煤气站污水处理的新方法及应用

第31卷第5期2009年10月山东冶金ShandongMetallurgyVol.31No.5October20091前言煤气站污水来源于煤的吸附水、结晶水以及未完全分解的水蒸汽冷凝水，污水内存在大量有毒有害污染物，采用物理化学法和生物化学法等处理方法，都需要增加设备和消耗能源，从而增加了煤气站的投资和运行成本。在冷煤气站设计中一般采取单独建造焚烧炉焚烧的办法，将污水中的有机物在800～1000℃时分解为二氧化碳和水，以达到无害化，属物理化学法，需要用发生炉煤气或煤气站自产焦油作为燃料，既浪费能源又对环境造成二次污染。2污水蒸发的可行性分析以1台φ3.2m两段炉冷煤气站为例，两段炉冷煤气站的污水主要来自于间冷器顶部煤气冷凝水、煤气加压机排污水、水封溢流污水以及站外高压煤气输送管路的冷凝水。将污水收集起来，通过污水蒸发器利用温度达400～550℃下段煤气显热蒸发，产生的蒸汽作为煤气炉的汽化剂在煤气炉内发生高温（1000℃左右）氧化反应，达到既不浪费能源又无害化处理的目的。这需要满足两个条件，首先下段煤气的温度和产量能够蒸发煤气站所产污水，另外所产污水蒸汽能够完全为煤气炉所用。2.1污水量对于中挥发性烟煤来说，在400℃干馏温度下，其吸附水与结晶水完全析出进入顶部煤气，吸附水约为煤质量的5%，结晶水为25kg/t。在典型的烟煤气化工艺中，每1000kg煤需400kg水蒸汽，水蒸汽的分解率为76%，按每天60t用煤量计算，进入煤气中的总水量为10260kg。在冬季，冷净煤气进入终端用户点的温度约为25℃，此温度下饱和水蒸汽含量为26g/m3，φ3.2m两段炉产气量按7000m3/h计算，每天带走的水汽量为4368kg，析出的污水量为5892kg。在实际应用中，根据目前φ3.2m两段炉煤气站间冷器产生的酚水约3t/d，炉底三通析水200～300kg/d（污水蒸汽二次污染所致），加压机后管道析水（管道煤气温度由35℃降为25℃）3578kg，合计每天产生污水6828kg，跟前述理论值5892kg较为接近。一般情况下，夏季煤气站内污水多一些，主要跟煤的吸附水较多有关，但站外管道冷凝水较少。根据以往实际经验，每台φ3.2m两段炉产生的污水总量最多为7t/d。2.2热平衡计算以1m3（标准）干煤气为基础，计算输入与输出的热量。用热平衡求得每m3（标准）干煤气能够蒸发的污水量和热交换量。1）已知条件：煤气进口温度为400℃，出口温度为200℃，污水进口温度为20℃，出口温度为105℃；煤气压力为0.104MPa（绝对压力），产气压力为0.191MPa（绝对压力）；煤气组成（两段炉下段气）及在300℃时的物理参数见表1［1］。表1煤气组成及参数组分COCO2H2N2CH4H20含量/%256135033质量定压热容Cp/（J·kg-1·K-1）131918751302131520141541导热系数λm/（W·m-1·K-1）0.04260.03910.30700.04490.08230.0442动力黏度μ/×10-6（Pa·s-1）27.926.413.827.618.320.02）煤气的平均分子量M＝∑XiMi＝24g/mol，煤气的平均热容Cp为1284J/（kg·K），输入热量Q＝（t1-t2）CpM/22.4＝275kJ，其余忽略不计。输出热量：设每m3（标准）干煤气能够蒸发的污水为x，则Q’＝x×［4.19×（105-20）+2675］＝3031x。式中Q’＝Q＝275，故x=0.091（kg）。则每m3（标准）干煤气能够蒸发的污水为0.091kg。1台φ3.2m两段炉产气量按7000m3/h计，每天可蒸发的污水为摘要：通过污水蒸发器，利用下段煤气显热蒸发煤气站污水，将污水蒸汽作为汽化剂通入煤气炉底部，达到污水无害化处理。通过污水量、热平衡计算，证明该方法可行。通过计算传热系数、换热面积等，设计了合理的污水蒸发器。该项目经济和环保效益显著。关键词：煤气站；余热；污水处理；蒸发器；零排放中图分类号：X703文献标识码：B文章编号：1004-4620（2009）05-0033-02煤气站污水处理的新方法及应用王桂青（山东冶金机械厂，山东淄博255064）山东冶金2009年10月第31卷9.2t。1台φ3.2m两段式煤气发生炉正常运行炉底汽化所用的蒸汽每小时约800kg，每天为19.2t。因此，污水量7t＜可蒸发污水9.2t＜气化剂用量19.2t。下段煤气显热完全可以蒸发煤气站污水，污水蒸汽也完全可以被作为煤气炉气化剂用掉（气化剂不足的部分由炉体水套供给）。3污水蒸发器的设计热负荷Q为1.15×106kJ/h＝319691W。3.1蒸发器规格的确定采用不锈钢管φ159mm×3，煤气流速设为3m/s，管子根数设为n，火管断面积A=n×π/4×