殼牌粉煤氣化裝置高溫高壓飛灰過濾器的使用與維護

楊虎

摘 要：殼牌粉煤氣化裝置是工業生產過程中的重要裝置系統，本文對殼牌粉煤氣化裝置高溫高壓飛灰過濾器的結構以及作用進行介紹，并且分析過濾器使用過程中的常見問題，對相應的維護措施進行闡述，旨在提高殼牌粉煤氣化裝置運行水平。

關鍵詞：殼牌粉煤氣化裝置 高溫高壓 飛灰過濾器 維護

中圖分類號：TQ051 文獻標識碼：A 文章編號：1003-9082（2017）11-0-02

引言

殼牌粉煤氣化裝置主要采用氣體激冷原理，使合成氣夾帶的煤炭中的礦物質固化，形成飛灰。為了使得生產過程中的氣灰能夠充分分離，殼牌粉煤氣化裝置設置了飛灰脫除單元，其中高溫高壓飛灰過濾器是整個裝置飛灰脫除過程中的核心設備，在整個系統中，除了氣化爐之外，飛灰過濾器的投入比例最大。隨著殼牌粉煤氣化裝置引入國內，在工業生產中開始應用以后，高溫高壓飛灰過濾器出現的問題逐漸增多，對裝置的穩定運行產生嚴重影響。對此，在裝置系統運行過程中，必須要積極加強殼牌粉煤氣化裝置飛灰過濾器的使用以及維護，對飛灰過濾器的基本結構、工作原理等進行了解，定期檢查，減少故障率。

一、高溫高壓飛灰過濾器的結構和作用

1.高溫高壓飛灰過濾器的結構

殼牌粉煤氣化裝置中，根據生產項目中的煤灰含量差異，殼牌粉煤氣化裝置的過濾器規格略有不同，但基本結構形式是相同的，主要由承壓容器、內件兩個大部分組成，另外，還包括反吹氣體環形管、閥門、儀表以及控制裝置。圓柱形的過濾器外殼以及錐形飛灰收集罐是承壓容器，設計的承載壓力一般為4-5MPa，材料為Cr-Mo鋼復合304L。過濾器的內件主要包括模塊式管板、承壓板、文丘里管、氣體分布器、陶瓷濾芯等部件，其中主管板的結構為Cr-Mo鋼加304L不銹鋼復合而成，焊接在外殼壁上。主管板上有圓孔，主要用于模塊式管板的安裝。濾芯是過濾器的主要部件，以某企業的殼牌粉煤氣化裝置為例，該裝置中一共有720根濾芯，分為15組，每一組有48根濾芯，按照三角形安裝在模塊式管板上，濾芯的間距控制在10cm左右。濾芯的結構是碳化硅多孔支撐骨架，復合粘結1層高鋁紅柱石細過濾膜。

2.高溫高壓飛灰過濾器的作用

高溫高壓飛灰過濾器是高溫高壓的飛灰過濾設備，處于工藝中的飛灰收集工序的頂端，過濾器將氣化爐生成的合成氣中的絕大部分粉塵過濾掉，使合成氣達到一定的標準后進入濕洗工序進一步洗滌和進入壓縮機用作激冷氣。飛灰過濾器過濾了合成氣中的99%的飛灰。

飛灰過濾器的主要作用是從合成氣中將飛灰去除，從合成冷卻器中出來的合成氣含有大量灰塵，從底部的進氣管進入過濾器之后，含有灰塵的氣體從濾芯濾膜的外面向里面進入，氣體中的粒徑較大的飛灰顆粒就被截留在濾芯的濾膜之外，經過過濾之后的純凈氣體再經過過濾器經過凈氣管口進入過濾器的頂部。沉積在濾芯外面的飛灰顆粒會逐漸累積成為飛灰濾餅，通過反吹氣，即與主氣流相反的方向自里向外吹氣，脈沖會穿過濾芯，然后使濾芯表面的濾餅靠重力下落，進入飛灰收集錐體內，將飛灰濾餅收集起來統一清理。在清除飛灰濾餅的時候，反吹頻率取決于灰塵的負荷、流經過濾器的氣體流量等參數，經過飛灰過濾器之后其他成為清潔的合成氣，其灰塵含量大大減少，大約每立方米中只含有1-2mg灰塵，達到了過濾的目的。

二、高溫高壓飛灰過濾器的常見問題

在殼牌粉煤氣化裝置中，高溫高壓飛灰過濾器的效果直接影響合成氣的質量，在使用過程中過濾器經常出現反吹閥故障、反吹氣不合格、飛灰性質改變等問題，對過濾效果產生影響。高溫高壓飛灰過濾器常見故障有以下幾個方面：

1.反吹閥故障

反吹閥主要是控制反吹風風力大小的開關，反吹風對飛灰濾餅的下落情況有直接影響，在反吹閥工作中常見的故障原因有幾個方面：第一，電磁閥接線錯誤，電磁閥接線斷裂或沒有接線。第二，儀表風不夠清潔，顆粒物將電磁閥內部堵塞，導致反吹閥無法正常工作。第三，反吹閥的內部受到反吹氣的長期影響，由于缺少必要的保溫和電伴熱，導致反吹閥的內部出現凝露和二氧化硫腐蝕。第四，反吹閥缺少預防性維護。反吹閥的故障大多是來自于運行過程中的維護不當、使用不當，當反吹閥出現故障的時候，濾芯無法產生清潔效果，如果灰塵不能及時落下，長時間附著在濾芯上，會形成濾棒間飛灰搭橋，如果飛灰搭橋的時間超過一個小時，則濾芯會因為外力過大而出現斷裂。

2.飛灰性質改變

飛灰性質是影響過濾器工作效能的主要因素，一般進入過濾器的飛灰性質都會超出濾芯要求的范圍，主要的原因有幾個方面，第一，煤質量不高，導致原料煤的設計偏離煤種的要求太多，使得飛灰性質發生改變。第二，在過濾的過程中操作不正確，導致氣化爐的內部出現損傷，有異常顆粒進入過濾器，導致過濾器被刮傷。第三，氣化爐中的反應不夠充分，產生了異常灰分，比如殘碳，對過濾器產生影響。第四，蒸發的濕氣或換熱器泄漏，導致反應過程中的蒸汽部分凝結形成更黏的濾餅。超出過濾要求范圍的飛灰不能從濾芯表面清除，將使濾芯表面和濾芯之間形成搭橋，進而可能導致濾芯斷裂。

3.反吹氣不合格

在殼牌粉煤氣化裝置中，大部分企業會使用壓強為8MPa的氮氣/二氧化碳作為反吹氣，有的企業也會以濕洗塔出口合成氣作為反吹氣，反吹氣不合格也是影響過濾器工作的主要原因，造成反吹氣不合格的主要因素有以下幾個方面：第一，反吹系統被腐蝕，如果以合成氣作為反吹氣，則會導致反吹閥以及管線被腐蝕，對反吹過程產生十分嚴重的影響。第二，反吹氣壓力不穩定。第三，反吹氣質量超出使用條件。反吹氣中的各種組分含量不滿足要求，會導致反吹過程受到很大影響。例如往復壓縮機中產生的反吹氣含油量過高，導致濾芯內部受到油污染，對濾芯的孔道造成堵塞，降低反吹效果，而且會導致濾芯收集到的飛灰不能被有效移除，在濾芯表面上形成搭橋，最終導致濾芯斷裂。

4.操作上的原因

由于操作人員的失誤或者技術不當導致過濾器工作異常，也是工作過程中的常見現象。例如操作的時候管路泄露問題沒有及時維修，導致火災現象，損壞了反吹閥，再比如飛灰的排放壓差太大，導致平衡孔附近的濾芯出現損壞。

三、飛灰過濾器濾芯的使用與維護策略

1.正確安裝各種設備

在過濾器使用過程中，要對濾芯、內件等進行正確安裝，確保過濾器可以正常工作。例如小管板、文丘里管、定位板等，都是過濾器中的重要裝置設備，在安裝的時候要按照說明書逐個安裝，確保濾芯可以正常使用。同時，濾芯是消耗品，在長期使用過程中會受到磨損，對過濾效果產生影響，所以在過濾器使用過程中應該要及時對濾芯進行更換，一般濾芯在不進行外部清洗的情況下其工作壽命大約有1.6萬小時，在使用過程中經過外部清潔，可以延長其使用壽命。當需要更換濾芯的時候應該要對所有濾芯的設備進行更換，使用全新的濾芯對舊濾芯進行更換，提高過濾質量。

2.正確開停操作

在高溫高壓飛灰過濾器操作過程中應該要對操作過程進行控制，確保開停操作正常。通常進入過濾器中的合成氣溫度不能低于200℃，飛灰過濾器的正常操作溫度在200℃以上，與合成氣直接接觸的所有設備都必須要保持在200℃以上，避免氯化銨冷凝腐蝕。另外，在設備操作過程中，僅僅通過氣流加熱是不能保證溫度滿足要求的，所以需要使用伴熱。當裝置停止工作的時候，飛灰過濾器的溫度最好可以保持在80℃以上。另外，當第一個煤燒嘴運行一個小時之后，可以及時排放出第一次飛灰產品，提高合成氣質量。

3.保證合適的工藝和操作參數

在過濾器工作過程中，應該要確保過濾器的操作工藝、操作參數等滿足要求，例如合成氣流量、壓力、溫度等指標，都應該要滿足要求，在生產過程中使用的煤以及灰分的特性要控制在過濾器參數要求范圍之內。反吹氣應該要保持干燥、無油、無雜質顆粒，反吹氣壓力不能太小，以防不能起到反吹效果，其壓力至少要大于過濾器內部壓力的2倍，最小壓力為過濾器內部壓力的1.8倍，而且在1.8倍壓力環境下不能長時間工作。

4.加強過濾過程的監控

在過濾過程中，外部的監控是確保過濾正常進行的條件，監控的內容主要包括幾個方面。第一，對過濾工藝進行監控，在過濾操作過程中，要對過濾器的壓差進行監控，如果壓差不正常，則說明過濾器的工作不正常，要及時進行處理。同時要對反吹風的間隔時間進行監控，反吹風的間隔時間由過濾器的壓差決定，殼牌粉煤氣化裝置一般采用PLC控制，PLC會根據程序更改反吹間隔時間，在運行過程中要根據實際情況設定具體的間隔時間，確保濾芯正常工作，減少濾芯搭橋問題。第二，對反吹閥進行監控。反吹閥的正常工作是確保飛灰過濾器能夠正常工作的前提，在反吹閥運行過程中，應該要重點觀察反吹閥開關的狀態、環管的壓降情況以及PLC控制器的報警信息，一旦出現報警，要及時停車查找問題，并且對問題進行處理，不能強行工作，以防對過濾器性能產生影響。

結語

綜上所述，高溫高壓飛灰過濾器是殼牌粉煤氣化裝置的重要組成部分，在該裝置運行過程中受到各種質量問題的影響較大，為了提高過濾器的工作性能，要做好參數控制、操作控制，減少過濾器故障。

參考文獻

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