王敬峰

(河南能源化工集團(tuán)鶴壁煤化工有限公司， 河南鶴壁 458000)

Shell廢鍋流程干粉煤氣化技術(shù)中,由于激冷氣氣量的增加，飛灰過濾器(S1501)負(fù)荷越來越大，達(dá)到了設(shè)計(jì)處理能力的150%，過濾器面速達(dá)到1.8 m/min以上，超過1.2 m/min的設(shè)計(jì)工況，造成過濾器開車初始?jí)翰罡摺翰钌蠞q過快，導(dǎo)致濾棒壓差上漲加快的惡性循環(huán)。同時(shí),引起濾棒管板漏灰，造成后序設(shè)備水洗塔結(jié)垢、變換分離器堵塞、激冷氣濾網(wǎng)堵塞、氣化爐的激冷盒堵塞燒壞。S1501負(fù)荷成為氣化裝置長周期穩(wěn)定運(yùn)行的瓶頸問題。

1 概況

原料煤經(jīng)過氣化裝置發(fā)生氣化反應(yīng)制成粗合成氣，其主要技術(shù)路線為：原料煤經(jīng)過磨煤加壓進(jìn)入氣化爐進(jìn)行半氧化反應(yīng)產(chǎn)生粗合成氣，然后經(jīng)過廢熱鍋爐回收余熱，經(jīng)高溫高壓過濾器除灰、濕洗單元洗滌掉氣體雜質(zhì)后，合格的粗合成氣送甲醇裝置變換單元[1]。

S1501可過濾合成氣夾帶的固體飛灰，其設(shè)計(jì)運(yùn)行溫度為340 ℃、壓力為3.88 MPa。S1501中的濾材使用1152根長度為1.5 m的鐵鋁合金燒結(jié)濾棒，每48根為一組，分為24組，每組配置1個(gè)脈沖角閥進(jìn)行反吹，反吹壓力為過濾器運(yùn)行壓力的2倍。S1501運(yùn)行時(shí)，合成氣進(jìn)入濾棒的外側(cè)，飛灰被擋在濾棒外側(cè)并形成濾餅層，過濾后的合成氣進(jìn)入水洗單位，濾餅層不斷增厚，24個(gè)脈沖角閥每15 s進(jìn)行1次輪流反吹，反吹時(shí)角閥啟閉在300 ms內(nèi)完成，飛灰在瞬間高壓氣流作用下，從濾餅層分離后進(jìn)入收集罐[2]。

2 存在的問題

自2013年投產(chǎn)后，氣化裝置因氣化爐積灰、堵渣問題運(yùn)行不穩(wěn)定且負(fù)荷率低。2016年6月2日，氣化裝置加至滿負(fù)荷，伴隨著激冷氣流量提高，S1501的過氣質(zhì)量流量達(dá)到170 kg/s，大幅超過設(shè)計(jì)值(113 kg/s)。氣化裝置達(dá)到滿負(fù)荷時(shí)，S1501運(yùn)行瓶頸問題突顯[3]。

2.1 壓差上漲過快

氣化爐負(fù)荷增加，所生產(chǎn)的合成氣量增加，同時(shí)需要激冷降溫的激冷氣量也增加，S1501負(fù)荷增加。在過濾面積不變的情況下，過濾器的面速較高，反吹效果不佳，飛灰在濾棒表面快速累積，造成壓差上升。新的金屬濾棒使用時(shí)長為103 d時(shí)，壓差達(dá)到39 kPa；清洗一次后僅運(yùn)行41 d，壓差就漲到38 kPa，制約裝置長周期運(yùn)行。

2.2 管板密封不可靠

管板密封點(diǎn)在壓差達(dá)到30 kPa左右時(shí)出現(xiàn)漏灰，漏灰將不可避免引起管道、設(shè)備結(jié)垢堵塞，最終導(dǎo)致氣化裝置被迫停車檢修。分析失效原因可知：大小管板密封墊片泄漏以及濾芯配套密封墊片失效或漏放，導(dǎo)致飛灰由密封處進(jìn)入潔凈氣一側(cè)，對(duì)下游造成污染(見圖1和圖2)[4]。

圖1 大小管板密封墊片泄漏位置

1—花盤;2—定位銷;3—套管;4—定距管;5—六角螺母;6—拉桿。

3 解決思路與創(chuàng)新點(diǎn)

(1) 增加飛灰過濾面積。

面速增高是裝置高負(fù)荷運(yùn)行后的主要變化因素。研究開發(fā)并應(yīng)用新型濾棒，通過增加過濾面積從而降低濾棒的面速，提升過濾器的處理能力，根本解決過濾器運(yùn)行不穩(wěn)定的問題。

(2) 降低進(jìn)氣的流速和氣體粉塵濃度。

通過改變飛灰過濾器的進(jìn)氣分布形式，降低合成氣噴出流速，從而減小對(duì)空間內(nèi)部的擾動(dòng)影響，提升飛灰在容器內(nèi)的降落速度，降低空間粉塵濃度，同時(shí)緩解對(duì)濾棒的沖刷。

(3) 改進(jìn)反吹系統(tǒng)。

正常情況下，濾棒的濾餅層應(yīng)該是達(dá)到平衡態(tài)的。當(dāng)面速增加時(shí)，平衡就會(huì)偏移，灰層變厚，壓差上升，此時(shí)調(diào)整反吹間隔和反吹壓力，提高反吹能力，從而穩(wěn)定過濾器壓差。

(4) 優(yōu)化密封和固定方式。

原固定方式為壓夾，當(dāng)壓差上升時(shí)，密封失效，出現(xiàn)漏灰?，F(xiàn)增加拉筋以加強(qiáng)固定，對(duì)管板密封點(diǎn)進(jìn)行焊接處理，使密封更可靠。

4 優(yōu)化措施

(1) 開發(fā)與應(yīng)用新型濾材，通過應(yīng)用2050型鐵鋁合金燒結(jié)濾棒，配套使用內(nèi)件相關(guān)硬件拉桿、彈簧，增加100 m2過濾面積，從而降低濾棒的面速，提升過濾器處理能力，降低運(yùn)行壓差。

(2) 改造進(jìn)氣管，將原直筒等徑的4支進(jìn)氣分布管改造成喇叭口型進(jìn)氣分布管，降低了氣體進(jìn)入過濾器時(shí)的流速和合成氣噴出流速，提升飛灰在容器內(nèi)的降落速度，降低空間粉塵濃度，同時(shí)緩解對(duì)濾棒的沖刷。

(3) 反吹系統(tǒng)對(duì)濾棒工作面的再生至關(guān)重要。確保反吹氣壓力和溫度合格，調(diào)整脈沖角閥反吹間隔為15 s、脈沖時(shí)間為300 ms，從而提升反吹能力，提高工作面的再生性。

(4) 加強(qiáng)大小管板的密封焊接，避免壓差高時(shí)漏灰。

5 改造效果

在氣化爐滿負(fù)荷下，S1501初期壓差為8.0 kPa，實(shí)施前壓差為25.0 kPa左右；經(jīng)過優(yōu)化改造S1501并運(yùn)行7 d后，其壓差為8.5 kPa，與原1.5 m濾棒壓差接近30.0 kPa，同時(shí)水洗塔水質(zhì)較好，濁度為5 mg/L。實(shí)施綜合優(yōu)化后，S1501壓差穩(wěn)定，過濾精度優(yōu)于設(shè)計(jì)方案，裝置運(yùn)行更加穩(wěn)定，成功解決漏灰問題，保證裝置全年運(yùn)行天數(shù)達(dá)到330 d以上，日產(chǎn)量連續(xù)穩(wěn)定在2 000 t以上(見表1)。

表1 實(shí)施前后運(yùn)行效果對(duì)比

6 結(jié)語

針對(duì)S1501壓差上漲快的問題，通過增加過濾器過濾面積以降低面速、改造進(jìn)氣管以降低進(jìn)氣流速、調(diào)整優(yōu)化反吹系統(tǒng)以提高再生效果，以及改變固定方式，S1501運(yùn)行周期大幅延長且運(yùn)行更加穩(wěn)定可靠，實(shí)現(xiàn)裝置安穩(wěn)長滿優(yōu)運(yùn)行。