Shell煤氣化裝置飛灰過濾器濾芯損壞原因及維護措施

李準 楊勇 上官國青 馬海騰（河南開祥化工有限公司，河南 三門峽 472300）

Shell煤氣化屬于第二代煤氣化技術，采用氣流床加壓氣化、液態排渣、干灰脫除的形式。在殼牌煤氣化工藝中,飛灰過濾器是一項薄弱環節，從氣化爐出來含大量飛灰的粗合成氣經飛灰過濾器過濾后，粗合成氣中的灰含量一般≤2mg/Nm3。如果濾芯破裂或失效，將造成大量飛灰進入下游工藝系統，從而導致系統的停車。因此為保證系統長周期、穩定運行，必須加強對飛灰過濾器的維護工作。

1.飛灰過濾器設備簡介及工作原理

飛灰過濾器是Shell煤氣化裝置中的重要設備，其設備參數見表（1）。工作原理是從氣化爐送過來的溫度為340℃、壓力為3.96MPa的粗合成氣，通過飛灰過濾器的過濾，潔凈的合成氣從過濾器頂部出來送往下游系統。飛灰在濾芯外壁上堆積形成濾餅，在反吹系統的作用下，濾餅被吹落至容器下部的灰斗內（圖1），經過處理排至灰庫，目前Shell煤氣化裝置飛灰過濾器廣泛使用的濾芯為陶瓷濾芯和金屬濾芯。

表1 設備參數簡介

圖1 飛灰過濾器工作原理簡圖

2.飛灰過濾器濾芯損壞原因

2.1 安裝問題

濾芯破損有很大一部分原因是安裝問題，濾芯屬于易損件，安裝中易造成濾芯的損壞。在安裝前管板上部及濾芯支架沒有清理干凈，新濾芯一經使用將會造成污染或損壞。安裝過程中濾芯壓板沒有壓到位，安裝垂直度以及反吹管口、文丘里、濾芯同心度不好，固定不牢[1]等，在運行中濾芯將會產生晃動造成損壞。安裝結束后沒有對安裝效果進行有效檢查，對安裝過程中可能存在的不足未進行排除，裝置運行后造成濾芯的損壞。部分廠家由于濾芯的造價等原因，對新舊濾芯進行混裝使用，因新舊濾芯通透性存在差別，濾芯負荷[2]不一致導致濾芯折損。

2.2 閥門故障

反吹系統是飛灰過濾器的重要組成部分，如果反吹閥出現故障，特別是無法打開的時候，反吹就無法進行，濾芯無法得到清潔，灰塵持續附著在濾芯上，最終會形成架橋（大約一小時），而架橋的發生很可能導致濾芯斷裂。常見的反吹閥故障的原因為反吹閥閥桿斷，閥芯脫落，電磁閥故障等，使反吹閥無法動作。反吹閥響應速度≤250ms，使得產生的反吹氣流量不足，反吹閥出現泄漏，使得反吹壓差達不到3-4MPa。

2.3 工藝操作

系統開車階段過快的升壓升負荷與停車時快速的泄壓吹掃，會對飛灰過濾器造成沖擊，并使系統溫差過大，導致濾芯的損壞。因此在開停車階段或工藝波動的情況下，要嚴格控制升降壓速率在規定的范圍內。爐溫控制偏低，會使大量未反應的煤粉進入飛灰過濾器，粘附在濾芯表面，長時間運行使得濾芯損壞。

2.4 重要的反吹條件沒有達到

重要的反吹條件沒有達到，將導致濾芯上附著的飛灰得不到有效移除，進而形成架橋，架橋后濾芯斷裂的風險非常高。重要的反吹條件中反吹氣的溫度沒有達到225℃的要求，會導致過濾器、濾餅受潮，反吹氣無法將濾餅吹掉，形成架橋。反吹氣壓力不穩定，導致過濾器清潔效率低。反吹氣含油，導致濾芯內部受到污染，堵塞濾芯孔道，反吹效率降低。

3.維護措施

3.1 設備安裝

設備安裝前制定安裝方案，嚴格按照方案執行，并將飛灰過濾器內部清理干凈，防止安裝過程中殘余飛灰對濾芯造成污染。安裝過程中要求施工人員加倍小心，輕拿輕放，以免濾芯產生肉眼無法發現的暗傷。安裝后檢查工作，確保反吹管口、文丘里、濾芯同心度[3]以及它們與隔板的同心度達到規范要求，濾芯是否產生裂紋等。

3.2 閥門監控與維護

加強反吹閥的日常巡檢與維護，中控要對反吹系統的各項參數密切監控，確保工作狀態和反吹效果。如果閥門出現故障，影響濾芯的使用，應立即啟動反吹閥故障應急預案，防止濾芯的損壞和系統停車。

3.3 工藝操作優化

開車之前，氣化爐沒有壓力時，設定反吹壓力為1.0MPa，氣化爐點火前1小時設定反吹氣壓力為2.0MPa，氣化爐正常情況下，設定反吹壓力為氣化爐壓力的2倍，最低不低于1.8倍，停車后，氣化爐沒有壓力時設定反吹氣壓力為2.0MPa。

正常運行時，嚴格按照設計工藝條件進行操作，嚴禁飛灰過濾器長時間超負荷運行。嚴控系統壓力波動，避免瞬時大氣量對濾芯造成沖擊損傷，保證系統升壓速率≤0.05MPa/min，降壓速率≤0.15MPa/min，以維護濾芯正常機械強度。氣化爐溫度操控要適中，避免溫度太高，導致細渣帶到飛灰過濾器對濾芯造成損壞。開車初期氧碳比盡量提高，正常運行時禁止爐溫偏低，用以減少未燃盡的煤粉進入濾芯，影響濾芯通透性。同時保持渣池和洗滌塔液位的穩定，操作液位維持在50%左右，防止氣化爐合成氣帶水，使得飛灰的粘度增大，導致飛灰粘結在濾芯外膜上，造成反吹壓差增大，致使濾膜損壞或濾芯斷裂。

長期停車不進人情況下關閉人孔，防止空氣進入濾芯受潮。開停車當中，盡量縮短開蒸噴時間。盡量確保煤種的穩定，煤粉粒度嚴格按照指標控制，以保證飛灰性質的穩定，防止產生較大的飛灰含量與較高的粘結指數。

3.4 保證合適的參數

飛灰過濾器穩定的運行環境，要求合成氣流量、壓力、溫度、灰分等操作參數在正常操作范圍內。反吹系統的正常運行需要溫度、壓力參數[4]在指標范圍內，并且反吹氣干燥、無油、無顆粒物。

3.5 加強監控

正常生產時中控人員密切監控飛灰過濾器的反吹的趨勢、壓力、壓力降、反吹氣溫度等重要參數，現場工藝，電儀、機械人員定期巡檢維護反吹系統，并做好巡檢記錄工作，保證飛灰過濾器的穩定運行，發現異常及時匯報。

3.6 制定預案

預案的制定可有效應對飛灰過濾器在運行中存在的諸多突發事件，發生頻率較多的有反吹閥無法打開，反吹閥打開后無法關閉，反吹壓力突降，PLC控制系統故障，反吹閥閥桿斷裂等。預案的制定與學習要求是各方面的，通過對預案的學習與演練，有助于飛灰過濾器發生突發事件時員工能夠在第一時間做出正確的操作，使問題得到及時有效的解決，保證生產運行的穩定。

4.結語

Shell煤氣化技術自2001年6月湖北雙環[5]最先引進到現在，經過十多年的發展，工藝已經比較成熟。在不斷的改進與摸索中，積累了大量寶貴的經驗。通過對飛灰過濾器濾芯損壞原因的研討，制定相應的維護措施，有效降低了飛灰過濾器的故障發生率，為Shell煤氣化裝置的長周期穩定運行提供了保障。

［1］谷政權,李文杰,耿勝楚,仇蘆坤.高溫高壓飛灰過濾器的工作原理與優化[J].河北化工.2011(12).

［2］劉魯偉.殼牌煤氣化高溫高壓飛灰過濾器濾芯損壞分析及解決措施[J].科技傳播.2013(15).

［3］賈現偉.高溫高壓飛灰過濾器的安裝[J].中氮肥.2009(02).

［4］李亞東,王可運.殼牌粉煤氣化裝置高溫高壓飛灰過濾器的使用與維護[J].化肥設計.2010(04).

［5］馬海騰,馬雪蓮,周亞濤.shell煤氣化技術特點及國內應用概況[J].化工管理.2013(18).