殼牌煤氣化飛灰過濾器濾棒故障后的處理措施

郭劍峰

(河南能化集團(tuán)中原大化公司，河南 濮陽　457000)

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殼牌煤氣化飛灰過濾器濾棒故障后的處理措施

郭劍峰

(河南能化集團(tuán)中原大化公司，河南 濮陽457000)

摘要：殼牌煤氣化關(guān)鍵設(shè)備飛灰過濾器濾棒濾棒故障、斷裂后，飛灰進(jìn)入潔凈合成氣系統(tǒng)，對濕洗系統(tǒng)、激冷氣系統(tǒng)、初級水處理系統(tǒng)等影響較大，特別是濾棒故障后裝置堅(jiān)持長時(shí)間運(yùn)行，影響更大，后續(xù)的處理更加困難。本文主要對此種狀況的后續(xù)處理作出分析，提出處理措施。

關(guān)鍵詞：殼牌氣化爐；濾棒；故障；影響

1概述

河南能化集團(tuán)中原大化公司煤化工項(xiàng)目是采用殼牌(shell)公司研發(fā)的粉煤氣化工藝。Shell粉煤氣化工藝是將惰性氣體加壓后的煤粉，與高壓氧氣并流進(jìn)入氣化爐爐膛，在4.0 MPa、1 500 ℃條件下迅速燃燒和氣化，生成含一定量飛灰的高溫粗合成氣，在爐膛上部與200 ℃的激冷氣混合至900 ℃，再經(jīng)廢熱鍋爐冷卻到340 ℃，經(jīng)高溫高壓飛灰過濾器(S-1501)干法除塵和濕洗處理后到甲醇工段。干法除塵的飛灰，經(jīng)減壓、氣提、冷卻后也排出系統(tǒng)，濕洗系統(tǒng)的作用是除去粗合成氣中的HCl、HF和微量的固體顆粒，為防止腐蝕性成份、鹽和固體懸浮物在濕洗系統(tǒng)中累積，有一路固定廢水排放至初級水處理系統(tǒng)。

高溫高壓飛灰過濾器是飛灰脫除的核心設(shè)備，其是除氣化爐之外，在殼牌粉煤氣化裝置設(shè)備投資中所占比例最大的關(guān)鍵工藝設(shè)備。自殼牌粉

圖1　Shell干煤粉加壓氣化裝置工藝流程圖

煤氣化工藝在國內(nèi)投入使用以后，高溫高壓飛灰過濾器出現(xiàn)了許多問題，影響了裝置的長周期穩(wěn)定運(yùn)行。本文就高溫高壓飛灰過濾器濾棒故障后的處理作出分析，提出處理措施。

2飛灰過濾器的結(jié)構(gòu)及濾芯材質(zhì)

在殼牌粉煤氣化工藝中，根據(jù)各煤氣化項(xiàng)目煤灰含量的差異，殼牌粉煤氣化各裝置的過濾器規(guī)格略有不同，但其結(jié)構(gòu)形式基本上是一樣的。其主要由承壓容器和內(nèi)件兩大部分組成，另外包括反吹氣體環(huán)形管、閥門、儀表和控制裝置。圓柱形的過濾器外殼和錐形的飛灰收集罐共同構(gòu)成承壓容器，設(shè)計(jì)壓力4.4 MPa，設(shè)計(jì)溫度380 ℃，材料為Cr-Mo鋼復(fù)合304L。過濾器內(nèi)件包括模塊式管板、承壓板、文丘里管、氣體分布器、陶瓷濾芯等部件。主管板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為Cr-Mo鋼加304L不銹鋼復(fù)合，焊接在外殼壁上。主管板上有24個(gè)圓孔，用于安裝模塊式管板。1 152根濾芯分為24組，每1組有48根濾芯并按三角間距布置安裝在模塊式管板上，濾芯的安裝間距為100 mm。以管板為界，過濾器濾芯垂直懸掛在過濾器管板上，以使原料氣側(cè)和上部潔凈氣體側(cè)相互分開。

濾芯材質(zhì)目前有陶瓷和金屬兩種，陶瓷濾芯基礎(chǔ)材質(zhì)為濾棒，表面噴涂莫來石過濾表層，過濾精度0.3 μm。金屬濾芯材質(zhì)為Fe3Al金屬間化合物，是介于金屬和陶瓷之間的低密度材料，它既具有金屬材料的延展性好、強(qiáng)度高、加工性能好、抗熱震性高、可焊接等優(yōu)點(diǎn)，還具有陶瓷材料的熱穩(wěn)定性好、抗氧化和耐腐蝕性能高、耐磨性能好等特性，在高溫腐蝕環(huán)境下具有廣泛的應(yīng)用前景。

3飛灰過濾器的作用

從合成氣中除去飛灰是在飛灰過濾器中完成的。從合成氣冷卻器出來的富含灰塵的合成氣由底部進(jìn)氣管進(jìn)入過濾器，經(jīng)氣體分布器進(jìn)入4根上升管分布，含塵氣體從濾芯的外面向里進(jìn)入，氣體攜帶的飛灰顆粒被截留在濾芯外，純凈的氣體自過濾器經(jīng)凈氣管口進(jìn)入過濾器的頂部。沉積于濾芯外面的灰塵顆粒形成一層飛灰濾餅。反吹氣按與主氣流相反的方向自里向外脈沖穿過濾芯，濾餅靠重力下落至飛灰收集錐體內(nèi)。濾芯反吹過程通常是同組濾芯同時(shí)完成，每組濾芯都由1個(gè)單獨(dú)的管線自反吹氣體緩沖罐(容器頂部環(huán)管)引至過濾器里的文丘里噴嘴，各組濾棒依據(jù)氣流壓差，定期按順序反吹。反吹頻率取決于灰塵負(fù)荷、流經(jīng)過濾器的氣體流量。文丘里管的工作像泵一樣，吸入潔凈氣體用以清洗濾芯，部分反向噴射動(dòng)能被轉(zhuǎn)換成壓力，在過濾器元件腔體內(nèi)產(chǎn)生的壓力使過濾氣流方向逆轉(zhuǎn)，以克服過濾方向的壓降并防止灰餅粘結(jié)。文丘里噴射器使穿過每組濾芯橫切面的氣流對稱分配，并沿濾芯均勻分布，通過半連續(xù)的排放系統(tǒng)將除下的飛灰排出系統(tǒng)。經(jīng)過飛灰過濾器過濾后的干凈合成氣的灰塵含量為1～2(最大為20)mg/m3。除灰系統(tǒng)的飛灰最大處理量為3.0 kg/s，按設(shè)備設(shè)計(jì)指標(biāo)，其可接收最差煤種中約40%的灰含量。

4出現(xiàn)的問題

2013年12月初，濕洗系統(tǒng)洗滌水濁度分析出現(xiàn)上升趨勢，有正常的10 mg/l以下上升至20 mg/l，20日上升至50 ml/l，30日上升至130 mg/l，2014年1月8日濁度為500 mg/l，裝置計(jì)劃停車檢修。停車后檢查發(fā)現(xiàn)飛灰過濾器(S-1501)中的1根陶瓷濾棒斷裂。

5產(chǎn)生的影響

殼牌氣化裝置運(yùn)行中濾棒出現(xiàn)裂紋或斷裂，合成氣中夾帶的飛灰通過裂紋進(jìn)入潔凈合成氣系統(tǒng)，在飛灰過濾器(S-1501)中，飛灰會(huì)通過文丘里分布管，進(jìn)入其他正常濾棒的潔凈測，存在污染其他濾棒的風(fēng)險(xiǎn)，風(fēng)險(xiǎn)程度隨時(shí)間的延長和斷裂濾棒的增加而加大。如果斷裂濾棒在1-2根，濕洗系統(tǒng)濁度小于200 mg/l，運(yùn)行時(shí)間較短，其他濾棒受到污染的風(fēng)險(xiǎn)則較小。如濾棒出現(xiàn)多根斷裂，濕洗系統(tǒng)濁度高于500 mg/l，甚至超過1 000 mg/l，其他濾棒受到污染的風(fēng)險(xiǎn)較大。

飛灰通過斷裂濾棒進(jìn)入濕洗系統(tǒng)后，隨著洗滌水的不斷循環(huán)，飛灰量會(huì)不斷增加，洗滌水濁度將持續(xù)升高，在170 ℃、添加NaOH中和pH值在7左右的環(huán)境下，飛灰在設(shè)備文丘里洗滌器(J-1602)、濕洗塔(C-1601)及管道內(nèi)壁上形成堅(jiān)硬的垢層，特別是濕洗塔(C-1601)內(nèi)填料層、除沫網(wǎng)結(jié)垢后，塔層前后壓差升高，難于清理。濕洗塔(C-1601)頂部噴淋水分布管隨濁度的升高逐漸堵塞，造成濕洗循環(huán)泵(P-1601)出口16FIC-0015的流量逐漸減少。

飛灰通過飛灰過濾器(S-1501)后，一部分隨合成氣進(jìn)入激冷氣系統(tǒng)，經(jīng)過激冷氣壓縮機(jī)加壓后作為氣化爐反應(yīng)段的激冷氣。飛灰顆粒會(huì)逐漸附著于激冷氣壓縮(K-1301)的葉輪上，一方面激冷氣壓縮機(jī)(K-1301)的震值會(huì)有所升高，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起壓縮機(jī)震值高聯(lián)鎖停車。另一方面激冷氣壓縮機(jī)(K-1301)葉輪附著飛灰后，影響壓縮機(jī)的打氣量，造成激冷氣量降低，長時(shí)間運(yùn)行會(huì)造成氣化爐過熱器(E-1306)前的十字反吹處積灰。再之，夾帶飛灰的激冷氣在氣化爐激冷口處會(huì)形成積灰，長時(shí)間運(yùn)行后，在激冷口處激冷氣流場發(fā)生變化，高溫合成氣有燒壞激冷口的風(fēng)險(xiǎn)。

因夾帶飛灰的濕洗系統(tǒng)洗滌水通過固定排放進(jìn)入初級水處理系統(tǒng)(17單元)，造成洗滌水收集罐(V-1704)、酸漿給料泵(P-1703)及管道內(nèi)壁結(jié)垢嚴(yán)重，影響酸漿給料泵(P-1703)的正常運(yùn)行。

6處理措施

6.1　裝置運(yùn)行時(shí)

裝置運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)飛灰過濾器濾棒故障，若是因反吹閥門問題導(dǎo)致濾棒故障，并確定是該組濾棒出現(xiàn)問題，則可將此組反吹閥關(guān)閉，飛灰將該組濾棒包裹，達(dá)到隔離該組濾棒目的。若不能確定哪組濾棒故障，在發(fā)現(xiàn)濕洗系統(tǒng)洗滌水濁度升高后，適當(dāng)增大補(bǔ)水量，提高洗滌水排放量，達(dá)到洗滌水中飛灰累積量平衡。當(dāng)洗滌水濁度超過500 mg/l后，以增大補(bǔ)水與排放水維持的濁度平衡被打破，建議進(jìn)行停車處理，避免增大后續(xù)處理的難度。

6.2　停車后的處理

裝置因?yàn)V棒斷裂停車后，需打開飛灰過濾器(S-1501)的頂部A1和側(cè)面A2人孔，進(jìn)入檢查、更換斷裂濾棒，因斷裂濾棒所在組的其他濾棒易受到污染，故該組濾棒應(yīng)全部更換。在飛灰過濾器(S-1501)上層，需檢查其他濾棒受污染程度，以決定是否更換全部濾棒。

洗滌系統(tǒng)檢修過程中，檢查洗滌塔(C-1601)填料、除沫網(wǎng)結(jié)垢程度，視情況進(jìn)行清理或更換。濕洗塔(C-1601)頂部噴淋水分布管可拆卸后用高壓水槍沖洗。文丘里洗滌器(J-1602)上部兩側(cè)小噴頭及主噴淋頭堵塞嚴(yán)重，兩側(cè)小噴頭可割除，主噴頭可清理后進(jìn)行擴(kuò)孔操作，因材質(zhì)為Incoloy825，擴(kuò)孔可用等離子切割爆孔。

激冷氣壓縮機(jī)葉輪因有飛灰附著，停車后需進(jìn)行徹底清理。若激冷氣壓縮機(jī)入口加裝有過濾器，濾網(wǎng)清理后回裝待用。對激冷氣壓縮機(jī)入口氣液分離器(V-1310)也應(yīng)進(jìn)行檢查和清理。氣化爐激冷口應(yīng)進(jìn)行檢查是否有積灰和變形，激冷口堆焊層進(jìn)行著色檢查，過熱裂紋進(jìn)行重新打磨堆焊處理。

初級水處理系統(tǒng)(17單元)洗滌水收集罐(V-1704)、酸漿給料泵(P-1703)及管道內(nèi)壁結(jié)垢通過高壓水槍沖洗處理，實(shí)際操作時(shí)結(jié)垢較難處理，建議發(fā)現(xiàn)飛灰過濾器濾棒故障后，將濕洗系統(tǒng)固定排放水減壓后外排，并通過臨時(shí)泵送至澄清槽(S-1701)，避免洗滌水收集罐(V-1704)、酸漿給料泵(P-1703)及管道內(nèi)壁結(jié)垢。

6.3　裝置開車前的預(yù)處理

殼牌氣化裝置濾棒故障后對濕洗系統(tǒng)、初級水處理的影響在檢修工作中都能夠得到處理，但粘結(jié)在飛灰過濾器(S-1501)至濕洗塔(C-1601)合成氣管道上的飛灰是不容易清洗掉的。某殼牌氣化爐廠家因?yàn)V棒故障后長時(shí)間運(yùn)行，合成氣管道管壁積灰嚴(yán)重，迫不得已進(jìn)行割管水沖洗，耗時(shí)耗力。在合成氣管道積灰不嚴(yán)重的情況下，可采取在激冷氣壓縮機(jī)(K-1301)入口過濾器保持安裝的情況下，合成氣系統(tǒng)升溫升壓，并啟動(dòng)激冷氣壓縮機(jī)進(jìn)行循環(huán)，將粘結(jié)在管壁上的飛灰循環(huán)至過濾器上，當(dāng)過濾器壓差升高至50 kPa以上時(shí)，泄壓清理，反復(fù)進(jìn)行升壓、循環(huán)、泄壓、清理工作，直至過濾器壓差不再升高，可拆除過濾器進(jìn)行開車作業(yè)。

7結(jié)論

殼牌煤氣化關(guān)鍵設(shè)備飛灰過濾器濾棒濾棒故障、斷裂后，從濕洗系統(tǒng)濁度的變化可及時(shí)發(fā)現(xiàn)，盡早停車檢修是最安全的選擇。綜合其他因素考慮，在濕洗洗滌水濁度在100 mg/l以下時(shí)，可加大洗滌水的排放繼續(xù)運(yùn)行，濁度超過200 mg/l時(shí)，建議計(jì)劃停車處理，濁度超過500 mg/l時(shí)，盡早停車是最好的選擇，避免增大檢修及開車時(shí)工作量。

Treatment measures after failure of Shell coal gasification fly ash filter

GuoJian-feng

(Henan Energy and Chemical Industry Group, Zhongyuan Dahua Co., Puyang 457000,China)

Abstract：When the Fly ash filter that is the key equipment of Shell coal gasification damaged, the fly ash will get into the clean syngas system, that will make a great impact on the wet scrubber system, quench gas system and the primary water system, Especially make greater impact on the gasifier continue running after Fly ash filter damaged, and the subsequent processing will more difficult. In this paper, we analyzed these problems and put forward treatment measures.

Key words：Shell coal gasification; Fly ash filter; damaged; impact

中圖分類號：TQ051.8

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1003-6490(2015)06-0057-03

作者簡介：郭劍峰(1981-)，男，河南西華人，2004年畢業(yè)于鄭州大學(xué)化學(xué)工程與工藝專業(yè)，工程師，主要從事化工生產(chǎn)技術(shù)工作，E-mail：13839369580@163.com。

收稿日期：2015-11-23