金属滤芯在壳牌气化炉除灰系统中的应用

技术创新管理107金属滤芯在壳牌气化炉除灰系统中的应用孙卫军(中国神华煤制油化工有限公司鄂尔多斯煤制油分公司内蒙古鄂尔多斯017209)摘要:高温高压过飞灰滤器是壳牌煤气化装置的关键组成部分,滤芯做为飞灰过滤器的核心部件,其自身性能直接关系到高温高压飞灰过滤器运行状态。本文主要介绍高温高压飞灰过滤器工艺原理及流程,重点说明金属滤芯在壳牌气化炉除灰系统中的实际使用效果。关键词:壳牌气化炉金属滤芯陶瓷滤芯高温高压飞灰过滤器一、使用金属滤芯的背景神华壳牌气化炉配套过滤器S1501设计余量偏小滤芯负荷较高,容易发生断裂。壳牌煤气化装置滤芯的损坏是导致飞灰过滤器故障停车的主要因索,因此滤芯的性能水平是飞灰过滤器能否长周期运行的关键。截止2013年1月神华壳牌气化炉由于滤芯断裂引起停车共16次，占停车总次数20%以上。陶瓷材料固有抗热震性差、脆、韧性差等缺点,决定陶瓷材料必将备新的材料取代。另外陶瓷滤芯价格过高,增加了装置运行维护费用。二、过滤器基本结构及工作原理四、金属滤芯运行状况分析壳牌煤气化工艺中主要去除飞灰的装置是高温高压过滤由下表2在负荷相当的情况下新金属滤芯首次使用差压较器,含飞灰的合成气进人高温高压过滤器后,过滤下来的飞灰被陶瓷滤芯低2KPa,与陶瓷滤芯透气率相当;在使用过程中由于下部的飞灰收集罐收集，合成气从过滤器的上部排出进入下一气化炉内部水汽泄漏导致金属滤芯差压上涨，处理漏点后再次个工序。收集过飞灰的高温高压过滤器需要排除飞灰，飞灰通开工金属滤芯差压稳定。过滤后的气体通过洗涤塔洗涤后,水中.过高温高压过滤器下部的飞灰收集罐排除到飞灰放料罐，然后固含量均低于10ppm,过滤精度相当。进入到飞灰汽提冷却罐中进行汽提，上部出来的气体去火炬烧金属滤芯在差压较高负荷较高以及反吹氮气中断较长的情掉,下部出来的飞灰排出,用槽车运走。况下仍然没有发生断裂,与陶瓷滤芯相比抗冲击性更强。2012年11月11 日106单元由于滤芯损坏停车，停车后进三、金属滤芯试用周期(表1)人S1501检查发现总共损坏12支滤芯,分别为1 组2支、2组2.支8组2支.9组3支、11组3支,其中4、5.6.7组为金属滤芯,(176支清洗过- -次, 16支清洗过两次)并未损坏。表1金属滤芯试用周期使用周期(安装时间-取出时间)|装置名称金属滤芯数量金属滤芯状态备注2010.11.22- -011.7.71组,共48支全新装置正常停车检修取出2011.9.7-2012.1.8105单元5组,240支.203支新,37支清洗过一次因陶瓷滤芯断裂停车而取出2012.3.31- 2012.11.114组,192支76支清洗过--次,16支清洗过两次因陶瓷滤芯断裂停车而取出2012.7.14- 2013.6.1105单元|全套 15组,共720支装置大修取出清洗表2金属滤芯与陶瓷滤芯运行对比名称使用起止时间氧负荷(%)| 激冷气量(Nm3/h)| 首次开 车差压(KPa)|稳定后差压(KPa)| C1601 洗涤水固含量(pm)||金属滤芯(720支)2012.7.14 2013.6872050008.419.3小于10|陶瓷滤芯(720支)2012.11.14- 2013.684%10.419中国煤化工表3金属滤芯与陶瓷滤芯抗干扰能力对比「单元日期反吹氮气中断前滤芯差压(KPa) 反吹氮气中断后滤芯差压(KPa)MYHCNMHG荷滤芯损坏情况金属滤芯「105| 2013.2.1925.330.387%未损坏「 陶瓷滤芯「 105 2008.824.128.280%损坏5支108化工管理2013年第6期图1金属让芯旋用间12金属地芯使用后全阳村由图1至图4可以看出金属滤芯使用后外表面薄膜层完整，未发生脱落，涂层厚度在150微米左右。陶瓷滤芯使用前100- 200微米使用后90- -150微米,有一定减薄。由图5至图8可以看出使用后金属滤芯外表面为细小的煤灰所堵塞。内表面光洁,没有发现明显的腐蚀现象。滤芯差压变化情况分析图内营业石便用前图周资谢芯使用厨70001000， 5000一金国此芯使用餐000盘国志使用后宿1000陶瓷迪芯植用后2000选(w/min)15021图5把目国出芯的外表面图6使用后出艺的外表面滤芯压差跟面速基本呈线形关系，金属滤芯使用后的压差比新滤芯的压差增大一倍左右,比陶瓷滤芯低-倍左右。由图9及图10 可以看出气化炉运行负荷在80%- -90%之间,金属滤芯差压较陶瓷滤芯低2KPa-3KPa。滤芯过滤精度分析灰样种类未过滤「金属滤芯外侧 陶 瓷滤芯外侧|性能的原灰滤饼层.平均粒度D50,um72.5643.1923.928图7使用兹源芯物内面m8使用府使芯的内表面由于现场装置没有滤后粒度分析仪，无法对滤材过滤精度进行直接检测。通过对金属与陶瓷滤材表面粉尘粒度进行分析，金属滤芯外侧粉尘平均粒度比陶瓷滤芯外侧滤饼层的粒度要细小一些，这在一定意义上表明金属滤芯的过滤精度达到或超过了陶瓷滤芯的水平。六、金属滤芯试用评价金属滤芯首次考核评价运行时间从2010年11月22日起，运行装置为106单元,安装滤芯1组48支(整套装置共计15组720支),至2011年7月7日整套装置大修停车取出滤芯,期间图9金同驰芯国10陶空出芯装置停车6次,滤芯累计运行时间4636小时,气化系统最高氧2012年1月8日105单元因S1501滤芯断裂停车，检查发负荷90%,滤芯运行状态良好。过滤系统操作压力3.8MPa,操作现陶瓷滤芯断裂6支，其中安装了5组金属滤芯,(203支新,37温度270C,合成气量149000Nm/h, 反吹气压力7.6MPa,反吹气支清洗过一次)没有断裂。在陶瓷滤芯大面积损坏的情况下,金温度 202C，,初期使用时压差12-13KPa,使用1个月后稳定在22属滤芯并未损坏,说明金属滤芯强度更高抗冲击性强,更适在条KPa-23KPa,过滤后含尘量小于l0ppm。运行数据与使用进口陶件苛刻的环境下运行。瓷滤芯相当。根据首次运行者核数据及使用后滤芯解剖分析结果，滤芯五金属滤芯使用前后的表面及微观形貌分析过滤精度、结构强中国煤化工运行要求。2011年9月YHCNMHG属滤芯经清洗后滤芯外观特征变化由下图可以看出使用后的滤芯外形依然保持平直状态,滤加上4组全新金属滤芯(合计192支)混合10组清洗后的陶瓷芯上部有一定磨损痕迹,与陶瓷滤芯相比,磨损情况相对较好。(下转第122页)122化工管理2013年第6期表1-3烧结机烟气脱硫石膏 与电厂脱硫石青比较表序号下比较项目.位「国际国内本项目本项目烧结脱硫石音电厂脱硫石开备往一自由水含量 <10%<10%取决于紫池结晶生成物控制及真空皮带脱水机奴果。旨标指标设计值|实测值备注G.S04-2H20个>91.5%>90%烧结烟气含尘量不到电厂烟气含尘量的-半.烧结脱硫烟气二氧化疏含量mgNm 1500 2000 2000 10-0石膏中染质成分低于电厂脱碗石膏。系统脱硫率≥92≥92 93-97外排2C度C0Mmghi_CaS03.12H20.1%<0.35%5烧结烟气氧含量约10-15%， 电厂烟气中氧含量约钙硫比CG.S .6% .烧结脱硫石脊氧化效果更好。系统可率.%「 ≥98≥95≥98 99.36pH值5-8石灰石消耗山l 1.781 | 179.1.9 L 1.781 」CcC0含量90%6其它酸性物报耗)F<00pm <100pm通过废水排出控制-颜色灰白白色烧结烟气中含有氧化铁，含量过高会影响到石音颜色。工艺水耗量1t| 19.723 | 2103721.037| 18.408耗W'hMh 1667 1955 195 1672|「<85四、脱硫系统运行指标接近国际先进水平_9[ S02元允许排放浓度 myNm' ≤100 ≤60] ≤20 I 16-181粉尘排放myNXm <45 ≤100≤50 29国内外同类项目主要技术指标比较见表1-1。脱硫装置运行表1-2脱硫装置运行成本分析表成本分析见表1- -2。烧结脱硫石膏与电厂脱硫石膏比较见表1-_序号项目单位数量备注_烧结机面积360五、石灰石-石膏湿法(空塔喷淋)烟气脱硫技术推广模脱硫装置总投资.|_ 万脱硫装置年运行时间\时8140式建议烧结机年产量_ 万吨建议烧结机烟气脱硫采用EPC+C即总承包+托管运营全寿烟气SO2浓度(标态,实氧) .mg/Nm°_ 2571命周期服务模式。此种模式的实施会带来如下特点:烟气量(标态,实氧)Nm/h6350001)目前国内烧结机烟气脱硫工艺技术种类繁多,鱼龙混杂，装置脱硫效率%93.2装置S02脱除量十Ve12382如由总承包公司负责脱硫项目的建设和运营,其所采用烟气脱硫烟尘浓度mg/Nm’T 100工艺技术则必需成熟。否则,总承包公司必须对自己所采用工艺10姻尘脱除效率70技术存在的缺陷“买单”。这也从根本上杜绝了个别公司对自己脱烟尘脱除量|v/a362.23硫技术推广不负责任的浮夸行为。12吸收剂年消耗成本万元/a573.33吸收剂消耗量2.7092)由专业的脱硫公司负责运营管理,能从技术角度上确保脱吸收剂单价「元260.00购细粉硫设施系统稳定、经济运行,确保烧结机烟气脱硫后达标排放。从3水耗年成本_ 万元22.79电厂的脱硫设施运营多年情况来看,还是有不少项目因为运营不耗水量t/t28水单价|元1.00够专业,导致脱硫系统无法正常稳定运行,甚至因运营不当导致14电耗年运行成本万元871.05整个系统部分设备腐蚀、管道堵塞,导致脱硫设施无法运转。电耗量kW.v/hT 16723)脱硫公司之间竞争激烈,利润空间+分有限,存在恶性竞电价.元/kW.h 0.645运行人员年成本72.00争的现象。由总承包公司负责建设和运营,一方面可避免低于建运行人员数量上人造成本价中标的恶性竞争,另一方面约束总承包单位必须选用合运行人员年工资万元/年3.6格的、质量可靠的设备。否则,运营时会付出双倍的代价。16维修费(固定资产投资的4%)|万元198.324)《国务院关于落实科学发展观加强环境保护的决定》指出:.17年运行成本1737.4918SO2脱除成本元/kgSO2 1.403“推行污染治理工程的设计、施工和运营一体化模式，鼓励排污单19建设后获取的收益j元61.62位委托专业化公司承担污染治理或设施运营”。《国务院关于印发20副产石膏销售收入节能减排综合性工作方案的通知》中指出:“组织开展烟气脱硫特副产石膏产量.二tla41080许经营试点”,促进实现“十--五”规划纲要提出的二氧化硫削减副产石膏单价|元/15.0021FGD年实际运行费用|万元1675.87目标,提高烟气脱硫设施建设和运行质量。由此可见,推广EPC+C22S02脱除费用_元/kgSO2 1.353全寿命周期服务模式符合国家现行政策要求。增如每吨烧结矿成本4.655(上接第108页)滤芯组重新投用煤气化装置105单元，同期,106单元使用全新置氧负荷均基本稳定在87%,过滤系统操作压3.8MPa,操作温度进口陶瓷滤芯,两套装置对比运行。两套装置氧负荷均基本稳定270C, 合成气量150000Nm3/h,反吹气压力7.6MPa, 反吹气温度在85%，过滤系统操作压3.8MPa,操作温度270C，合成气量202C。初期使用时压差8-10KPa,说明金属滤芯流通能力达到或150000Nm3/h, 反吹气压力7.6MPa, 反吹气温度202C,105单元优于进 口陶瓷滤芯。此状态持续约34天,后因105单元气化炉初期使用时压差15 KPa-16KPa，比106单元低2KPa左右,说水冷璧 出现泄露,导致大量水蒸气进入S1501过滤单元,导致压明金属滤芯流通能力达到或优于进口陶瓷滤芯。此状态持续约差升至 18 KPa-中国煤化工30多天,后因105单元气化炉水冷壁出现泄露,导致大量水蒸气现场应用考HCN MH蚀金属滤芯的过进入S1501过滤单元,导致压差升至30KPa -32KPa,并一直处滤效率、 过滤精比旧w心刘心口陶瓷滤芯的同于稳定状态。等效果,完全可以满足煤气化装置长周期稳定生产运行的要求。2012年7月14日105单元S1501全部更换为金属滤芯,装