河南能化集团中原大化公司煤化工项目采用壳牌粉煤气化工艺，气化生成含一定量飞灰的高温粗合成气，在炉膛上部与200 ℃的激冷气混合至900 ℃，再经废热锅炉冷却到340 ℃，经高温高压飞灰过滤器（S-1501）干法除尘和湿洗处理后到甲醇工段。干法除尘的飞灰经减压、气提、冷却后排出系统。湿洗系统的作用是除去粗合成气中的HCl、HF和微量固体颗粒，为防止腐蚀性成分、盐和固体悬浮物在湿洗系统中累积，有一路固定废水排放至初级水处理系统。
高温高压飞灰过滤器是飞灰脱除的核心设备，是除气化炉之外壳牌粉煤气化装置设备投资中所占比例最大的关键工艺设备。自壳牌粉煤气化工艺在国内投入使用以后，高温高压飞灰过滤器出现了许多问题，影响了装置的长周期、稳定运行。
1.飞灰过滤器的结构及滤芯材质
在壳牌粉煤气化工艺中，根据各煤气化项目煤灰含量的差异，各壳牌粉煤气化装置的过滤器规格略有不同，但其结构形式基本上是一样的。其主要由承压容器和内件两大部分组成，另外包括反吹气体环形管、阀门、仪表和控制装置。圆柱形的过滤器外壳和锥形的飞灰收集罐共同构成承压容器，设计压力4.4 MPa，设计温度380 ℃，材料为Cr-Mo钢复合304L。过滤器内件包括模块式管板、承压板、文丘里管、气体分布器、陶瓷滤芯等部件。主管板的结构设计为Cr-Mo钢加304L不锈钢复合，焊接在外壳壁上；主管板上有24个圆孔，用于安装模块式管板。1152根滤芯分为24组，每组有48根滤芯按三角间距布置安装在模块式管板上，滤芯的安装间距为100 mm。以管板为界，过滤器滤芯垂直悬挂在过滤器管板上，以使原料气侧和上部洁净气体侧相互分开。
滤芯材质目前有陶瓷和金属2种。陶瓷滤芯基础材质为滤棒，表面喷涂莫来石过滤表层，过滤精度0.3 μm。金属滤芯材质为Fe3Al金属间化合物，是介于金属和陶瓷之间的低密度材料，它既具有金属材料的延展性好、强度高、加工性能好、抗热震性高、可焊接等优点，还具有陶瓷材料的热稳定性好、抗氧化和耐腐蚀性能高、耐磨性能好等特性，在高温腐蚀环境下具有广泛的应用前景。
2.飞灰过滤器的作用
从合成气冷却器出来的富含灰尘的合成气由底部进气管进入过滤器，经气体分布器进入4根上升管分布，含尘气体从滤芯的外面向里进入，气体携带的飞灰颗粒被截留在滤芯外，纯净的气体自过滤器经净气管口进入过滤器的顶部。沉积于滤芯外面的灰尘颗粒形成一层飞灰滤饼。反吹气按与主气流相反的方向自里向外脉冲穿过滤芯，滤饼靠重力下落至飞灰收集锥体内。滤芯反吹过程通常是同组滤芯同时完成，每组滤芯都由1个单独的管线自反吹气体缓冲罐(容器顶部环管)引至过滤器里的文丘里喷嘴，各组滤棒依据气流压差，定期按顺序反吹。反吹频率取决于灰尘负荷、流经过滤器的气体流量。文丘里管的工作像泵一样，吸入洁净气体用以清洗滤芯，部分反向喷射动能被转换成压力，在过滤器元件腔体内产生的压力使过滤气流方向逆转，以克服过滤方向的压降并防止灰饼粘结。文丘里喷射器使穿过每组滤芯横截面的气流对称分配，并沿滤芯均匀分布，通过半连续的排放系统将除下的飞灰排出系统。经飞灰过滤器过滤后的干净合成气尘含量为1～2 mg/m3(最大为20 mg/m3)。除灰系统的飞灰最大处理量为3.0 kg/s，按设备设计指标，其可接收最差煤种中约40%的灰含量。
3.出现的问题及带来的影响
湿洗系统洗涤水浊度正常时在10 mg/L以下，2013年12月初开始上升，12月20日上升至50 mg/L，30日上升至130 mg/L，2014年1月8日浊度更是达到500 mg/L。停车后检查发现飞灰过滤器（S-1501）中的1根陶瓷滤棒断裂。
滤棒出现裂纹或断裂后，飞灰会通过文丘里分布管进入飞灰过滤器其他正常滤棒的洁净测，存在污染其他滤棒的风险，风险程度随时间的延长和断裂滤棒的增多而加大。如果断裂滤棒在1～2根，湿洗系统浊度小于200 mg/L，运行时间较短，其他滤棒受污染的风险较小；但如滤棒出现多根断裂，湿洗系统浊度高于500 mg/L，甚至超过1000 mg/L，其他滤棒受污染的风险就较大了。
飞灰通过断裂滤棒进入湿洗系统后，随着洗涤水的不断循环，洗涤水浊度将持续升高，在170 ℃、添加NaOH中和pH在7左右的环境下，飞灰在文丘里洗涤器、湿洗塔及管道内壁上形成坚硬的垢层，特别是湿洗塔内填料层、除沫网结垢后，塔层前后压差升高，难于清理，湿洗塔顶部喷淋水分布管逐渐堵塞，造成湿洗循环泵出口流量逐渐减少。
飞灰通过飞灰过滤器后，一部分随合成气进入激冷气系统，飞灰颗粒会逐渐附着于激冷气压缩机的叶轮上，一方面使激冷气压缩机振值升高（严重时甚至引起压缩机振值高联锁停车），另一方面影响压缩机的打气量，造成激冷气量降低，长时间运行造成气化炉过热器前的十字反吹处积灰。再之，夹带飞灰的激冷气在气化炉激冷口处会形成积灰，长时间运行后，在激冷口处激冷气流场发生变化，高温合成气有烧坏激冷口的风险。
另外，夹带飞灰的湿洗系统洗涤水通过固定排放进入初级水处理系统后，会造成洗涤水收集罐、酸浆给料泵及管道内壁结垢严重，影响酸浆给料泵的正常运行。
4.处理措施
（1）装置运行时的处理措施
装置运行中发现飞灰过滤器滤棒故障，若是因反吹阀门问题导致滤棒故障并能确定是哪组滤棒出现问题，则可将此组反吹阀关闭，使飞灰将该组滤棒包裹，达到隔离该组滤棒目的；若不能确定是哪组滤棒故障，在发现湿洗系统洗涤水浊度升高后，可适当增大补水量，提高洗涤水排放量，但当洗涤水浊度超过500 mg/L后，建议进行停车处理，避免增大后续处理的难度。
（2）停车后的处理措施
装置因滤棒断裂停车后，需打开飞灰过滤器顶部A1和侧面A2人孔，进入检查并更换断裂滤棒，且断裂滤棒所在组应全部更换，同时检查飞灰过滤器上层其他滤棒受污染程度，以决定是否全部更换。
洗涤系统检修过程中，检查洗涤塔填料、除沫网结垢程度，视情况进行清理或更换。湿洗塔顶部喷淋水分布管可拆卸后用高压水枪冲洗。文丘里洗涤器上部两侧小喷头及主喷淋头若堵塞严重，两侧小喷头可割除，主喷头可清理后进行扩孔，因材质为Incoloy825，扩孔可用等离子切割爆孔。
激冷气压缩机叶轮因有飞灰附着，停车后需进行彻底清理。若激冷气压缩机入口加装有过滤器，滤网清理后回装待用。对激冷气压缩机入口气液分离器也应进行检查和清理。检查气化炉激冷口是否有积灰和变形，激冷口堆焊层进行着色检查，过热裂纹进行重新打磨和堆焊处理。
初级水处理系统的洗涤水收集罐、酸浆给料泵及管道内壁结垢用高压水枪冲洗。实际操作时，结垢较难处理，建议发现飞灰过滤器滤棒故障后，将湿洗系统固定排放水减压后外排，并通过临时泵送至澄清槽，以避免洗涤水收集罐、酸浆给料泵及管道内壁结垢。
（3）装置开车前的预处理
壳牌气化装置滤棒故障后，其对湿洗系统、初级水处理的影响在检修工作中都能够得到处理，但粘结在飞灰过滤器至湿洗塔合成气管道上的飞灰是不容易清洗掉的。在合成气管道积灰不严重的情况下，可采取在激冷气压缩机入口过滤器保持安装的情况下对合成气系统升温升压，并启动激冷气压缩机进行循环，将粘结在管壁上的飞灰循环至过滤器，当过滤器压差升高至50 kPa以上时，泄压清理，这样反复进行升压、循环、泄压、清理工作，直至过滤器压差不再升高。
5.小结
壳牌煤气化装置飞灰过滤器滤棒故障断裂后，其实从湿洗系统洗涤水的浊度变化是可以及时发现的，综合其他因素考虑，可采取的处理措施分别为：当湿洗洗涤水浊度在100 mg/L以下时，可加大洗涤水的排放继续运行；浊度超过200 mg/L时，建议计划停车处理；浊度超过500 mg/L时，尽早停车是最好的选择，避免增大检修及开车时工作量。
（中原大化 郭剑峰）