金屬濾芯在殼牌氣化爐除灰系統(tǒng)中的應(yīng)用

孫衛(wèi)軍（中國神華煤制油化工有限公司鄂爾多斯煤制油分公司 內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017209）

一、使用金屬濾芯的背景

神華殼牌氣化爐配套過濾器S1501設(shè)計(jì)余量偏小濾芯負(fù)荷較高，容易發(fā)生斷裂。殼牌煤氣化裝置濾芯的損壞是導(dǎo)致飛灰過濾器故障停車的主要因素,因此濾芯的性能水平是飛灰過濾器能否長周期運(yùn)行的關(guān)鍵。截止2013年1月神華殼牌氣化爐由于濾芯斷裂引起停車共16次，占停車總次數(shù)20%以上。

陶瓷材料固有抗熱震性差、脆、韌性差等缺點(diǎn)，決定陶瓷材料必將備新的材料取代。另外陶瓷濾芯價(jià)格過高，增加了裝置運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。

二、過濾器基本結(jié)構(gòu)及工作原理

殼牌煤氣化工藝中主要去除飛灰的裝置是高溫高壓過濾器，含飛灰的合成氣進(jìn)入高溫高壓過濾器后，過濾下來的飛灰被下部的飛灰收集罐收集，合成氣從過濾器的上部排出進(jìn)入下一個工序。 收集過飛灰的高溫高壓過濾器需要排除飛灰，飛灰通過高溫高壓過濾器下部的飛灰收集罐排除到飛灰放料罐，然后進(jìn)入到飛灰汽提冷卻罐中進(jìn)行汽提，上部出來的氣體去火炬燒掉，下部出來的飛灰排出，用槽車運(yùn)走。

三、金屬濾芯試用周期(表1)

四、金屬濾芯運(yùn)行狀況分析

由下表2在負(fù)荷相當(dāng)?shù)那闆r下新金屬濾芯首次使用差壓較陶瓷濾芯低2KPa，與陶瓷濾芯透氣率相當(dāng)；在使用過程中由于氣化爐內(nèi)部水汽泄漏導(dǎo)致金屬濾芯差壓上漲，處理漏點(diǎn)后再次開工金屬濾芯差壓穩(wěn)定。過濾后的氣體通過洗滌塔洗滌后，水中固含量均低于10ppm，過濾精度相當(dāng)。

金屬濾芯在差壓較高負(fù)荷較高以及反吹氮?dú)庵袛噍^長的情況下仍然沒有發(fā)生斷裂，與陶瓷濾芯相比抗沖擊性更強(qiáng)。

2012年11月11日106單元由于濾芯損壞停車，停車后進(jìn)入S1501檢查發(fā)現(xiàn)總共損壞12支濾芯，分別為1組2支、2組2支、8組 2支、9組 3支、11組 3 支，其中 4、5、6、7 組為金屬濾芯，（176支清洗過一次，16支清洗過兩次）并未損壞。

表1 金屬濾芯試用周期

表2 金屬濾芯與陶瓷濾芯運(yùn)行對比

表3 金屬濾芯與陶瓷濾芯抗干擾能力對比

2012年1月8日105單元因S1501濾芯斷裂停車，檢查發(fā)現(xiàn)陶瓷濾芯斷裂6支，其中安裝了5組金屬濾芯，（203支新，37支清洗過一次）沒有斷裂。在陶瓷濾芯大面積損壞的情況下，金屬濾芯并未損壞，說明金屬濾芯強(qiáng)度更高抗沖擊性強(qiáng)，更適在條件苛刻的環(huán)境下運(yùn)行。

五、金屬濾芯使用前后的表面及微觀形貌分析

濾芯外觀特征變化

由下圖可以看出使用后的濾芯外形依然保持平直狀態(tài)，濾芯上部有一定磨損痕跡，與陶瓷濾芯相比，磨損情況相對較好。

由圖1至圖4可以看出金屬濾芯使用后外表面薄膜層完整，未發(fā)生脫落，涂層厚度在150微米左右。陶瓷濾芯使用前100—200微米，使用后90—150微米，有一定減薄。

由圖5至圖8可以看出使用后金屬濾芯外表面為細(xì)小的煤灰所堵塞。內(nèi)表面光潔，沒有發(fā)現(xiàn)明顯的腐蝕現(xiàn)象。

濾芯差壓變化情況分析

濾芯壓差跟面速基本呈線形關(guān)系，金屬濾芯使用后的壓差比新濾芯的壓差增大一倍左右，比陶瓷濾芯低一倍左右。

由圖9及圖10可以看出氣化爐運(yùn)行負(fù)荷在80%-90%之間，金屬濾芯差壓較陶瓷濾芯低2KPa-3 KPa。

濾芯過濾精度分析

灰樣種類性能平均粒度 D50，μm未過濾的原灰72.564金屬濾芯外側(cè)濾餅層3.192陶瓷濾芯外側(cè)濾餅層3.928

由于現(xiàn)場裝置沒有濾后粒度分析儀，無法對濾材過濾精度進(jìn)行直接檢測。通過對金屬與陶瓷濾材表面粉塵粒度進(jìn)行分析，金屬濾芯外側(cè)粉塵平均粒度比陶瓷濾芯外側(cè)濾餅層的粒度要細(xì)小一些，這在一定意義上表明金屬濾芯的過濾精度達(dá)到或超過了陶瓷濾芯的水平。

六、金屬濾芯試用評價(jià)

金屬濾芯首次考核評價(jià)運(yùn)行時間從2010年11月22日起，運(yùn)行裝置為106單元，安裝濾芯1組48支（整套裝置共計(jì)15組720支），至2011年7月7日整套裝置大修停車取出濾芯，期間裝置停車6次，濾芯累計(jì)運(yùn)行時間4636小時，氣化系統(tǒng)最高氧負(fù)荷90%，濾芯運(yùn)行狀態(tài)良好。過濾系統(tǒng)操作壓力3.8MPa，操作溫度270℃，合成氣量149000Nm3/h，反吹氣壓力7.6MPa，反吹氣溫度202℃，初期使用時壓差12-13KPa，使用1個月后穩(wěn)定在22 KPa-23KPa，過濾后含塵量小于10ppm。運(yùn)行數(shù)據(jù)與使用進(jìn)口陶瓷濾芯相當(dāng)。

根據(jù)首次運(yùn)行考核數(shù)據(jù)及使用后濾芯解剖分析結(jié)果，濾芯過濾精度、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及耐腐蝕性能基本滿足裝置運(yùn)行要求。

2011年9月7日，將使用后的1組國產(chǎn)金屬濾芯經(jīng)清洗后加上4組全新金屬濾芯（合計(jì)192支）混合10組清洗后的陶瓷濾芯組重新投用煤氣化裝置105單元，同期，106單元使用全新進(jìn)口陶瓷濾芯，兩套裝置對比運(yùn)行。兩套裝置氧負(fù)荷均基本穩(wěn)定在85%，過濾系統(tǒng)操作壓3.8MPa，操作溫度270℃，合成氣量150000Nm3/h，反吹氣壓力 7.6MPa，反吹氣溫度202℃，105單元初期使用時壓差15 KPa-16KPa，比106單元低2KPa左右，說明金屬濾芯流通能力達(dá)到或優(yōu)于進(jìn)口陶瓷濾芯。此狀態(tài)持續(xù)約30多天，后因105單元?dú)饣癄t水冷壁出現(xiàn)泄露，導(dǎo)致大量水蒸氣進(jìn)入S1501過濾單元，導(dǎo)致壓差升至30KPa-32KPa，并一直處于穩(wěn)定狀態(tài)。

2012年7月14日105單元S1501全部更換為金屬濾芯，裝置氧負(fù)荷均基本穩(wěn)定在87%，過濾系統(tǒng)操作壓3.8MPa，操作溫度270℃，合成氣量150000Nm3/h，反吹氣壓力7.6MPa，反吹氣溫度202℃。初期使用時壓差8-10KPa，說明金屬濾芯流通能力達(dá)到或優(yōu)于進(jìn)口陶瓷濾芯。此狀態(tài)持續(xù)約34天，后因105單元?dú)饣癄t水冷壁出現(xiàn)泄露，導(dǎo)致大量水蒸氣進(jìn)入S1501過濾單元，導(dǎo)致壓差升至18 KPa-20KPa，并一直處于穩(wěn)定狀態(tài)。

現(xiàn)場應(yīng)用考核結(jié)果表明：國產(chǎn)耐高溫耐腐蝕金屬濾芯的過濾效率、過濾精度及壓差等性能指標(biāo)已達(dá)到進(jìn)口陶瓷濾芯的同等效果，完全可以滿足煤氣化裝置長周期穩(wěn)定生產(chǎn)運(yùn)行的要求。