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）

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素,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

壳牌煤气化工艺中主要去除飞灰的装置是高温高压过滤器，含飞灰的合成气进入高温高压过滤器后，过滤下来的飞灰被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掉，下部出来的飞灰排出，用槽车运走。

三、金属滤芯试用周期(表1)

四、金属滤芯运行状况分析

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陶瓷滤芯低2KPa，与陶瓷滤芯透气率相当；在使用过程中由于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，水中固含量均低于10ppm，过滤精度相当。

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，停车后进入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支清洗过一次，16支清洗过两次）并未损坏。

表1 金属滤芯试用周期

表2 金属滤芯与陶瓷滤芯运行对比

表3 金属滤芯与陶瓷滤芯抗干扰能力对比

2012年1月8日105单元因S1501滤芯断裂停车，检查发现陶瓷滤芯断裂6支，其中安装了5组金属滤芯，（203支新，37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，更适在条件苛刻的环境下运行。

五、金属滤芯使用前后的表面及微观形貌分析

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。

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

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，比陶瓷滤芯低一倍左右。

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-3 KPa。

滤芯过滤精度分析

灰样种类性能平均粒度 D50，μm未过滤的原灰72.564金属滤芯外侧滤饼层3.192陶瓷滤芯外侧滤饼层3.928

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，期间装置停车6次，滤芯累计运行时间4636小时，气化系统最高氧负荷90%，滤芯运行状态良好。过滤系统操作压力3.8MPa，操作温度270℃，合成气量149000Nm3/h，反吹气压力7.6MPa，反吹气温度202℃，初期使用时压差12-13KPa，使用1个月后稳定在22 KPa-23KPa，过滤后含尘量小于10ppm。运行数据与使用进口陶瓷滤芯相当。

根据首次运行考核数据及使用后滤芯解剖分析结果，滤芯过滤精度、结构强度及耐腐蚀性能基本满足装置运行要求。

2011年9月7日，将使用后的1组国产金属滤芯经清洗后加上4组全新金属滤芯（合计192支）混合10组清洗后的陶瓷滤芯组重新投用煤气化装置105单元，同期，106单元使用全新进口陶瓷滤芯，两套装置对比运行。两套装置氧负荷均基本稳定在85%，过滤系统操作压3.8MPa，操作温度270℃，合成气量150000Nm3/h，反吹气压力 7.6MPa，反吹气温度202℃，105单元初期使用时压差15 KPa-16KPa，比106单元低2KPa左右，说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，导致大量水蒸气进入S1501过滤单元，导致压差升至30KPa-32KPa，并一直处于稳定状态。

2012年7月14日105单元S1501全部更换为金属滤芯，装置氧负荷均基本稳定在87%，过滤系统操作压3.8MPa，操作温度270℃，合成气量150000Nm3/h，反吹气压力7.6MPa，反吹气温度202℃。初期使用时压差8-10KPa，说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34天，后因105单元气化炉水冷壁出现泄露，导致大量水蒸气进入S1501过滤单元，导致压差升至18 KPa-20KPa，并一直处于稳定状态。

现场应用考核结果表明：国产耐高温耐腐蚀金属滤芯的过滤效率、过滤精度及压差等性能指标已达到进口陶瓷滤芯的同等效果，完全可以满足煤气化装置长周期稳定生产运行的要求。