河南龙宇煤化工公司壳牌煤气化炉的陶瓷过滤装置于2008年投用。该过滤装置以陶瓷过滤器为过滤元件(过滤元件为24组,每组48根陶瓷滤芯),其作用就是将合成气冷却器出来的煤气进行除灰净化,出口飞灰含量一般控制在5 mg/m3左右(设计指标<20 mg/m3)。其过程是:洁净的煤气通过过滤器,灰尘落在过滤孔外,长时间飞灰堆积会造成过滤器阻力上升,为防止工艺操作中过滤器前后压降超过35 kPa,在408 s内对24组过滤器轮吹1次,并依次逐个反吹(反吹是利用8.05 MPa的超高压CO2/N2,通过文丘里管口对一组过滤器喷吹),清除积灰,降低压降。落下的飞灰通过飞灰收集器进入飞灰排放罐内,干净的合成气离开飞灰过滤器去下游装置湿洗工段。
我公司此套装置在运行期间由于各种工艺条件以及不同工况的影响,陶瓷滤芯曾多次出现不同程度的断裂而造成系统停车,其中第一次是由于气化装置运行时间较长,负荷相对较高,原煤的配比较大,导致气化炉的积灰有缓慢上涨趋势。为了不让积灰进一步加重,采取了降压吹扫的方式。当气化炉压力从3.84 MPa降到3.2 MPa,合成气流量降到10万m3/h时,投用2个烧嘴,合成气流量从10万m3/h涨到16.6万m3/h,合成气冷却器的压差从17 kPa左右降到8 kPa,过热蒸汽温度有明显的上涨趋势,降压吹扫效果比较明显。随后发现飞灰过滤器的压差有上涨趋势,最高涨到13.73 kPa,后又降到5 kPa左右,压缩机进口压差13PDI0073从12 kPa涨到50 kPa左右,从湿洗除灰系统取出的水有浑浊现象。气化炉停车检查,发现飞灰过滤器的滤芯有11组出现断裂。第二次出现滤芯断裂的情况是:激冷气压缩机入口过滤器S-1307前法兰焊缝处有1个砂眼,合成气漏量较大,停车处理后开车,17:40投料,18:20发现C-1601中的洗涤水较脏,激冷气压缩机入口压差慢涨,判定飞灰过滤器的滤芯断裂。
以上2次滤芯断裂严重影响和制约了装置的长周期运行,给公司造成了巨大的经济损失。为了避免和减少陶瓷滤芯再次出现断管现象,我们做了详细的分析并采取了积极的改进措施。原因分析如下。
1.飞灰过滤器滤芯为陶瓷滤芯,强度及韧度较弱,当合成气量波动或反吹时受力不均等都可能导致滤芯断裂。
2.操作人员经验不足,在降压吹扫时,2个烧嘴投用较快,气化炉合成气冷却器积灰较重,大量的飞灰在降压吹扫的短时间内被带到飞灰过滤器内,滤芯表面粘附大量的飞灰,造成滤芯压差升高,阻力较大。
3.由于烧嘴投用较快,在进行降压吹扫时气化炉的压力由3.2 MPa左右提至3.8 MPa,造成系统压力提升较快,引起飞灰过滤器滤芯有局部的晃动。
4.滤芯使用时间过长,截至断管时已使用了21个月,飞灰逐渐沉积在滤芯表面,每次开车时飞灰过滤器的压差都有小幅上涨。
5.在气化炉过热段积灰后,每次停车后检查都会发现有大量的灰块积存在E1306十字架处,在进行降压吹扫时可能有灰块被吹掉,灰块被带到飞灰过滤器处撞击到滤芯上造成滤芯折断。
6.第二次断裂的主要原因:(1)在气化炉投料时,由于操作经验不足,4个烧嘴还是按照初始开车的间隔时间相继投用,加之气化炉短停后,由于合成气冷却器的温差大幅度变化,导致大量飞灰松动并部分脱落,大量气体带着大量飞灰进入飞灰过滤器,引起飞灰过滤器压差过大,陶瓷滤芯断裂;(2)由于对装置的认识不足,在上次断管更换时,没有全部更换为新滤芯,导致新装滤芯在投用后很快被污染,加之新滤芯透气性比旧滤芯好,在烧嘴投用后,大量的气体从新滤芯通过,致使新滤芯负荷过大,导致滤芯断裂。
针对以上情况,采取了以下改进措施。
1.遇合成气冷却器积灰再次进行降压吹灰时,投用烧嘴的间隔时间和负荷的提升时间应更合理地分配好,应以飞灰过滤器的压差为准,逐渐提高负荷和投用烧嘴。
2.在气化炉投料时,如果煤线的计量不准,气化中控指挥开车人员和主操人员要密切按照合成气中CO2含量和U-1400的固含量控制气化炉的温度,防止气化炉温度过低,大量未完全燃烧的煤灰进入飞灰过滤器。
3.陶瓷滤芯的使用寿命每次为24个月,由于我公司所用煤的黏性较大,建议飞灰过滤器的陶瓷滤芯18个月更换1次。
4.加强专业技术培训,总结经验教训,编写特殊情况下的操作规定,逐步提高员工的操作技能。
上述改进措施的实施,切实改变了过滤器频繁断管的现象,飞灰过滤器的运行效果有很大改观:飞灰过滤器已经连续运行9个多月,未出现滤芯断裂现象;滤芯前后压差始终能够维持在5~7 kPa(设计跳车联锁值≤35 kPa)的范围内;出口飞灰含量已经能够长时间控制在3~11 mg/m3;下游系统(粗煤气湿洗除灰)的洗涤水也从未出现浑浊现象。