水煤漿氣化爐燒嘴改造與應用

2013年第34卷第6期氮肥技術(shù)2水煤漿氣化爐燒嘴改造與應用朱廣勝楊興彥周軍(兗礦陜西未來(lái)能源化工有限公司陜西榆林 719000)摘要在深入研究氣化爐工況和實(shí)驗室研究的基礎上.開(kāi)發(fā)了適應新型氣化爐的預膜外混式三通道水媒漿氣化工藝燒嘴,通過(guò)多項技術(shù)控制手段增強了燒嘴出口煤漿的霧化效果,同時(shí),對燒嘴各通道安裝尺寸、燒嘴保護方式、環(huán)隙氧量操作比例等進(jìn)行改造,優(yōu)化了氣化燒嘴的性能和結構形成了延長(cháng)氣化燒嘴使用壽命的關(guān)鍵技術(shù)。關(guān)鍵詞氣化爐燒嘴研制改造Modification and application of coal-water slurry gasifier burnerZHU Guang -sheng YANG Xing-yan ZHOU Jun(Yankuang Shanxi Future Energy Chemical Company Limited, Yulin 719000, Shanxi Province)Abstract Exploiting three channels coal water slury gasification process burmer with pre-flm and mixed type which adaptsnew gasifier on the basis of gasifer conditions research deeply and laboratory studies. Enhancing atomization efect of coal slumry atburmer exit by means of a number of technical control, at the same time, transforming mounting dimension of each channel bumer,protected mode of bumer, operating ratio of oxygen ring gap, optimizing performance and structure of gasification bumer, forming akey technology in extending gasification bumer life.Keywords gasifier, bumer, development, transform水煤漿加壓氣化裝置中，氣化爐為核心設(3)燒嘴頭部保護備,工藝燒嘴的設計及使用,對氣化爐的長(cháng)周期合成氣夾帶的灰渣進(jìn)人燒嘴室,腐蝕燒嘴,阻高效運行起著(zhù)決定性作用。兗礦集團新型氣化爐礙拆裝。 采用耐高溫、易成型的材料對燒嘴頭部四只工藝噴嘴水平對置安裝在氣化爐簡(jiǎn)體中上進(jìn)行保護 ,使燒嘴室密閉，防止氣流進(jìn)人，并可以部,在運行過(guò)程中受到爐內高溫氣流沖刷、高溫在拆裝過(guò)程中保護燒嘴不被損傷。熱輻射及合成氣中硫、氫等腐蝕性氣體的共同作(4)燒嘴盤(pán)管改造研究用，噴頭部位磨損較快，燒嘴需定期更換,影響了對燒嘴冷卻水盤(pán)管結構形式進(jìn)行改造,提高氣化爐運行周期。為延長(cháng)燒嘴使用壽命,對工藝換熱效率 、保證進(jìn)水管路具有良好的彈性伸縮量。燒嘴進(jìn)行優(yōu)化設計和改造,成為提高氣化裝置運(5)冷卻水盤(pán)管焊縫保護行周期的首要任務(wù)。為減緩爐內高溫腐蝕性氣流對燒嘴頭部的1主要研發(fā)內容沖刷，延長(cháng)噴頭部位使用壽命,在燒嘴向火端面(1 )燒嘴噴頭間隙的優(yōu)化(水冷盤(pán)管焊縫的正上方)設計保護設施。通過(guò)結合現場(chǎng)模擬霧化裝置測試，探索工藝2研發(fā)過(guò)程及應用燒嘴的最佳霧化效果,據此對工藝燒嘴噴頭部位2.1 實(shí)驗研究各通道的安裝尺寸進(jìn)行優(yōu)化,達到更好的霧化效設計一個(gè)三通道燒嘴,通過(guò)實(shí)驗研究三通道果,提高碳轉化率。水煤漿噴嘴霧化性能,對噴嘴頭部壁厚與射流交(2)燒嘴燒蝕機理研究匯角進(jìn)行選優(yōu)。實(shí)驗用三通道燒嘴入口及出口尺對燒嘴外氧噴頭龜裂冷卻水盤(pán)管及外氧管寸如表1所示。的點(diǎn)蝕等進(jìn)行分析研究，選擇合適的耐高溫、耐(1 )液體流量對霧化的影響腐蝕的金屬材料用于燒嘴制作。當氣體流量及其在- -、三通道間的分配不變28氮肥技術(shù)2013年第34卷表1實(shí)驗用三通道燒嘴尺寸(mm)30燒嘴入口燒嘴出口25二10度.二9度中心氧通道內徑42 中心氧通道內徑10-40度工50度中心氧通道外徑54 中心氧通道外徑 16煤漿通道內徑86煤漿通道外徑9836外氧通道內徑116外氧通道內徑40550外氧通道外徑:128外氧通道外徑101口1@/b)中心氧直管段長(cháng)度1圖1射流交匯角對霧化效果的影響一二通道出口深度差根據金相組織檢測報告分析,認為盤(pán)管、外二三通道出口深度差氧管的局部腐蝕屬于晶間腐蝕。腐蝕主要原因為時(shí),僅改變液體流量,在實(shí)驗范圍內，霧化粒子平氣化爐內高溫合成氣中的硫及氫對燒嘴的腐蝕。均直徑隨液體流量的0.38次方單調增加。2.3實(shí)施改造.(1 )確定燒嘴頭部結構和尺寸(2)氣體流量對霧化的影響當液體流量不變時(shí)，隨總氣體流量的增加，根據實(shí)驗結果,確定燒嘴頭部結構如圖2所示。霧化粒子平均直徑相應減小。(3 )操作負荷對霧化的影響實(shí)驗結果表明,在保證液、氣質(zhì)量比不變(受中心氧心工藝條件限制)及氣體在- 、三通道間的分配不變的前提下,隨操作負荷的提高，霧化粒子平均直徑相應地要減小。(4)氣量在一、三通道間的分配對霧化的影響圖2燒嘴頭部結構對三通道水煤漿噴嘴而言,一個(gè)很重要的操根據實(shí)驗結果,確定燒嘴頭部尺寸如表2所際。作變量是氣體在一、三通道間的分配比。當氣體表2燒嘴頭部尺寸總量、液體流量不變時(shí),隨著(zhù)- -通 道氣體流量增燒嘴頭部噴頭指標代號尺寸大,霧化粒子平均直徑先增大后減小。外氧噴頭與煤漿噴頭深度a1.2 +0.1(5)噴嘴壁厚的增加對霧化產(chǎn)生不利影響,外氧噴頭與中心氧噴頭深度2.2士0.1抵消了液膜厚度減小帶來(lái)的有利影響。只有在液煤漿與中心氧噴頭環(huán)隙6.56 +0.15膜厚度減小到一定值時(shí)才能克服壁厚增大帶來(lái)外氧噴頭與煤漿噴頭環(huán)隙2.67士0.15的不利影響。(6)射流交匯角對霧化效果的影響-通道氣量- -般為總氣量的5%~25 %(體實(shí)驗中進(jìn)行了氣液射流交匯角為0度,20積分數) ,其出口流速為150 ~ 180m/s,二通道液體度,30度,40度和50度時(shí)的數據收集，如圖1所出口流速2~4m/s,三通道氣體出口流速160 ~示?？梢钥闯?在交匯角大約為40度時(shí)霧化效果200m/s。最佳(2)對燒嘴頭部進(jìn)行保護2.2 燒嘴燒蝕機理研究在燒嘴頭部制作氧化鋁空心球保護套,同時(shí)(1)外氧噴頭龜裂原因分析采用超音速火焰噴涂耐高溫材料將燒嘴與高溫該龜裂現象為高溫熱輻射、沖刷造成的結的合成氣隔離。果,與工藝操作環(huán)境有一-定關(guān)系。除此以外的原(3 )對燒嘴冷卻水盤(pán)管進(jìn)口管進(jìn)行改造因還有金屬材料在高溫的氧化環(huán)境中的氧化反減小燒嘴冷卻水盤(pán)管管徑,增加冷卻水盤(pán)管應,高溫硫化腐蝕和應力影響。數量，從而增大盤(pán)管與燒嘴的直接接觸面積,提(2)冷卻水盤(pán)管及外氧管點(diǎn)蝕原因分析高換熱效率。第6期朱廣勝等:水煤漿氣化爐燒嘴改造與應用(4)通過(guò)優(yōu)化操作降低頭部腐蝕、降低熱輻過(guò)多項技術(shù)控制手段增強了燒嘴出口煤漿的霧射對燒嘴頭部的影響化效果。①燒嘴冷卻水流量由單臺11~12m2/h 提高到(2)在實(shí)驗室研究的基礎上，優(yōu)化了各通道的16~ 17m/h,增大換熱量,降低頭部溫度。安裝尺寸,通過(guò)在燒嘴頭部冷卻盤(pán)管周?chē)颖Ｗo②通過(guò)試驗，確定燒嘴氧氣環(huán)隙氧量比例,材料、在燒嘴向火端面上焊接耐高溫的金屬擋板改變燒嘴霧化區狀態(tài)，使高溫區盡量遠離頭部,和對燒嘴冷卻水盤(pán)管結構形式進(jìn)行改造，優(yōu)化了降低熱輻射對燒嘴的破壞。氣化燒嘴的性能和結構,形成了延長(cháng)氣化燒嘴使3改造效果用壽命的關(guān)鍵技術(shù)。燒嘴改造后,在兗礦集團新型氣化爐上進(jìn)行了應用，燒嘴平均壽命已由改造前的平均72天參考文獻延長(cháng)到150天,拆下的燒嘴整體情況良好,從未因工藝燒嘴故障引起氣化爐停車(chē);碳轉化率從原[1]姜成旭,陳曉敏.新式氣化爐和三流道燒嘴在合成來(lái)的98%提高到99% ;拱頂耐火磚使用壽命從氨裝置的應用化工科技,2005,(5).2 000h延長(cháng)至10 00h,經(jīng)濟效益顯著(zhù)。[2]周夏,張克鋒.預膜式燒嘴在新型撞擊流水煤漿改造后，由于氣化爐運行周期延長(cháng)，水煤氣氣化護 上的應用與改進(jìn)措施現:代207,2722實(shí)現了連續穩定供應,基本杜絕了因氣化爐故障[3]劉孝弟,王岳.水煤漿 氣化爐工藝燒嘴有關(guān)問(wèn)題的探討.化肥工業(yè), 2009,36(2).導致整個(gè)系統停車(chē)情況的發(fā)生,在提高系統穩定[4]李波.氣化爐工藝燒嘴的運行監控及管理.中氮性和經(jīng)濟效益方面,發(fā)揮了很大作用。同時(shí),由于肥,2012,(4).燒嘴更換周期延長(cháng)，氣化爐檢修次數減少,檢修[5]章晨暉.氣化爐燒嘴及燒嘴冷卻水系統的改造.大費用明顯降低。氮肥,2009,(03).4結論[6]何瀑彥,陳志云氣化爐燒嘴損壞原因及對策.化學(xué)(1)在深人研究氣化爐工況的基礎上，開(kāi)發(fā)工程師，2006,(4).了適應新型氣化爐的預膜外混式三通道水煤漿氣化工藝燒嘴，結合現場(chǎng)模擬霧化裝置測試,通，(收稿日期:2013- 0903)(上接第22頁(yè))造好的條件,做到交班者放心,接班者滿(mǎn)意,接班車(chē)間制定考核細則，按細則對四大班進(jìn)行考者要主動(dòng)詢(xún)問(wèn)上班的生產(chǎn)、設備、工藝執行等情核評比,如:爐況、供氣、殘碳、氣體成分等,根據況,對接班的內容應嚴格進(jìn)行檢查,這樣才能做評比兌現獎懲;同時(shí)對造氣爐運行進(jìn)行縱向考到穩定生產(chǎn)。核，即每月以每臺爐為單位進(jìn)行評比考核,本月5結束語(yǔ)控制指標最好的造氣爐,對四大班操作工進(jìn)行獎目前，無(wú)煙塊煤仍處于較高價(jià)位, UGI爐造氣勵;為穩定爐況,各班消耗不進(jìn)行考核評比，以每技術(shù)水平的發(fā)揮主要依靠設備及工藝技術(shù)改造、月全車(chē)間消耗與往年同期及兄弟單位的消耗進(jìn)工藝操作的優(yōu)化控制和車(chē)間激勵的管理制度有行評比,找差距、找原因。效的結合。實(shí)踐證明聯(lián)盟化工UCI爐造氣的自動(dòng)4.3設立 單項獎制度加煤、風(fēng)力除灰、自動(dòng)探焦、不停爐下灰、高壓水為保證生產(chǎn)的安全穩定運行，激勵員工,對夾套等技術(shù),加上嚴格工藝管理和車(chē)間考核是降氧含量、氫氮比重要的工藝指標，設立單項獎,若低制氣成本的重要 措施。目前造氣噸氨實(shí)物原料該指標超標時(shí),除按考核細則進(jìn)行考核，同時(shí)單煤消耗降到了1 150kg以 下,噸氨綜合能耗項獎取消。1 212kg標煤,被評為2012年度氮肥行業(yè)合成氨4.4嚴格交接班制度能效領(lǐng)跑標桿企業(yè)。提前半小時(shí)到崗位交接班制度,操作工當面(收稿日期:2013-10-25 )進(jìn)行交接班,交班者必須從各個(gè)方面為下個(gè)班創(chuàng )