粉煤加壓氣化爐燒嘴技術(shù)研究與開(kāi)發(fā)

2011年4月大負Apr.2011第34卷第2期Large Scale Nitrogenous Ferilizer IndustryVol.34 No.2粉煤加壓氣化爐燒嘴技術(shù)研究與開(kāi)發(fā)戈雷(中國石化安慶分公司.安徽安慶246000)摘要:針對原進(jìn)口的煤粉燒嘴不能滿(mǎn)足殼牌粉煤加壓氣化爐長(cháng)周期運行的現狀,開(kāi)展了煤粉燒嘴的技術(shù)研究及相應的國產(chǎn)化開(kāi)發(fā)。通過(guò)對煤粉燒嘴的結構和工藝原理的剖析,研制了具有與原進(jìn)口性能相當的國產(chǎn)化煤粉燒嘴,并得到了工業(yè)應用。關(guān)鍵詞:氣化爐煤粉燒嘴國產(chǎn) 化研發(fā)煤粉燒嘴是殼牌粉煤氣化爐的關(guān)鍵設備之一，其作用是將煤粉由氮氣加壓后密相送入氣化爐,主要由噴頭和機身兩部分構成,其中,機身由煤粉/氮氣輸送管、氧氣/水蒸氣外套管、冷卻水套管三大部分組成。煤粉燒嘴運行環(huán)境苛刻,通常在圖2煤粉燒嘴的剖面結構高壓(大于4MPa)、高溫(1 600C)下工作。因此,對設備本身的工藝加工精度要求很高，突出表現在煤粉燒嘴噴頭處于1500C以及5.5MPa的純薄壁加工件的焊接工藝和焊接質(zhì)量的要求上。早氧化環(huán)境中,是煤粉燒嘴設備的易損件,對材料材期投用的煤粉燒嘴均從國外進(jìn)口,不僅價(jià)格高昂,質(zhì)和冷卻條件要求十分嚴格。煤粉燒嘴噴頭噴射而且制造供貨周期長(cháng)，無(wú)法滿(mǎn)足工廠(chǎng)煤氣化裝置角設計必須配合特定的燒嘴冷卻罩結構參數,以長(cháng)周期運行需要"。為此,開(kāi)展了“煤粉燒嘴的技術(shù)減少工藝參數包線(xiàn)內回流區帶出的微小煤粉顆粒研究及相應的國產(chǎn)化"開(kāi)發(fā),取得了較好的成效。對輻射表面的噴刷，而內部環(huán)形冷卻流通的壁厚和結構設計則是確保冷卻水對噴頭頂部輻射面實(shí)1煤粉燒嘴結構和工藝 原理施快速冷卻的關(guān)鍵。該部分的結構如圖3所示。1.1煤粉燒嘴的結構膜式水冷壁殼牌粉煤氣化爐的煤粉燒嘴主要包括煤粉通道、氧氣和水蒸氣通道冷卻水通道。煤粉燒嘴的冷卻水出口氧化劑入口一外觀(guān)結構和剖面結構分別如圖1和圖2所示。高溫煙氣煤粉入口→~氧氣+水蒸氣煤粉+氮氣出水圖3煤粉燒嘴噴頭結構1.2 煤粉燒嘴主要技術(shù)參數(2}以中國石化安慶分公司2000/d規模的殼牌中國煤化工收稿日:2011-03-04。作者簡(jiǎn)YHCNM H G2年畢業(yè)于華東理工噴頭大學(xué)化學(xué)工程專(zhuān)業(yè),碩士,現任中國石化安慶分公司副總經(jīng)理。聯(lián)圖1煤粉燒嘴的外觀(guān)結構系電話(huà):0556-5381909;E-mail:chenglei.aqsh@sinopec .com。第2期成雷. 粉煤加壓氣化爐燒嘴技術(shù)研究與開(kāi)發(fā)23粉煤加壓氣化爐為例，煤粉燒嘴的技術(shù)條件必須壓力損失約0.1 MPa;一般采用直徑114 mmx7 mm滿(mǎn)足以下指標。①燒嘴噴粉量20t/h,調節范圍無(wú)縫管，連接法蘭采用ASME B16.5- -2003 class50%~120%;②燒嘴工作壽命8000h,確?？煽渴?00用1a;③燒嘴工作壓力不小于4 MPa;④燒嘴工作3)冷卻水輸送管。燒嘴頭部與爐內高溫火焰環(huán)境溫度頭部為1600~1700C，安裝夾層約300直接接觸，高溫煙氣的輻射換熱將會(huì )使燒嘴端面C;⑤燒嘴氣耗量:每千克煤粉耗氮氣0.0856 kg，急劇 上升。因此,在燒嘴頭部設計冷卻水強制循環(huán)耗氧氣0.692kg,耗水蒸氣0.041kg;⑥燒嘴霧化及通道,使燒嘴端面溫度控制在450以下。冷卻水燃燒性能:滿(mǎn)足氣化爐氣化反應需要;⑦)燒嘴外流量- -般為3.2kg/s, 壓力為5MPa。形尺寸:保證氣化爐安裝及外部管路連接;⑧爐膛2.2整 體結構設計技術(shù)條件:壓力4.0MPa,直徑2960mm,高度8800根據輸送物料特性,從總體安全考慮,在高溫mm;⑨煤粉技術(shù)參數:顆粒直徑大于90μm為區應是純氧輸送管最易腐蝕，如純氧泄漏進(jìn)人冷10%，顆粒直徑大于5μm為90%，低位熱值約卻水管系及煤粉管系則將產(chǎn)生嚴重后果，故在引22.41 GJ/kg;0氣化合成氣主要成分見(jiàn)表1。人夾套中氧氣水蒸氣管系參照國外產(chǎn)品布局為獨表1粗合成氣組分 摩爾分數,%立夾套層,一旦泄漏盡可能讓其直接排入大氣中,組分COH2CO2H。H2O盡可能減少其進(jìn)入煤粉系統及供水系統的可能含量69.42 23.872.88 0.019 3.371.性。氧氣、蒸汽夾層外層為直鎳基高溫合金管;水.1.3煤粉燒嘴 的工作狀態(tài)冷卻夾層外層為耐熱合金鋼管。氣化爐運行時(shí)，作為氧化劑的氧氣和水蒸氣2.3燒嘴 罩設計從外套管中高速?lài)姵?，喉部處最高速度可達100由于殼牌粉煤加壓氣化爐采用液態(tài)排渣工m/s左右，而氮氣攜帶的煤粉從中心管中以近10藝,因此,煤粉燒嘴不能伸入氣化爐內部空間?？糾/s的速度噴出,煤粉顆粒在高速氧化劑的氣流曳慮到燒嘴周?chē)鷼饬魈匦?，在煤粉燒嘴出口與氣化引、剪切下,速度大幅升高;由于顆粒相(煤粉)和爐膜式水冷壁連接區域,布置--個(gè)喇叭形燒嘴罩,連續相(氧氣和水蒸氣)之間存在滑移。所以,煤粉該燒嘴罩為薄壁盤(pán)管結構，內有冷卻水換熱。顆粒的速度在噴嘴出口處最大達到87.9m/s,顆粒相和連續相之間的最大速度比約為0.828。3煤粉燒嘴材料選擇及性能測試顆粒相與連續相(氧化劑)進(jìn)行動(dòng)量交換后,3.1 煤粉燒嘴材料選擇速度增大,矢量方向基本上與連續相相同;顆粒群鑒于粉煤加壓氣化爐在熱態(tài)運行時(shí)，爐內壓既有沿軌道時(shí)的均速度滑移運動(dòng)，又有沿軌道兩力為4.0MPa左右、溫度為1600~1 700C,煤粉燒側的擴散運動(dòng),前者明顯比后者更重要。由于氣化嘴在此工作環(huán)境下要實(shí)現安全、穩定運行。所以，爐噴嘴與徑向夾角為49，所以在爐膛中心截面上煤粉燒嘴的材料必須能夠耐高溫、高壓和抗氧化。形成了比較明顯的切圓。而燒嘴根部形成回流有一般而言，燒嘴冷卻水通道采用不銹鋼316利于煤粉的穩定著(zhù)火和燃燒。材料,煤粉通道采用INCONEL600,氧氣和水蒸氣通道采用INCONEL600材料。2煤粉燒嘴通 道計算3.2冷卻水、煤粉和氧氣通道承壓性能測試2.1煤粉燒嘴結 構設計1)儀器設備。水箱、加壓水泵、壓力表、截止閥1)煤粉通道設計。為了滿(mǎn)足煤粉輸送的工藝等。要求，在氮氣輸送煤粉或二氧化碳輸送煤粉的過(guò)2)試驗方法。①將冷卻水管道一端堵死,用加程中,煤粉輸送速度為6~10m/s,輸送管壓力損失壓水泵將水流從另--端泵人,使水壓達到8.8MPa，約0.1 MPa,-般采用直徑48 mmx5 mm無(wú)縫管,連并保持住,觀(guān)察管道變形情況。若管道變形在允許接法蘭采用ASME B16.5- -2003 class 600。范圍內，則承壓性能合格;反之不合格;②將煤粉2)氧氣和水蒸氣通道。為了使氣化爐中心形管道一端中國煤化工以另-端泵人，成有效的切圓，氧氣和水蒸氣介質(zhì)必須具有足夠使水壓達YHCNMHG察管道變形情的動(dòng)量,保證通道出口處為100m/s左右,輸送管況。若管道變形在允許范圍內,則承壓性能合格;124大色幽2011年第34卷反之不合格;③將氧氣蒸汽管道一端堵死,用加壓結構以及制造質(zhì)量的綜合性檢查;②通過(guò)短時(shí)超水泵將水流從另-一端泵人，使水壓達到6.0 MPa并壓,有可能減緩某些局部區域的峰值應力,在-定保持住,觀(guān)察管道變形情況。若管道變形在允許范程度上起到消除和降低(殘余)應力,使其應力分圍內,則承壓性能合格;反之不合格。布趨于均勻的作用。3)試驗結果。經(jīng)試驗驗證,樣機冷卻水、煤粉、根據近代斷裂力學(xué)的觀(guān)點(diǎn)，短時(shí)超壓可以使氧氣蒸汽通道在試驗壓力下形變均在允許范圍裂紋產(chǎn)生閉合效應，也即鈍化了裂紋尖端，使容器內,承壓能力滿(mǎn)足設計要求。在正常工作壓力下運行時(shí)更為安全;液壓試驗過(guò)3.3燒嘴水壓試驗程要經(jīng)過(guò)注液排氣、升壓、保壓、檢查及排液吹干煤粉燒嘴的水壓試驗主要目的:①全面綜合:等工序。液壓試驗最常用的試驗介質(zhì)是水,燒嘴水檢驗產(chǎn)品的整體強度,是對容器選材,設計計算,壓試驗結果見(jiàn)表2,水壓試驗曲線(xiàn)見(jiàn)圖4。表2燒嘴水壓試驗報告試壓部位試驗介質(zhì)試驗壓力/MPa 保壓時(shí)間/min 環(huán)境溫度/C 介質(zhì)溫度/C 氯離子含量,x10* 檢 驗時(shí)間結頭部整體潔凈水.8.51:1814≤22010-03-25合格...8.5MP3化爐工藝參數的要求。其使用壽命也與原進(jìn)口設備相當,滿(mǎn)足了裝置的檢維修需要。對于使用廠(chǎng)家.. MPa/1. ....15min來(lái)說(shuō)，使用該設備的經(jīng)濟性和時(shí)效性等方面效果814 水壓試驗曲線(xiàn)‘良好。參考文獻4結束語(yǔ)[1] 龐忠榮.氣化爐燒嘴燒損和泄漏原因分析及對策[J].大氮開(kāi)發(fā)的國產(chǎn)化煤粉燒嘴在中國石化安慶分公.肥,2005 ,28<1):52-53. .司殼牌粉煤加壓氣化爐上首次應用。自2008年9[2]任永強,許世森,張車(chē)亮,等.干粉煤加壓氣化技術(shù)的試驗研月投用以來(lái),運行工況正常,完全符合粉煤加壓氣究[]煤化工,004,(3);10-13.TECHNOLOGICAL R/D OF BURNER IN PULVERIZED- COALPRESSURIZED GASIFIERCheng Lei(SINOPEC A nqing branch, Anqing 246000)Abstract:Considering that the originally -imported burner for pulverized-coal can not meet a long-term running of Shell pulverized -coal pressurized gasifier both the technological research and correspondingnationalization development of burner for pulverized -coal are carried out. With the analysis of both burmnerstructure and process principle a nationalized burner with the performance equivalent to the originally- -import-ed ones is made and commercially applied to the plant with good economy and timeliness.Key words :gasifier ;burmner for pulverized- -coal ;nationalized R/D瀘天化煤氣化及下游項目開(kāi)工建設2011年2月11日,四川化工控股集團瀘天化公司100x10*m?/a 煤氣化及其下游后續產(chǎn)品項目在納溪化工園區開(kāi)工。該項目總投資約195億元，計劃分二個(gè)階段建設:2011年6月- -2012年12月，第一階段投資39億元建設產(chǎn)氣規模20x10*m2/a 的煤氣化裝置,用于生產(chǎn)年產(chǎn)45萬(wàn)噸合成氨項目。2011- -201' 中國煤化工設生產(chǎn)80x10m/a的煤氣化裝置,其中18x10*m?/a煤氣用于新建40萬(wàn)噸合成氨,發(fā)展硝酸和煤氣用于新建年產(chǎn)100萬(wàn)噸甲醇裝置,發(fā)展聚四氫呋喃、乙烯、聚甲醛、醋酸等下游產(chǎn)業(yè)鏈。CNMHG.本刊.