稳定飞灰过滤器运行措施

2022-06-13王敬峰

氮肥与合成气 2022年5期

王敬峰

(河南能源化工集团鹤壁煤化工有限公司，河南鹤壁 458000)

Shell废锅流程干粉煤气化技术中,由于激冷气气量的增加，飞灰过滤器(S1501)负荷越来越大，达到了设计处理能力的150%，过滤器面速达到1.8 m/min以上，超过1.2 m/min的设计工况，造成过滤器开车初始压差高、压差上涨过快，导致滤棒压差上涨加快的恶性循环。同时,引起滤棒管板漏灰，造成后序设备水洗塔结垢、变换分离器堵塞、激冷气滤网堵塞、气化炉的激冷盒堵塞烧坏。S1501负荷成为气化装置长周期稳定运行的瓶颈问题。

1 概况

原料煤经过气化装置发生气化反应制成粗合成气，其主要技术路线为：原料煤经过磨煤加压进入气化炉进行半氧化反应产生粗合成气，然后经过废热锅炉回收余热，经高温高压过滤器除灰、湿洗单元洗涤掉气体杂质后，合格的粗合成气送甲醇装置变换单元[1]。

S1501可过滤合成气夹带的固体飞灰，其设计运行温度为340 ℃、压力为3.88 MPa。S1501中的滤材使用1152根长度为1.5 m的铁铝合金烧结滤棒，每48根为一组，分为24组，每组配置1个脉冲角阀进行反吹，反吹压力为过滤器运行压力的2倍。S1501运行时，合成气进入滤棒的外侧，飞灰被挡在滤棒外侧并形成滤饼层，过滤后的合成气进入水洗单位，滤饼层不断增厚，24个脉冲角阀每15 s进行1次轮流反吹，反吹时角阀启闭在300 ms内完成，飞灰在瞬间高压气流作用下，从滤饼层分离后进入收集罐[2]。

2 存在的问题

自2013年投产后，气化装置因气化炉积灰、堵渣问题运行不稳定且负荷率低。2016年6月2日，气化装置加至满负荷，伴随着激冷气流量提高，S1501的过气质量流量达到170 kg/s，大幅超过设计值(113 kg/s)。气化装置达到满负荷时，S1501运行瓶颈问题突显[3]。

2.1 压差上涨过快

气化炉负荷增加，所生产的合成气量增加，同时需要激冷降温的激冷气量也增加，S1501负荷增加。在过滤面积不变的情况下，过滤器的面速较高，反吹效果不佳，飞灰在滤棒表面快速累积，造成压差上升。新的金属滤棒使用时长为103 d时，压差达到39 kPa；清洗一次后仅运行41 d，压差就涨到38 kPa，制约装置长周期运行。

2.2 管板密封不可靠

管板密封点在压差达到30 kPa左右时出现漏灰，漏灰将不可避免引起管道、设备结垢堵塞，最终导致气化装置被迫停车检修。分析失效原因可知：大小管板密封垫片泄漏以及滤芯配套密封垫片失效或漏放，导致飞灰由密封处进入洁净气一侧，对下游造成污染(见图1和图2)[4]。

图1 大小管板密封垫片泄漏位置

1—花盘;2—定位销;3—套管;4—定距管;5—六角螺母;6—拉杆。

3 解决思路与创新点

(1) 增加飞灰过滤面积。

面速增高是装置高负荷运行后的主要变化因素。研究开发并应用新型滤棒，通过增加过滤面积从而降低滤棒的面速，提升过滤器的处理能力，根本解决过滤器运行不稳定的问题。

(2) 降低进气的流速和气体粉尘浓度。

通过改变飞灰过滤器的进气分布形式，降低合成气喷出流速，从而减小对空间内部的扰动影响，提升飞灰在容器内的降落速度，降低空间粉尘浓度，同时缓解对滤棒的冲刷。

(3) 改进反吹系统。

正常情况下，滤棒的滤饼层应该是达到平衡态的。当面速增加时，平衡就会偏移，灰层变厚，压差上升，此时调整反吹间隔和反吹压力，提高反吹能力，从而稳定过滤器压差。

(4) 优化密封和固定方式。

原固定方式为压夹，当压差上升时，密封失效，出现漏灰。现增加拉筋以加强固定，对管板密封点进行焊接处理，使密封更可靠。

4 优化措施

(1) 开发与应用新型滤材，通过应用2050型铁铝合金烧结滤棒，配套使用内件相关硬件拉杆、弹簧，增加100 m2过滤面积，从而降低滤棒的面速，提升过滤器处理能力，降低运行压差。

(2) 改造进气管，将原直筒等径的4支进气分布管改造成喇叭口型进气分布管，降低了气体进入过滤器时的流速和合成气喷出流速，提升飞灰在容器内的降落速度，降低空间粉尘浓度，同时缓解对滤棒的冲刷。

(3) 反吹系统对滤棒工作面的再生至关重要。确保反吹气压力和温度合格，调整脉冲角阀反吹间隔为15 s、脉冲时间为300 ms，从而提升反吹能力，提高工作面的再生性。

(4) 加强大小管板的密封焊接，避免压差高时漏灰。

5 改造效果

在气化炉满负荷下，S1501初期压差为8.0 kPa，实施前压差为25.0 kPa左右；经过优化改造S1501并运行7 d后，其压差为8.5 kPa，与原1.5 m滤棒压差接近30.0 kPa，同时水洗塔水质较好，浊度为5 mg/L。实施综合优化后，S1501压差稳定，过滤精度优于设计方案，装置运行更加稳定，成功解决漏灰问题，保证装置全年运行天数达到330 d以上，日产量连续稳定在2 000 t以上(见表1)。