％，减排75％。

需要说明的是：实施例中絮凝剂的选择和投加量根据煤气化系统黑水水质及水量确定，通常絮凝剂种类选自聚丙烯酰胺、聚铝、聚铁和聚合铝铁中的一种或多种；阻垢分散剂通常采用总磷含量小于1％的低磷或无磷药剂。

实施例2

某化工厂的煤气化系统，其黑灰水工况条件为：灰水中Ca²⁺约为600mg/L，HCO₃^-约为15mmol/L；系统由灰水罐外排灰水量约为633600m³/年，新鲜水补水量约为792000m³/年。灰水长期在高硬髙碱条件下运行，造成系统中锁斗冲洗水管线、激冷水管线、洗涤塔塔盘、废水换热器等关键部位沉积结垢严重，严重影响煤气化系统的长周期连续稳定运行，使公司承担着巨大的经济和环保压力。针对上述生产中遇到的问题，采用本发明煤气化系统降硬节水减污的处理方法，由煤气化系统灰水罐排出的灰水约80m³/h经冷却塔冷却至30℃，然后进入EDR装置，其产生约40m³/h、Ca²⁺约为70mg/L、HCO₃^-约为4mmol/L的淡水进入灰水罐后续煤气化系统，而产出的约40m³/h浓水中，15m³/h浓水外排，25m³/h浓水则进入到沉降槽与煤气化系统的黑水混合。向沉降槽内冲击投加0.8吨降硬剂NaOH后，连续投加120kg/h的降硬剂Na₂CO₃。上述操作的同时，向沉降槽内连续投加2mg/L的絮凝剂阳离子聚丙烯酰胺。投药后产生的钙盐、镁盐等沉淀颗粒连同黑水中其它悬浮物一同絮凝沉降至黑水沉降槽底部，经泥浆泵送压滤机进行脱水后，所得泥饼外排，脱出的水返回灰水罐。黑水沉降槽上部溢流的灰水进入灰水罐，向此灰水中投加总磷含量0.62％的低磷阻垢分散剂60mg/L。灰水罐灰水350m³/h循环回用于灰水罐后续煤气化系统，外排80m³/h进入EDR装置。

采用本发明方法使煤气化系统原本外排的80m³/h灰水，减排至15m³/h。煤气化系统灰水硬度大幅降低，系统正常运行灰水中Ca²⁺由600mg/L降至300mg/L左右，煤气化系统外排灰水量由633600m³/年，降低到118800m³/年，新鲜水补水量约为792000m³/年减少到277200m³/年，节水65％，减排81.25％。

实施例3

某化工厂的煤气化系统，其黑灰水工况条件为：灰水中Ca²⁺约为400mg/L，HCO₃^-约为7mmol/L；系统由灰水罐外排灰水量约为554400m³/年，新鲜水补水量约为673200m³/年。灰水长期在高硬髙碱条件下运行，造成系统中锁斗冲洗水管线、激冷水管线、洗涤塔塔盘、废水换热器等关键部位沉积结垢严重，严重影响煤气化系统的长周期连续稳定运行，使公司承担着巨大的经济和环保压力。针对上述生产中遇到的问题，采用本发明煤气化系统降硬节水减污的处理方法，由煤气化系统灰水罐排出的灰水约70m³/h经换热器冷却至29℃，然后进入EDR装置，其产生约45m³/h、Ca²⁺约为50mg/L、HCO₃^-约为2.5mmol/L的淡水进入灰水罐后续煤气化系统，而产出的约25m³/h浓水中，5m³/h浓水外排，20m³/h浓水则进入到沉降槽与煤气化系统的黑水混合。向沉降槽内冲击投加1.5吨降硬剂Na₂CO₃后，连续投加120kg/h的降硬剂Na₂CO₃。上述操作的同时，向沉降槽内连续投加2.5mg/L的絮凝剂阳离子聚丙烯酰胺。投药后产生的钙盐、镁盐等沉淀颗粒连同黑水中其它悬浮物一同絮凝沉降至黑水沉降槽底部，经泥浆泵送脱水离心机进行脱水后，所得泥饼外排，脱出的水返回灰水罐。黑水沉降槽上部溢流的灰水进入灰水罐，向此灰水中投加无磷阻垢分散剂40mg/L。灰水罐灰水400m³/h循环回用于灰水罐后续煤气化系统，外排70m³/h进入EDR装置。

采用本发明方法使煤气化系统原本外排的70m³/h灰水，减排至5m³/h。煤气化系统灰水硬度大幅降低，系统正常运行灰水中Ca²⁺由400mg/L降至200mg/L左右，煤气化系统外排灰水量由554400m³/年降低到39600m³/年，新鲜水补水量由673200m³/年减少到158400m³/年，节水76.47％，减排92.86％。

实施例4

某化工厂的煤气化系统，其黑灰水工况条件为：灰水中Ca²⁺约为450mg/L，HCO₃^-约为12mmol/L；系统由灰水罐外排灰水量约为792000m³/年，新鲜水补水量约为950400m³/年。灰水长期在高硬髙碱条件下运行，造成系统中锁斗冲洗水管线、激冷水管线、洗涤塔塔盘、废水换热器等关键部位沉积结垢严重，严重影响煤气化系统的长周期连续稳定运行，使公司承担着巨大的经济和环保压力。针对上述生产中遇到的问题，采用本发明煤气化系统降硬节水减污的处理方法，由煤气化系统灰水罐排出的灰水约100m³/h经冷却塔冷却至28℃，然后进入EDR装置，其产生约60m³/h、Ca²⁺约为50mg/L、HCO₃^-约为5mmol/L的淡水进入灰水罐后续煤气化系统，而产出的约40m³/h浓水全部进入到沉降槽与煤气化系统的黑水混合。向沉降槽内冲击投加0.6吨降硬剂NaOH后，连续投加100kg/h的降硬剂Na₂CO₃。上述操作的同时，向沉降槽内连续投加絮凝剂2mg/L的阴离子聚丙烯酰胺和20mg/L的聚铝。投药后产生的钙盐、镁盐等沉淀颗粒连同黑水中其它悬浮物一同絮凝沉降至黑水沉降槽底部，经泥浆泵送脱水离心机进行脱水后，所得泥饼外排，脱出的水返回灰水罐。黑水沉降槽上部溢流的灰水进入灰水罐，向此灰水中投加无磷阻垢分散剂50mg/L。灰水罐灰水300m³/h循环回用于灰水罐后续煤气化系统，外排100m³/h进入EDR装置。

采用本发明方法使煤气化系统原本外排的100m³/h灰水，降至零排污。煤气化系统灰水硬度大幅降低，系统正常运行灰水中Ca²⁺由450mg/L降至200mg/L左右，煤气化系统外排灰水量由792000m³/年降低到0m³/年，新鲜水补水量由950400m³/年减少到158400m³/年，节水83.33％，减排100％。

实施例5

某化工厂的煤气化系统，其黑灰水工况条件为：灰水中Ca²⁺约为400mg/L，HCO₃^-约为7mmol/L；系统由灰水罐外排灰水量约为554400m³/年，新鲜水补水量约为673200m³/年。灰水长期在高硬髙碱条件下运行，造成系统中锁斗冲洗水管线、激冷水管线、洗涤塔塔盘、废水换热器等关键部位沉积结垢严重，严重影响煤气化系统的长周期连续稳定运行，使公司承担着巨大的经济和环保压力。针对上述生产中遇到的问题，采用本发明煤气化系统降硬节水减污的处理方法，由煤气化系统灰水罐排出的灰水约70m³/h经换热器冷却至29℃，然后进入EDR装置，其产生约45m³/h、Ca²⁺约为40mg/L、HCO₃^-约为2.5mmol/L的淡水作为补水进入循环冷却水系统，而产出的约30m³/h浓水中，5m³/h浓水外排，25m³/h浓水则进入到沉降槽与煤气化系统的黑水混合。向沉降槽内冲击投加1.5吨降硬剂Na₂CO₃后，连续投加120kg/h的降硬剂Na₂CO₃。上述操作的同时，向沉降槽内连续投加2.5mg/L的絮凝剂阳离子聚丙烯酰胺。投药后产生的钙盐、镁盐等沉淀颗粒连同黑水中其它悬浮物一同絮凝沉降至黑水沉降槽底部，经泥浆泵送脱水离心机进行脱水后，所得泥饼外排，脱出的水返回灰水罐。黑水沉降槽上部溢流的灰水进入灰水罐，向此灰水中投加无磷阻垢分散剂40mg/L。灰水罐灰水400m³/h循环回用于灰水罐后续煤气化系统，外排70m³/h进入EDR装置。

采用本发明方法使煤气化系统原本外排的70m³/h灰水，减排至5m³/h。煤气化系统灰水硬度大幅降低，系统正常运行灰水中Ca²⁺由400mg/L降至200mg/L左右，煤气化系统外排灰水量由554400m³/年降低到39600m³/年，新鲜水补水量由673200m³/年减少到475200m³/年，节水29.41％，减排92.86％。