氣化爐粉煤燃燒器運行總結

2010年8月Aug.2010第33卷第4期Large Scale Nitrogenous Fertilizer IndustryVol.33 No.4氣化爐粉煤燃燒器運行總結楊軍(中國石油化工股份有限公司湖北化肥分公司,湖北枝江,443200)摘要分析影響殼牌粉煤氣化爐燃燒器運行壽命的因素,介紹在運行中如何避免各種因素影響,從而提高粉煤燃燒器運行壽命。關(guān)鍵詞粉煤氣化爐粉煤燃燒器 運行 壽命中國石油化工股份有限公司湖北化肥分公司該燃燒器內部結構設計充分發(fā)揮干煤粉著(zhù)力粉煤氣化爐采用Shell粉煤氣化技術(shù),氣化爐設計小的特點(diǎn)，避開(kāi)了其千摩擦對燃燒器造成磨損缺能力為日處理煤2000t。粉煤氣化裝置于2006年點(diǎn),具有良好的冷卻功能。該燃燒器設計使用壽命12月10日投料試車(chē)成功后,對暴露的問(wèn)題積極消8000h,有些企業(yè)使用壽命已達到10000h以上?；?，逐步實(shí)現粉煤氣化裝置長(cháng)周期運行目標。1.2速度場(chǎng)分布當4個(gè)粉煤燃燒器正常燃燒時(shí)，氧氣與蒸汽1粉煤燃燒器 結構及溫度場(chǎng)速度場(chǎng)分布混合后的速度為70m/s以上，氣化爐滿(mǎn)負荷時(shí)氧1.1 粉煤燃燒 器結構氣速度為最高。設計粉煤速度為7~12m/s,實(shí)際運粉煤燃燒器燃燒形式是兩通道同軸形式,燃行要比設計值低。4個(gè)粉煤燃燒器對稱(chēng)分布,每個(gè)燒器端部設有冷卻水盤(pán)管罩，原設計是7圈水盤(pán)粉煤燃燒器水平方向與中心對稱(chēng)線(xiàn)相差4.5°角。爐管,第二代是8圈,如圖1,作用是保護燃燒器端膛內形成大旋轉上升氣流，爐膛內靠近水冷壁氣部。燃燒器中心是氮氣與粉煤,粉煤外側環(huán)形通道流旋轉線(xiàn)速度為7m/s以上,爐膛截面上升氣流線(xiàn)是氧氣和適量的蒸汽,小噴射角輸人爐膛。從燃燒速度約0.77m/s,經(jīng)估算反應氣在爐內停留時(shí)間約器燃燒端部至后部有冷卻水(12vh)。在實(shí)際運行5.19s。每個(gè)粉煤燃燒器氧氣高速?lài)姵龊笤谌紵髦杏^(guān)察發(fā)現，每個(gè)燃燒器的冷卻水回水溫度比進(jìn)端部形成卷吸氣流，卷吸氣流與爐膛內大旋轉氣水溫度要低，反復確認回水溫度和進(jìn)水溫度顯示流相疊加,在該處形成較復雜流場(chǎng)及溫度場(chǎng)。是真實(shí)的。通過(guò)此現象可以得出一個(gè)結論,燃燒器1.3溫度場(chǎng)分布的冷卻水量在9~12t/h都能安全運行。爐膛內設計操作壓力4MPa,設計溫度1500~1700C(是爐膛內平均溫度),實(shí)際操作希望控制在1500~1600C。煤種不同控制的溫度范圍不同。在運行中爐膛內溫度分布是不均勻的，局部溫度高|哥|達2630C,因爐膛中心相對貧氧，溫度約1720C左右(燃燒器水平截面溫度),火焰受氣流旋轉影響火焰外側約2330左右(氣流旋轉方向外側) ,兩個(gè)中國煤化工:日期:2010-06-10。高級工程師,1978年畢業(yè)于華.YHCNMHG油化工股份有限公司湖北化肥分公司機械動(dòng)力處從事技術(shù)管理工作。聯(lián)系電話(huà):0717-圖1燃燒器組件4232236。258大氛配2010年第33 卷燃燒器之間氣流旋轉區1665C。.上述溫度是燃燒器,第二次更換前燃燒器累計運行7618h,接近設器水平截面溫度,該截面溫度分布不均勻,如圖2、計使用壽命8000h。2007 年6月以后粉煤氣化爐圖3,該圖數據標示位置與實(shí)際有偏差。運行逐漸穩定,粉煤燃燒器運行趨于穩定,使用壽命增加。1*.3*、4* 粉煤燃燒器在2008年相繼更換。3影響粉煤燃燒器使用壽命的因素0.5-2g003.1粉煤燃燒器頻繁跳車(chē).( 2900/粉煤燃燒器頻繁跳車(chē)將產(chǎn)生不良影響。當4-0.5-個(gè)燃燒器正常運行時(shí)，燃燒器端部冷卻水進(jìn)水溫B1928151800 ?度210C左右;進(jìn)人燃燒器氧氣與蒸汽混合后溫度-1.5200C左右;粉煤溫度70C左右;燃燒器噴口處的0X/m溫度約190C左右。此時(shí)燃燒器罩內的氣體溫度比圖2溫度場(chǎng)分布爐膛溫度相對低，燃燒器端部外圓處在一個(gè)較穩定的輻射高溫區。當4個(gè)燃燒器其中一個(gè)跳車(chē)后,雖然有氮氣注人,但量較小，爐膛內流場(chǎng)發(fā)生較大變化,溫度分布也發(fā)生變化。高溫氣體瞬間涌人燃燒器罩內，使燃燒器端部瞬間暴露在高溫氣體之下，燃燒器噴口處由約190C左右突然上升至1350C以上，燃燒器噴口處承受非常大的溫差變化。如果粉煤燃燒器頻繁跳車(chē)，燃燒器噴口處將承受反復交變熱應力,隨著(zhù)跳車(chē)次數增多,會(huì )使燃燒器端面產(chǎn)生疲勞裂紋和局部脆剝落,在剝落底部圖3速度場(chǎng)分布產(chǎn)生針孔或裂紋。燃燒器噴口尖角處是應力集中點(diǎn)，嚴重時(shí)在尖角處產(chǎn)生較多的細小穿透裂紋。因2粉煤燃燒 器運行情況此,粉煤燃燒器頻繁跳車(chē)對燒嘴損傷較大,使使用粉煤燃燒器運行時(shí)間及更換時(shí)間見(jiàn)表1。壽命縮短。損壞的燃燒器噴口見(jiàn)圖4。表1粉煤燃燒器 運行時(shí)間及更換時(shí)間粉煤燒嘴投用時(shí)間損壞時(shí)間累計運行時(shí)間/h2006-12-10 2008-11-106275物煤通道2006-12-102007-01-131462006-12-10 2008- 10-085723氧氣與蒸2008-11-10應力集中位新更換2°2007- -05-13 2009-04- 307618粉煤氣化爐于2006年12月10 日投產(chǎn)試運圖4燃燒器噴口行,受各種因素影響,運行初期不穩定。2006年123.2燃燒器 與爐膛內壓差月10日至2007年4月6日期間氣化爐開(kāi)停10燃燒器與爐膛內壓差過(guò)低及波動(dòng)對端部有影次,累計運行約562h,此期間粉煤燃燒器氧氣中沒(méi)響。爐膛內壓差低或壓差波動(dòng)大,燃燒器中心通道有加入適量的蒸汽。2*粉煤燃燒器原始安置后,投粉煤瞬間減少,燃燒器環(huán)行通道氧氣保持不變(氧入使用僅146h,燃燒器端面就出現漏冷卻水。氣調節系統瞬間跟不上),在燃燒器噴口處瞬間過(guò)2007年1月13日對2*粉煤燃燒器端面漏點(diǎn)進(jìn)行氧,這時(shí)燃燒器噴口處于高溫工況,燃燒器端部金補焊,補焊后累計運行910h。2007年5月13日停中國煤化工長(cháng)而逐漸減薄,最終車(chē)期間發(fā)現,2"粉煤燃燒器在補焊處的母材有細在設計的理想工況小裂紋,決定更換2"粉煤燃燒器,更換前累計運行，航的響p立周僅叫血僅是CHCNMHG是30左右，但在.1087.7h。2009 年4月30日再次更換2*粉煤燃燒實(shí)際運行過(guò)程中，根據燃燒器金屬表面氧化的程第4期楊軍.氣化爐粉煤燃燒器運行總結259度判斷,溫度超過(guò)300C。所以要求控制燃燒器與與蒸汽混合后的速度為70~96 m/s; 72%負荷時(shí)粉爐膛內壓差在設計范圍內并且穩定，放料罐與給煤噴嘴流速為6m/s左右,氧氣與蒸汽混合后的速料罐隔離切換時(shí)，閥內漏、單閥操作、控制程序自度下降30%左右;60%負荷時(shí)燃燒器氧氣與蒸汽動(dòng)帶壓除橋次數多等都是引起壓差低或壓差波動(dòng)混合后的速度下降40%左右;當負荷低到50%時(shí),大的因素,是操作控制要點(diǎn)。氧氣的速度下降53%左右。從以上4種負荷可以3.3加人適量的蒸汽看出,負荷越低燃燒器噴口處的氧流速越低。低負粉煤燃燒器運行中不加入適量的蒸汽或加人荷運行帶來(lái)的不利因素是燃燒器出口的氧氣流速不及時(shí)都會(huì )影響到使用壽命。氧氣與蒸汽混合后下降,燃燒黑區變短或消失。低負荷時(shí)粉煤在燃燒的速度為70~96 m/s,粉煤速度為7m/s左右。粉煤器噴口處燃燒,使端部處在高溫區,加劇了金屬材燃燒器噴口處在一定流速下產(chǎn)生燃燒黑區，此燃料表面氧化,因此減少使用壽命。更換下來(lái)的燃燒燒黑區長(cháng)短與氧氣加人蒸汽量有關(guān)。氧氣中加蒸器經(jīng)檢查證實(shí)了，上述的分析,根據實(shí)踐經(jīng)驗,粉煤汽與不加蒸汽在燃燒器噴口處速度相差約18 m/燃燒器的負荷應在70%以上為好。s,加入適量蒸汽時(shí)，燃燒黑區相對要長(cháng)些,能夠保3.6金屬材料失效護燃燒器。但蒸汽加入汽量不能過(guò)多,否則爐膛溫低負荷運行時(shí)，因燃燒器噴口端面處于高溫度下降,有效氣體濃度下降。蒸汽加入量可在實(shí)際環(huán)境,粉煤線(xiàn)大幅波動(dòng)時(shí)瞬間過(guò)氧,金屬表面會(huì )產(chǎn)運行中進(jìn)行摸索?？傊?加入適量蒸汽參加爐內反生氧化反應。在高溫情況下,金屬材料會(huì )產(chǎn)生一定應、控制爐內溫度、保護燃燒器延長(cháng)使用壽命,蒸滲碳。某研究機構對燃燒器噴口端面坑點(diǎn)分析結汽的作用在粉煤燃燒器上顯得尤為重要。果表明,碳元素增加，含氧和鐵的成分非常高,鎳3.4粉煤燃燒 器運行不穩定金屬元素幾乎沒(méi)有。金屬材料失去鎳金屬元素后，粉煤氣化爐操作是否穩定直接影響到粉煤燃將失去耐熱性和韌性，在各種應力作用下會(huì )產(chǎn)生燒器的使用壽命。當粉煤線(xiàn)流速波動(dòng)較大時(shí),會(huì )使眾多細小裂紋，裂紋長(cháng)度和深度隨著(zhù)運行時(shí)間延燃燒器噴口處的火焰忽長(cháng)忽短，同時(shí)發(fā)生頻繁瞬長(cháng)而不斷發(fā)展直至失效。某些研究機構在探索如間過(guò)氧,造成燃燒黑區忽長(cháng)忽短,致使燃燒器噴口何解決此問(wèn)題,但目前還沒(méi)有切實(shí)可行的方法。的溫度忽高忽低,產(chǎn)生熱交變應力,促使應力集中處產(chǎn)生裂紋。因此粉煤燃燒器燃燒穩定是延長(cháng)粉煤燃燒器使用壽命的措施之-。引起粉煤線(xiàn)流速在沒(méi)有更好的新材料和更新結構的情況下，要不穩定的因素:①粉煤線(xiàn)人口有異物使粉煤流動(dòng)使粉煤燃燒器延長(cháng)使用壽命,只有在優(yōu)化操作參數不暢，設備安裝或設備檢修都要確保粉煤線(xiàn)的清方面做工作。①確保粉煤系統內清潔,不能有任何潔,不能有雜物。②放料罐與給料罐連通切換時(shí)壓雜物，確保煤輸線(xiàn)通氣設備的氮氣量穩定,避免煤力波動(dòng)。③粉煤輸送線(xiàn)通氣設備的氮氣量過(guò)高或線(xiàn)大幅度波動(dòng)。②O/C控制在要求范圍內,根據生過(guò)低,粉煤速度無(wú)法調節穩定。④確保粉煤粒度。產(chǎn)實(shí)際情況靈活掌握.③燃燒器與爐膛內壓差控制3.5 粉煤氣化爐負荷在0.06~0.1MPa,并保持穩定。④氣化爐應在70%粉煤氣化爐低負荷對粉煤燃燒器有影響。設以上負荷運行,滿(mǎn)負荷有利于穩定。⑤粉煤燃燒器計正常負荷時(shí)燃燒器粉煤流速為7~12 m/s，氧氣點(diǎn)燃運行正常后,盡快加入適量蒸汽(5%~8%)。A RUNNING SUMMARY OF GASIFIER PULVERIZED- COAL BURNERYang Jun(SINOPEC Hubei branch , Zhijiang,443200)Abstract Factors affecting running life of Shell rulverinpd_roa1 onifier burner are analyzed and how to avoid such affecting factors during op中國煤化工nning life of pul-verized-coal burner increased.fYHCNMHGKey words: pulverized- coal gasifer , pulverized-coal burmer , running life