壳牌粉煤气化装置高温高压飞灰过滤器的使用与维护

杨虎

摘 要：壳牌粉煤气化装置是工业生产过程中的重要装置系统，本文对壳牌粉煤气化装置高温高压飞灰过滤器的结构以及作用进行介绍，并且分析过滤器使用过程中的常见问题，对相应的维护措施进行阐述，旨在提高壳牌粉煤气化装置运行水平。

关键词：壳牌粉煤气化装置 高温高压 飞灰过滤器 维护

中图分类号：TQ051 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2017）11-0-02

引言

壳牌粉煤气化装置主要采用气体激冷原理，使合成气夹带的煤炭中的矿物质固化，形成飞灰。为了使得生产过程中的气灰能够充分分离，壳牌粉煤气化装置设置了飞灰脱除单元，其中高温高压飞灰过滤器是整个装置飞灰脱除过程中的核心设备，在整个系统中，除了气化炉之外，飞灰过滤器的投入比例最大。随着壳牌粉煤气化装置引入国内，在工业生产中开始应用以后，高温高压飞灰过滤器出现的问题逐渐增多，对装置的稳定运行产生严重影响。对此，在装置系统运行过程中，必须要积极加强壳牌粉煤气化装置飞灰过滤器的使用以及维护，对飞灰过滤器的基本结构、工作原理等进行了解，定期检查，减少故障率。

一、高温高压飞灰过滤器的结构和作用

1.高温高压飞灰过滤器的结构

壳牌粉煤气化装置中，根据生产项目中的煤灰含量差异，壳牌粉煤气化装置的过滤器规格略有不同，但基本结构形式是相同的，主要由承压容器、内件两个大部分组成，另外，还包括反吹气体环形管、阀门、仪表以及控制装置。圆柱形的过滤器外壳以及锥形飞灰收集罐是承压容器，设计的承载压力一般为4-5MPa，材料为Cr-Mo钢复合304L。过滤器的内件主要包括模块式管板、承压板、文丘里管、气体分布器、陶瓷滤芯等部件，其中主管板的结构为Cr-Mo钢加304L不锈钢复合而成，焊接在外壳壁上。主管板上有圆孔，主要用于模块式管板的安装。滤芯是过滤器的主要部件，以某企业的壳牌粉煤气化装置为例，该装置中一共有720根滤芯，分为15组，每一组有48根滤芯，按照三角形安装在模块式管板上，滤芯的间距控制在10cm左右。滤芯的结构是碳化硅多孔支撐骨架，复合粘结1层高铝红柱石细过滤膜。

2.高温高压飞灰过滤器的作用

高温高压飞灰过滤器是高温高压的飞灰过滤设备，处于工艺中的飞灰收集工序的顶端，过滤器将气化炉生成的合成气中的绝大部分粉尘过滤掉，使合成气达到一定的标准后进入湿洗工序进一步洗涤和进入压缩机用作激冷气。飞灰过滤器过滤了合成气中的99%的飞灰。

飞灰过滤器的主要作用是从合成气中将飞灰去除，从合成冷却器中出来的合成气含有大量灰尘，从底部的进气管进入过滤器之后，含有灰尘的气体从滤芯滤膜的外面向里面进入，气体中的粒径较大的飞灰颗粒就被截留在滤芯的滤膜之外，经过过滤之后的纯净气体再经过过滤器经过净气管口进入过滤器的顶部。沉积在滤芯外面的飞灰颗粒会逐渐累积成为飞灰滤饼，通过反吹气，即与主气流相反的方向自里向外吹气，脉冲会穿过滤芯，然后使滤芯表面的滤饼靠重力下落，进入飞灰收集锥体内，将飞灰滤饼收集起来统一清理。在清除飞灰滤饼的时候，反吹频率取决于灰尘的负荷、流经过滤器的气体流量等参数，经过飞灰过滤器之后其他成为清洁的合成气，其灰尘含量大大减少，大约每立方米中只含有1-2mg灰尘，达到了过滤的目的。

二、高温高压飞灰过滤器的常见问题

在壳牌粉煤气化装置中，高温高压飞灰过滤器的效果直接影响合成气的质量，在使用过程中过滤器经常出现反吹阀故障、反吹气不合格、飞灰性质改变等问题，对过滤效果产生影响。高温高压飞灰过滤器常见故障有以下几个方面：

1.反吹阀故障

反吹阀主要是控制反吹风风力大小的开关，反吹风对飞灰滤饼的下落情况有直接影响，在反吹阀工作中常见的故障原因有几个方面：第一，电磁阀接线错误，电磁阀接线断裂或没有接线。第二，仪表风不够清洁，颗粒物将电磁阀内部堵塞，导致反吹阀无法正常工作。第三，反吹阀的内部受到反吹气的长期影响，由于缺少必要的保温和电伴热，导致反吹阀的内部出现凝露和二氧化硫腐蚀。第四，反吹阀缺少预防性维护。反吹阀的故障大多是来自于运行过程中的维护不当、使用不当，当反吹阀出现故障的时候，滤芯无法产生清洁效果，如果灰尘不能及时落下，长时间附着在滤芯上，会形成滤棒间飞灰搭桥，如果飞灰搭桥的时间超过一个小时，则滤芯会因为外力过大而出现断裂。

2.飞灰性质改变

飞灰性质是影响过滤器工作效能的主要因素，一般进入过滤器的飞灰性质都会超出滤芯要求的范围，主要的原因有几个方面，第一，煤质量不高，导致原料煤的设计偏离煤种的要求太多，使得飞灰性质发生改变。第二，在过滤的过程中操作不正确，导致气化炉的内部出现损伤，有异常颗粒进入过滤器，导致过滤器被刮伤。第三，气化炉中的反应不够充分，产生了异常灰分，比如残碳，对过滤器产生影响。第四，蒸发的湿气或换热器泄漏，导致反应过程中的蒸汽部分凝结形成更黏的滤饼。超出过滤要求范围的飞灰不能从滤芯表面清除，将使滤芯表面和滤芯之间形成搭桥，进而可能导致滤芯断裂。

3.反吹气不合格

在壳牌粉煤气化装置中，大部分企业会使用压强为8MPa的氮气/二氧化碳作为反吹气，有的企业也会以湿洗塔出口合成气作为反吹气，反吹气不合格也是影响过滤器工作的主要原因，造成反吹气不合格的主要因素有以下几个方面：第一，反吹系统被腐蚀，如果以合成气作为反吹气，则会导致反吹阀以及管线被腐蚀，对反吹过程产生十分严重的影响。第二，反吹气压力不稳定。第三，反吹气质量超出使用条件。反吹气中的各种组分含量不满足要求，会导致反吹过程受到很大影响。例如往复压缩机中产生的反吹气含油量过高，导致滤芯内部受到油污染，对滤芯的孔道造成堵塞，降低反吹效果，而且会导致滤芯收集到的飞灰不能被有效移除，在滤芯表面上形成搭桥，最终导致滤芯断裂。

4.操作上的原因

由于操作人员的失误或者技术不当导致过滤器工作异常，也是工作过程中的常见现象。例如操作的时候管路泄露问题没有及时维修，导致火灾现象，损坏了反吹阀，再比如飞灰的排放压差太大，导致平衡孔附近的滤芯出现损坏。

三、飞灰过滤器滤芯的使用与维护策略

1.正确安装各种设备

在过滤器使用过程中，要对滤芯、内件等进行正确安装，确保过滤器可以正常工作。例如小管板、文丘里管、定位板等，都是过滤器中的重要装置设备，在安装的时候要按照说明书逐个安装，确保滤芯可以正常使用。同时，滤芯是消耗品，在长期使用过程中会受到磨损，对过滤效果产生影响，所以在过滤器使用过程中应该要及时对滤芯进行更换，一般滤芯在不进行外部清洗的情况下其工作寿命大约有1.6万小时，在使用过程中经过外部清洁，可以延长其使用寿命。当需要更换滤芯的时候应该要对所有滤芯的设备进行更换，使用全新的滤芯对旧滤芯进行更换，提高过滤质量。

2.正确开停操作

在高温高压飞灰过滤器操作过程中应该要对操作过程进行控制，确保开停操作正常。通常进入过滤器中的合成气温度不能低于200℃，飞灰过滤器的正常操作温度在200℃以上，与合成气直接接触的所有设备都必须要保持在200℃以上，避免氯化铵冷凝腐蚀。另外，在设备操作过程中，仅仅通过气流加热是不能保证温度满足要求的，所以需要使用伴热。当装置停止工作的时候，飞灰过滤器的温度最好可以保持在80℃以上。另外，当第一个煤烧嘴运行一个小时之后，可以及时排放出第一次飞灰产品，提高合成气质量。

3.保证合适的工艺和操作参数

在过滤器工作过程中，应该要确保过滤器的操作工艺、操作参数等满足要求，例如合成气流量、压力、温度等指标，都应该要满足要求，在生产过程中使用的煤以及灰分的特性要控制在过滤器参数要求范围之内。反吹气应该要保持干燥、无油、无杂质颗粒，反吹气压力不能太小，以防不能起到反吹效果，其压力至少要大于过滤器内部压力的2倍，最小压力为过滤器内部压力的1.8倍，而且在1.8倍压力环境下不能长时间工作。

4.加强过滤过程的监控

在过滤过程中，外部的监控是确保过滤正常进行的条件，监控的内容主要包括几个方面。第一，对过滤工艺进行监控，在过滤操作过程中，要对过滤器的压差进行监控，如果压差不正常，则说明过滤器的工作不正常，要及时进行处理。同时要对反吹风的间隔时间进行监控，反吹风的间隔时间由过滤器的压差决定，壳牌粉煤气化装置一般采用PLC控制，PLC会根据程序更改反吹间隔时间，在运行过程中要根据实际情况设定具体的间隔时间，确保滤芯正常工作，减少滤芯搭桥问题。第二，对反吹阀进行监控。反吹阀的正常工作是确保飞灰过滤器能够正常工作的前提，在反吹阀运行过程中，应该要重点观察反吹阀开关的状态、环管的压降情况以及PLC控制器的报警信息，一旦出现报警，要及时停车查找问题，并且对问题进行处理，不能强行工作，以防对过滤器性能产生影响。

结语

综上所述，高温高压飞灰过滤器是壳牌粉煤气化装置的重要组成部分，在该装置运行过程中受到各种质量问题的影响较大，为了提高过滤器的工作性能，要做好参数控制、操作控制，减少过滤器故障。

参考文献

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