金屬濾芯在殼牌氣化爐除灰系統中的應用

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設計余量偏小濾芯負荷較高，容易發(fā)生斷裂。殼牌煤氣化裝置濾芯的損壞是導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行的關鍵。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20%以上。

陶瓷材料固有抗熱震性差、脆、韌性差等缺點，決定陶瓷材料必將備新的材料取代。另外陶瓷濾芯價格過高，增加了裝置運行維護費用。

二、過濾器基本結構及工作原理

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，然后進入到飛灰汽提冷卻罐中進行汽提，上部出來的氣體去火炬燒掉，下部出來的飛灰排出，用槽車運走。

三、金屬濾芯試用周期(表1)

四、金屬濾芯運行狀況分析

由下表2在負荷相當的情況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；在使用過程中由于氣化爐內部水汽泄漏導致金屬濾芯差壓上漲，處理漏點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。

金屬濾芯在差壓較高負荷較高以及反吹氮氣中斷較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。

2012年11月11日106單元由于濾芯損壞停車，停車后進入S1501檢查發(fā)現總共損壞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，說明金屬濾芯強度更高抗沖擊性強，更適在條件苛刻的環(huán)境下運行。

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小的煤灰所堵塞。內表面光潔，沒有發(fā)現明顯的腐蝕現象。

濾芯差壓變化情況分析

濾芯壓差跟面速基本呈線形關系，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可以看出氣化爐運行負荷在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金屬濾芯外側濾餅層3.192陶瓷濾芯外側濾餅層3.928

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

六、金屬濾芯試用評價

金屬濾芯首次考核評價運行時間從2010年11月22日起，運行裝置為106單元，安裝濾芯1組48支（整套裝置共計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，濾芯累計運行時間4636小時，氣化系統最高氧負荷90%，濾芯運行狀態(tài)良好。過濾系統操作壓力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。運行數據與使用進口陶瓷濾芯相當。

根據首次運行考核數據及使用后濾芯解剖分析結果，濾芯過濾精度、結構強度及耐腐蝕性能基本滿足裝置運行要求。

2011年9月7日，將使用后的1組國產金屬濾芯經清洗后加上4組全新金屬濾芯（合計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單元使用全新進口陶瓷濾芯，兩套裝置對比運行。兩套裝置氧負荷均基本穩(wěn)定在85%，過濾系統操作壓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到或優(yōu)于進口陶瓷濾芯。此狀態(tài)持續(xù)約30多天，后因105單元氣化爐水冷壁出現泄露，導致大量水蒸氣進入S1501過濾單元，導致壓差升至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，裝置氧負荷均基本穩(wěn)定在87%，過濾系統操作壓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到或優(yōu)于進口陶瓷濾芯。此狀態(tài)持續(xù)約34天，后因105單元氣化爐水冷壁出現泄露，導致大量水蒸氣進入S1501過濾單元，導致壓差升至18 KPa-20KPa，并一直處于穩(wěn)定狀態(tài)。

現場應用考核結果表明：國產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已達到進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)定生產運行的要求。