氣化爐燒嘴及燒嘴冷卻水系統的改造

2009年6月，Jun. 2009第32卷第3期Lange Scale Nitrogenous Fertilizer IndustryVol.32 No.3.氣化爐燒嘴及燒嘴冷卻水系統的改造章晨暉(中國石化集團寧波技術(shù)研究院,浙江寧波.315103)摘要介紹中國石油蘭州石化公司化肥廠(chǎng)合成氨裝置油改氣工程中天然氣I型燒嘴的技術(shù)方案,根據II型燒嘴的技術(shù)特點(diǎn)和使用條件,選擇確定配套的燒嘴冷卻水系統改造方案。關(guān)鍵詞氣化爐燒嘴燒嘴冷卻水.在中國石油蘭州石化公司化肥廠(chǎng)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)度等)的合理匹配。蘭化)合成氨裝置油改氣工程中,原料由渣油改為在考慮了已有氣化爐結構尺寸,并綜合了I天然氣, Shell的渣油氣化爐改為天然氣氣化爐。型 、I型燒嘴的技術(shù)特點(diǎn)后, II型燒嘴采用了下述2002年1月工程改造完成投產(chǎn)后,先后使用了兩，技術(shù)方案:代燒嘴,其中，I型燒嘴的最長(cháng)使用壽命僅為1)總體結構。I型燒嘴的總體結構為四流28d, I型燒嘴的最長(cháng)使用壽命僅為66d。燒嘴使道水冷盤(pán)管型,混合方式為平剪式外混合,燒嘴采用周期短、頻繁開(kāi)停車(chē)給化肥廠(chǎng)的穩定生產(chǎn)帶來(lái)用水冷盤(pán)管冷卻,與氣化爐爐口敞開(kāi)匹配?？紤]了嚴重影響,成了制約裝置長(cháng)周期運行的瓶頸。到氣化爐各管口的連接,燒嘴各管口的規格尺寸、通過(guò)對氣化爐燒嘴及燒嘴冷卻水系統進(jìn)行分析和標高均保持不變。研究,發(fā)現I型、I型燒嘴均為水冷夾套型天然氣2)優(yōu)化燒嘴噴口尺寸(噴口直徑及噴射角燒嘴,在運行過(guò)程中燒嘴唇部易產(chǎn)生裂紋,造成燒度),使其與Shell氣化爐相匹配,形成爐內最佳的嘴使用壽命較短。流場(chǎng)及溫度場(chǎng)。原中國石化集團蘭州設計院與華東理工大3)燒嘴噴口內縮10mm,水冷腔端部?jì)葟綖閷W(xué)、中國航天科技集團第十一研究所組成聯(lián)合攻中65 mm,盤(pán)管節圓為中290/p241 mm。關(guān)組,于2002年6月研發(fā)制造了I型燒嘴。為了4)燒嘴與氣化爐爐口的匹配。由于爐口結從根本上解決問(wèn)題, I型燒嘴的研發(fā)摒棄了原有構的限制及 水冷盤(pán)管冷卻水腔進(jìn)出口管的結構要的燒嘴冷卻形式,而改為采用盤(pán)管冷卻結構,以延求,取消火盆,燒嘴噴口內縮10mm,充分利用了長(cháng)燒嘴的使用壽命。為了適應新燒嘴的水冷結氣化爐的軸向長(cháng)度,以達到提高有效氣成分的目構,原有的燒嘴冷卻水系統也進(jìn)行了相應的技術(shù)的。改造。5)型燒嘴的材質(zhì)選用。氧氣與天然氣流道同心環(huán)的材質(zhì)為HAYNESS 188, 其他流道同心1亞 型燒嘴的技術(shù)方案環(huán)的材質(zhì)為INCONEL600,冷卻水腔及冷卻水盤(pán)氣化技術(shù)必須將氣化燒嘴與氣化爐作為一個(gè)管的材質(zhì)為INCONEL 600,其余材質(zhì)為0Cr18Ni10系統整體考慮,而不能分割開(kāi)來(lái)單獨考慮,且氣化燒嘴技術(shù)應建立在與氣化爐合理匹配的基礎上。中國煤化工生，僅族,192年7嗶氣化燒嘴的技術(shù)核心是使其與氣化爐所形成的流業(yè)于YHCNMHG集團寧波技術(shù)研究院高場(chǎng)、溫度場(chǎng)合理匹配，應考慮并解決以下問(wèn)題:天級工程師,從事煤化工、合成油、合成氨、甲醇制氫等化工工藝技然氣氣化燒嘴各物料流道的合理設置;氣化燒嘴術(shù)的研發(fā)及工藝系統設計工作。聯(lián)系電話(huà): 0574-87974528; E-結構設計;氣化燒嘴與氣化爐爐膛尺寸(直徑、高mail: zhangchh@ snec. com。148大氛配2009年第32卷不銹鋼。已有燒嘴水冷夾套和II型燒嘴水冷盤(pán)管的操作條件比較見(jiàn)表1。2燒嘴冷卻水系統的改造表1水冷夾套與水冷盤(pán)管的操作條件比較.2.1已有 燒嘴冷卻水系統(Shell水冷夾套系統)操作條件I型、Il型燒嘴Il 型燒嘴簡(jiǎn)介壓降/MPa0.3-0.4(夾 套壓降)~ 3.0(盤(pán)管壓降)蘭化合成氨裝置實(shí)施油改氣工程后, I型、II流量/rh~'上水溫度1305上水溫度402操作溫度/C型燒嘴均延續了渣油燒嘴的水冷夾套結構,因此回水溫度~145回水溫度~75燒嘴冷卻水系統未做改造,還是采用了原有的高通過(guò)上述比較,可以看出I型燒嘴由于操作壓閉式循環(huán)回路,其工作原理如下:條件和結構上的特點(diǎn),造成燒嘴冷卻水系統操作來(lái)自燒嘴冷卻水緩沖罐140C , 6.7MPa(表條件與已有系統的操作條件發(fā)生了很大的變化，壓,下同)的高溫水,在燒嘴冷卻水冷卻器內冷卻已有的燒嘴冷卻水系統已不能滿(mǎn)足I型燒嘴的操至130%后,通過(guò)燒嘴冷卻水泵加壓至7.0MPa,進(jìn)作要求,必須加以改造方能適應新的操作條件。人2個(gè)并聯(lián)的燒嘴冷卻夾套冷卻燒嘴頭部,從冷2.3 I型燒嘴冷卻水系統的改造方案卻水夾套出來(lái)的水返回到燒嘴冷卻水緩沖罐,以II型燒嘴的冷卻水系統改造有兩個(gè)方案可供此形成閉路循環(huán)。燒嘴冷卻水緩沖罐的補充水采選擇:利用現有的高壓閉式循環(huán)系統進(jìn)行改造;新用鍋爐給水,燒嘴冷卻水緩沖罐的壓力由高壓氮上一套低壓開(kāi)式循環(huán)系統。兩套系統的技術(shù)特點(diǎn)維持。如下:2.2 M 型燒嘴對冷卻水系統的要求1)高壓閉式系統的特點(diǎn)。冷卻水壓力遠高川I型燒嘴采用水冷盤(pán)管結構,燒嘴冷卻水系于氣化壓力,冷卻水在水夾套中氣化的可能性降統的操作條件也相應發(fā)生變化,與原有夾套冷卻低,減少了冷卻水蒸發(fā)產(chǎn)生高壓氣泡對燒嘴冷卻水系統相比,差異主要表現在下述兩個(gè)方面:夾套的破壞;工藝氣不會(huì )泄漏到冷卻水側而帶到1)冷卻通道的壓力降大大增加。采用水冷氣化爐外,但夾套損壞后,必須停爐,否則夾套漏盤(pán)管后,冷卻水流經(jīng)燒嘴冷卻通道的長(cháng)度比之夾出的冷卻水會(huì )導致?tīng)t磚損壞,造成氣化爐爐壁超套的冷卻通道大大增加,而流道的截面積則大為溫,威脅氣化爐的安全運行;冷卻水有流量、量差減少,帶來(lái)的直接后果是冷卻水通過(guò)盤(pán)管的壓力指示、報警、聯(lián)鎖;冷卻水工作壓力高,對設備、管降大大增加。道、儀表的要求高;冷卻水流量低時(shí),備用泵自啟2)操作溫度的變化。采用夾套冷卻結構,燒嘴冷卻水的操作溫度多維持在130C以上,這主2)低壓開(kāi)式系統的特點(diǎn)。冷卻水系統為常要是從兩個(gè)方面進(jìn)行考慮:①采用夾套冷卻燒嘴壓，只有泵出口至燒嘴處為帶壓系統,其余為常壓時(shí),燒嘴的前端采用了火盆遮蔽結構,可以避免燒操作;如果盤(pán)管泄漏，高溫工藝氣體會(huì )從盤(pán)管的泄嘴直接受到氣化爐內氣流的熱輻射,燒嘴的操作漏處進(jìn) 人冷卻水系統,因此冷卻水收集槽上設置條件較為溫和,燒嘴冷卻水的溫升也比較低,僅了氣體檢測儀,在線(xiàn)檢測放空氣組分,以判斷盤(pán)管10C左右;②采用夾套冷卻結構,燒嘴冷卻的目的是否泄漏;冷卻水有流量指示、報警、聯(lián)鎖;冷卻水主要是將燒嘴頭部的溫度維持在合理的溫度范圍工作壓力低,對設備、管道、儀表的要求相對低得內,溫度過(guò)低時(shí),與燒嘴在氣化爐內的操作條件反多;冷卻水壓力低時(shí),備用泵自啟動(dòng);設置第二水差過(guò)大,反而容易造成燒嘴頭部應力過(guò)大,撕裂燒源作為冷卻水的備用系統。嘴頭部。采用盤(pán)管冷卻結構則完全不同,由于沒(méi)從上述比較可以看出,兩個(gè)系統的設置都是有火盆遮蔽,燒嘴完全暴露在氣化爐內的熱氣流比較完備的,安全性都是有保障的?？傮w上看,閉中,受到的熱輻射非常高,因此,要求燒嘴冷卻水式系中國烤得花干沒(méi)備管道儀表的的溫度盡可能低,以降低燒嘴的表面溫度。同時(shí),要TH由于熱輻射的強度比較高,燒嘴冷卻水的溫升也. CN M HG系統進(jìn)行改造,由比較大,多在30~ 40C?？紤]以上因素,盤(pán)管的于II型燒嘴壓力降的升高,現有的燒嘴冷卻水泵燒嘴冷卻水多采用常溫操作。已無(wú)法提供足夠的揚程,必須予以更換;其次,由第3期章晨暉.氣化爐燒嘴及燒嘴冷卻水系統的改造149于燒嘴冷卻水溫升提高,與循環(huán)冷卻水間溫差接1)正常運行時(shí),為保證冷卻水系統的壓力穩近,增加了燒嘴冷卻水冷卻器的熱負荷和換熱面定,燒嘴冷卻水給水泵的出口設置了壓力低報警、積，現有的燒嘴冷卻水冷卻器同樣無(wú)法滿(mǎn)足生產(chǎn)低低聯(lián)鎖,由DCS控制,當泵出口壓力達到低低的需要,也必須更換;此外,由于燒嘴冷卻水泵揚值時(shí),備用泵自啟動(dòng)。程提高,造成燒嘴冷卻水管路操作壓力提高,原有2)2臺燒嘴冷卻水給水泵互為備用。的儀表、管道和閥門(mén)也必須予以更換。要完成上3)燒嘴冷卻水回水管線(xiàn)上設置了流量低報述改造,需要投資近400萬(wàn)元。.警、低低聯(lián)鎖,低報警信號進(jìn)人DCS,低低聯(lián)鎖進(jìn)若新上一套開(kāi)式循環(huán)系統,則需新增如下設人PLC,完成氣化系統的安全停車(chē)。備:2臺燒嘴冷卻水泵.1臺燒嘴冷卻水冷卻器、14)設置燒嘴冷卻水高位槽以及第二水源臺燒嘴冷卻水貯罐、1臺燒嘴冷卻水高位槽,共計-脫鹽水,以確保發(fā)生停車(chē)事故時(shí),在備用泵啟. 7臺設備。由于采用了低壓操作模式，系統的總動(dòng)的間隔時(shí)間內,或裝置跳車(chē)時(shí),燒嘴的冷卻繼續投資比閉式系統要低得多,僅需200萬(wàn)元左右。有效。鑒于.上述原因，在綜合考慮了技術(shù)可靠性和5)燒嘴冷卻水貯罐的放空管線(xiàn)上設置可燃改造工程量等因素后,確定I型燒嘴的冷卻采用氣體檢測報警儀和手動(dòng)分析點(diǎn),以監測盤(pán)管損壞低壓開(kāi)式循環(huán)冷卻水方案。情況。2.4 H 型燒嘴冷卻水系統的具體技術(shù)方案6)燒嘴冷卻水貯罐的補充水一脫鹽水管II型燒嘴的冷卻水系統采用低壓開(kāi)式循環(huán)系線(xiàn)上設置了液位控制閥,以保證燒嘴冷卻水貯罐統,工藝流程簡(jiǎn)述如下:來(lái)自燒嘴冷卻水貯罐的的液位。40C、常壓冷卻水約24t/h,經(jīng)過(guò)燒嘴冷卻水給水7)燒嘴冷卻水給水泵其中1臺接應急電,以泵加壓至4.0MPa后,分別送人A爐及B爐的燒確保發(fā)生停電事故時(shí),燒嘴的冷卻繼續有效。嘴冷卻水盤(pán)管冷卻燒嘴,冷卻燒嘴后離開(kāi)盤(pán)管溫升至75C的冷卻水首先進(jìn)人燒嘴冷卻水冷卻器,3結束語(yǔ)用循環(huán)冷卻水冷卻至409,之后送人燒嘴冷卻水.蘭化合成氨裝置使用Il型燒嘴并配套進(jìn)行了貯罐循環(huán)使用。II 型燒嘴冷卻水采用脫鹽水。燒嘴冷卻水系統的改造后,天然氣燒嘴的使用壽由于燒嘴冷卻水的供水穩定性直接關(guān)系到燒命達到了100d以上,比I型燒嘴的最長(cháng)操作壽命嘴的安全運行和使用壽命，因此燒嘴冷卻水系統延長(cháng)了30多天。II型燒嘴的使用及燒嘴冷卻水必須采取嚴格的監控聯(lián)鎖等安全措施,以確保系系統的改造突破了氣化裝置的瓶頸，基本上解決統的穩定性和燒嘴的安全性。本工程采取了如下了合成氨裝置長(cháng)周期運行的問(wèn)題,提高了合成氨措施:裝置的開(kāi)工率,達到了改造目的。REVAMPING OF GASIFIER BURNER AND BURNERCOOLING WATER STSTEMZhang Chenhui( SINOPEC Ningbo Instiue of Technology, Ningbo, 315103)Abstract Presents technical scheme of type II natural gas burmer in ammonia revamping pro-ject of natural gas replacing residual oil as feedstock in Chemical Fertilizer Plant of Lanzhou BranchCo. , SINOPEC. According to technical characterstics and operating conditions of type I natural gasburmer, selects and determines technical revamping scher中國煤化工r system.Key words: gasifier , burmer, bumer cooling water1YHCNMHG