某型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組Y型過濾器堵塞研究

摘要：某型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組燃燒焦?fàn)t煤氣，煤氣經(jīng)凈化處理后，機(jī)組的Y型過濾器仍3-5天堵塞，嚴(yán)重影響運(yùn)行。通過檢測分析Y型過濾器堵塞物的主要組成為鈣、鎂元素形成的鹽類物質(zhì)，分析堵塞物的形成原理，在原有凈化工藝基礎(chǔ)上制定了改進(jìn)工藝。改進(jìn)后，Y型過濾器的堵塞情況解決了，燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組能夠長期運(yùn)行穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組;焦?fàn)t煤氣;Y型過濾器;凈化

1. 引言

焦?fàn)t煤氣是焦化廠在產(chǎn)出焦炭和焦油產(chǎn)品的同時(shí)所得到的可燃?xì)怏w， 是伴隨煤炭煉焦過程產(chǎn)生的產(chǎn)品。焦?fàn)t煤氣的主要成份為 H2 （ 55% ～ 59%），CH4（ 24% ～ 28%）， CO（ 5% ～ 8%） 以及少量其它成的氣體物質(zhì)， 其凈比能約為16 700 ～ 18 000 kJ /m3（標(biāo)準(zhǔn)狀況下） ， 是一種很好的氣體燃料。燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組能利用煉焦尾氣發(fā)電，既可變廢為寶，又節(jié)能環(huán)?！，F(xiàn)大多數(shù)焦化廠已建立燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組，但因焦?fàn)t煤氣成分復(fù)雜，雜質(zhì)成分多，尤其是焦油粉塵含量大，嚴(yán)重影響了燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組的使用壽命，并增加了燃?xì)庠鰤簷C(jī)組的維護(hù)。為此，焦?fàn)t煤氣在進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)前都需要將焦?fàn)t煤氣進(jìn)行深度凈化。

2. 項(xiàng)目情況介紹

某焦化企業(yè)采用某型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組建立自備電廠發(fā)電，該燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組燃料系統(tǒng)進(jìn)口處配有一Y型過濾器。該型燃機(jī)對于煤氣的主要要求為：1）不含液態(tài)水;2）粉塵顆?！?5μm為100%，≤10μm的顆粒大于99%，且質(zhì)量含量小于20ppmm;3）焦油含量<2ppmm。另對于煤氣中金屬元素的含量要求也較為苛刻。

為了保證焦?fàn)t煤氣能夠滿足該型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組燃用要求，設(shè)計(jì)了燃料凈化系統(tǒng)。該凈化系統(tǒng)的主要工藝流程是：

一級(jí)粗濾，通過一級(jí)凈化設(shè)備的吸附及過濾，除去煤氣中含有的大部分焦油、粉塵及其它大粒雜質(zhì)。經(jīng)煤氣壓縮冷卻后，進(jìn)一步脫除煤氣中的水分雜質(zhì)及有機(jī)物質(zhì);經(jīng)二級(jí)凈化設(shè)備深度吸附，進(jìn)一步脫除煤氣中的焦油、萘、H2S等雜質(zhì);三級(jí)為燃?xì)鈨艋商籽b置具備三重分離效應(yīng)，即：第一級(jí)重力沉降分離（預(yù)處理）、第二級(jí)內(nèi)置式EII型高效旋風(fēng)分離器（預(yù)處理20μm）及第三級(jí)高效氣體過濾器（精處理5.0μm）。該設(shè)備針對含有粉塵及水等雜質(zhì)的燃?xì)夤に嚄l件，處理效果較好，過濾效果好，容塵容油量高。最后經(jīng)加熱器加熱，一般溫升25℃-30℃ 以上確保煤氣中不含液態(tài)水，進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)。

該機(jī)組按此工藝投入運(yùn)行后，燃機(jī)燃料系統(tǒng)的Y型過濾器經(jīng)常堵塞，需停機(jī)清洗，嚴(yán)重影響機(jī)組的正常運(yùn)行，給站廠帶來極大的不便。

3. 現(xiàn)場取樣分析

為了落實(shí)堵塞的原因，到現(xiàn)場取下Y型過濾器濾芯觀察其內(nèi)外部結(jié)構(gòu)及顏色：濾芯為4層濾網(wǎng)及骨架，攔截的顆粒物非常細(xì)小，其內(nèi)表面附著物顏色為棕色，輕輕敲擊無顆粒物散落，用手摸內(nèi)壁可帶出臟東西，此物質(zhì)用清水易洗干凈，可以初步判定雜質(zhì)基本不含油。

用配制的工業(yè)強(qiáng)堿溶液清洗濾芯，濾芯表面及內(nèi)部可見明顯的金屬光澤。對工業(yè)強(qiáng)堿清洗溶液（稱為NaOH溶液）和清洗后的廢液（稱為溶液（棕色））分別進(jìn)行取樣，送檢測機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢測分析。將溶液（棕色）靜置一段時(shí)間，用濾膜對溶液進(jìn)行過濾分離。固體物質(zhì)進(jìn)行X射線衍射分析，分離后溶液（棕色）和強(qiáng)堿清洗溶液進(jìn)行ICP檢測分析。

固體顆粒物經(jīng)X射線衍射分析主要是碳酸鈣，有少量氫氧化鈣及氫氧化鎂，還有微量二氧化硅。由于分離出來的固體顆粒物量非常少，不能進(jìn)行粒度分析。

強(qiáng)堿清洗溶液進(jìn)行ICP檢測分析

表1結(jié)果顯示：清洗后廢液和強(qiáng)堿溶液中主要含有Al、Ca、Mg、Si、Sr、Ti、Zn，對比清洗前后溶液可發(fā)現(xiàn)廢液中主要增加了Ca、Mg、Sr（鍶）三種金屬元素。尤其是Ca、Mg元素增加較多。因強(qiáng)堿溶液本身主要是氫氧化鈉， Na元素的含量非常高，超出ICP的檢測范圍，因此該報(bào)告不說明Na元素是否存在于堵塞物中。

根據(jù)上述兩種檢測結(jié)果，可以初步判定Y型過濾器堵塞雜質(zhì)主要為含Ca、Mg元素的固體物質(zhì)。

從物質(zhì)的固、液、氣三態(tài)分析，Ca、Mg元素在焦?fàn)t煤氣中主要以固體粉塵或者液態(tài)離子存在（金屬熔融蒸氣的溫度達(dá)幾千度）。Ca、Mg以固態(tài)粉塵存在通常為碳酸鈣、氫氧化鎂，這些物質(zhì)顆粒度一般在5～10微米，經(jīng)過煤氣精過濾器（其過濾精度5μm）能將其充分?jǐn)r截;Ca、Mg以液態(tài)離子形式存在通常溶解在水中，而焦?fàn)t煤氣中通常含飽和度非常高的水氣，在增壓、凈化過程中能分離析出部分液態(tài)水（即排污液），大部分不會(huì)分離，這部分液態(tài)物經(jīng)加熱器加熱后，原來溶解Ca、Mg的水變?yōu)闅鈶B(tài)進(jìn)入煤氣，Ca、Mg從液態(tài)物變?yōu)楣虘B(tài)粉塵存在于煤氣中。由于煤氣量較大，加熱器之后只有Y型過濾器沒有其他過濾及攔截設(shè)備，所以后析出的Ca、Mg物質(zhì)未經(jīng)分離直接進(jìn)入Y型過濾器，小顆粒的粉塵在此聚集造成Y型過濾器堵塞。

為證明上述觀點(diǎn)，分別對一二三級(jí)凈化器的排污液進(jìn)行了取樣化驗(yàn)，主要檢測其中Ca、Mg兩種元素，其含量都非常高（結(jié)果見表2），驗(yàn)證主要雜質(zhì)是存在于水中。

4. 凈化工藝改進(jìn)

由于該電站位于河南，該地方水里含鈣鎂較高，在加熱提高不飽和度的同時(shí)，原溶解于水里的鈣鎂元素均會(huì)析出。而在加熱后的管路上只有Y型過濾器，該過濾器沒有容塵量，小顆粒在此集聚極易堵塞。為了將加熱形成的固體顆粒物，分離干凈。在加熱器后，增加一套精密過濾器。煤氣由下端入口流進(jìn)，經(jīng)濾芯過濾后從上端出口流出，雜質(zhì)被攔截在濾芯中，過濾精度為0.3～3微米，壓差達(dá)到規(guī)定值，壓差變送器報(bào)警，可切換直通球閥至另一側(cè)過濾器繼續(xù)工作，更換成套濾芯后可繼續(xù)使用。過濾器初始?jí)翰?.01MPa，失效壓差0.1MPa。該過濾器能有效地將焦?fàn)t煤氣中的滴液、塵土、管垢和其它固體雜質(zhì)濾出，以保護(hù)后續(xù)設(shè)備。過濾材料為進(jìn)口不銹鋼燒結(jié)氈，可多次清洗反復(fù)使用。過濾器為304不銹鋼，耐腐蝕、抗沖刷、易于清潔;對3微米上的顆粒過濾效率99%以上;過濾器設(shè)計(jì)按國家壓力容器GB150規(guī)范進(jìn)行過濾器配有壓差表及排污閥、放空閥。

凈化工藝改進(jìn)后，原Y型過濾器運(yùn)行3-5天堵塞的情況解決了，Y型過濾器運(yùn)行較長時(shí)間，均不見堵塞。為近一步落實(shí)凈化工藝效果，對于煤氣取樣分析結(jié)果如下表3。

根據(jù)表3檢測結(jié)果可以看出：

1） 從一級(jí)凈化器至三級(jí)凈化器Ca+ Mg的去除效率為46.4%;

2） 三級(jí)凈化器至精過濾器Ca+ Mg的去除效率為71.9%;

3） 從一級(jí)凈化器至三級(jí)凈化器焦油+粉塵的去除效率為85.9%;

4） 三級(jí)凈化器至精過濾器焦油+粉塵的去除效率為67.3%。

數(shù)據(jù)表明一至三級(jí)凈化器能有效的去除煤氣中的焦油、粉塵等粒徑稍微大點(diǎn)的物質(zhì)，而Ca+Mg等物質(zhì)存在于液體和細(xì)小粉塵中，當(dāng)氣體加熱后，液體氣化，原來溶解在水里的Ca、Mg物質(zhì)就會(huì)在水從液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)的過程中從水里析出，以非常細(xì)小的固態(tài)粉塵存在于煤氣中。而改進(jìn)工藝新增的精過濾器的精度高達(dá)0.3-3微米，因此可以有效的攔截這些細(xì)小粉塵，解決Y型過濾器堵塞問題。

5. 結(jié)論

1） 經(jīng)檢測Y型過濾器堵塞物主要是鈣、鎂元素形成的物質(zhì)。分析產(chǎn)生堵塞物的主要原因是煤氣中存在不飽和水，在加熱氣化過程中，形成了細(xì)小的固態(tài)粉塵，在Y型過濾器處聚集，造成堵塞。

2） 改進(jìn)工藝在加熱器后，設(shè)置一精密過濾器，攔截因提高不飽和度產(chǎn)生的細(xì)小顆粒及粉塵，提高煤氣品質(zhì)，解決Y型過濾器堵塞問題。

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作者：魏冰霞，女，1984年1月出生，中南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院冶金物理化學(xué)性質(zhì)研究生，株洲航發(fā)動(dòng)科南方燃?xì)廨啓C(jī)有限公司，郵編412002