水煤浆气化炉烧嘴改造与应用

2013年第34卷第6期氮肥技术2水煤浆气化炉烧嘴改造与应用朱广胜杨兴彦周军(兖矿陕西未来能源化工有限公司陕西榆林 719000)摘要在深入研究气化炉工况和实验室研究的基础上.开发了适应新型气化炉的预膜外混式三通道水媒浆气化工艺烧嘴,通过多项技术控制手段增强了烧嘴出口煤浆的雾化效果,同时,对烧嘴各通道安装尺寸、烧嘴保护方式、环隙氧量操作比例等进行改造,优化了气化烧嘴的性能和结构形成了延长气化烧嘴使用寿命的关键技术。关键词气化炉烧嘴研制改造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水煤浆加压气化装置中，气化炉为核心设(3)烧嘴头部保护备,工艺烧嘴的设计及使用,对气化炉的长周期合成气夹带的灰渣进人烧嘴室,腐蚀烧嘴,阻高效运行起着决定性作用。兖矿集团新型气化炉碍拆装。 采用耐高温、易成型的材料对烧嘴头部四只工艺喷嘴水平对置安装在气化炉简体中上进行保护 ,使烧嘴室密闭，防止气流进人，并可以部,在运行过程中受到炉内高温气流冲刷、高温在拆装过程中保护烧嘴不被损伤。热辐射及合成气中硫、氢等腐蚀性气体的共同作(4)烧嘴盘管改造研究用，喷头部位磨损较快，烧嘴需定期更换,影响了对烧嘴冷却水盘管结构形式进行改造,提高气化炉运行周期。为延长烧嘴使用寿命,对工艺换热效率 、保证进水管路具有良好的弹性伸缩量。烧嘴进行优化设计和改造,成为提高气化装置运(5)冷却水盘管焊缝保护行周期的首要任务。为减缓炉内高温腐蚀性气流对烧嘴头部的1主要研发内容冲刷，延长喷头部位使用寿命,在烧嘴向火端面(1 )烧嘴喷头间隙的优化(水冷盘管焊缝的正上方)设计保护设施。通过结合现场模拟雾化装置测试，探索工艺2研发过程及应用烧嘴的最佳雾化效果,据此对工艺烧嘴喷头部位2.1 实验研究各通道的安装尺寸进行优化,达到更好的雾化效设计一个三通道烧嘴,通过实验研究三通道果,提高碳转化率。水煤浆喷嘴雾化性能,对喷嘴头部壁厚与射流交(2)烧嘴烧蚀机理研究汇角进行选优。实验用三通道烧嘴入口及出口尺对烧嘴外氧喷头龟裂冷却水盘管及外氧管寸如表1所示。的点蚀等进行分析研究，选择合适的耐高温、耐(1 )液体流量对雾化的影响腐蚀的金属材料用于烧嘴制作。当气体流量及其在- -、三通道间的分配不变28氮肥技术2013年第34卷表1实验用三通道烧嘴尺寸(mm)30烧嘴入口烧嘴出口25二10度.二9度中心氧通道内径42 中心氧通道内径10-40度工50度中心氧通道外径54 中心氧通道外径 16煤浆通道内径86煤浆通道外径9836外氧通道内径116外氧通道内径40550外氧通道外径:128外氧通道外径101口1@/b)中心氧直管段长度1图1射流交汇角对雾化效果的影响一二通道出口深度差根据金相组织检测报告分析,认为盘管、外二三通道出口深度差氧管的局部腐蚀属于晶间腐蚀。腐蚀主要原因为时,仅改变液体流量,在实验范围内，雾化粒子平气化炉内高温合成气中的硫及氢对烧嘴的腐蚀。均直径随液体流量的0.38次方单调增加。2.3实施改造.(1 )确定烧嘴头部结构和尺寸(2)气体流量对雾化的影响当液体流量不变时，随总气体流量的增加，根据实验结果,确定烧嘴头部结构如图2所示。雾化粒子平均直径相应减小。(3 )操作负荷对雾化的影响实验结果表明,在保证液、气质量比不变(受中心氧心工艺条件限制)及气体在- 、三通道间的分配不变的前提下,随操作负荷的提高，雾化粒子平均直径相应地要减小。(4)气量在一、三通道间的分配对雾化的影响图2烧嘴头部结构对三通道水煤浆喷嘴而言,一个很重要的操根据实验结果,确定烧嘴头部尺寸如表2所际。作变量是气体在一、三通道间的分配比。当气体表2烧嘴头部尺寸总量、液体流量不变时,随着- -通 道气体流量增烧嘴头部喷头指标代号尺寸大,雾化粒子平均直径先增大后减小。外氧喷头与煤浆喷头深度a1.2 +0.1(5)喷嘴壁厚的增加对雾化产生不利影响,外氧喷头与中心氧喷头深度2.2士0.1抵消了液膜厚度减小带来的有利影响。只有在液煤浆与中心氧喷头环隙6.56 +0.15膜厚度减小到一定值时才能克服壁厚增大带来外氧喷头与煤浆喷头环隙2.67士0.15的不利影响。(6)射流交汇角对雾化效果的影响-通道气量- -般为总气量的5%~25 %(体实验中进行了气液射流交汇角为0度,20积分数) ,其出口流速为150 ~ 180m/s,二通道液体度,30度,40度和50度时的数据收集，如图1所出口流速2~4m/s,三通道气体出口流速160 ~示。可以看出,在交汇角大约为40度时雾化效果200m/s。最佳(2)对烧嘴头部进行保护2.2 烧嘴烧蚀机理研究在烧嘴头部制作氧化铝空心球保护套,同时(1)外氧喷头龟裂原因分析采用超音速火焰喷涂耐高温材料将烧嘴与高温该龟裂现象为高温热辐射、冲刷造成的结的合成气隔离。果,与工艺操作环境有一-定关系。除此以外的原(3 )对烧嘴冷却水盘管进口管进行改造因还有金属材料在高温的氧化环境中的氧化反减小烧嘴冷却水盘管管径,增加冷却水盘管应,高温硫化腐蚀和应力影响。数量，从而增大盘管与烧嘴的直接接触面积,提(2)冷却水盘管及外氧管点蚀原因分析高换热效率。第6期朱广胜等:水煤浆气化炉烧嘴改造与应用(4)通过优化操作降低头部腐蚀、降低热辐过多项技术控制手段增强了烧嘴出口煤浆的雾射对烧嘴头部的影响化效果。①烧嘴冷却水流量由单台11~12m2/h 提高到(2)在实验室研究的基础上，优化了各通道的16~ 17m/h,增大换热量,降低头部温度。安装尺寸,通过在烧嘴头部冷却盘管周围加保护②通过试验，确定烧嘴氧气环隙氧量比例,材料、在烧嘴向火端面上焊接耐高温的金属挡板改变烧嘴雾化区状态，使高温区尽量远离头部,和对烧嘴冷却水盘管结构形式进行改造，优化了降低热辐射对烧嘴的破坏。气化烧嘴的性能和结构,形成了延长气化烧嘴使3改造效果用寿命的关键技术。烧嘴改造后,在兖矿集团新型气化炉上进行了应用，烧嘴平均寿命已由改造前的平均72天参考文献延长到150天,拆下的烧嘴整体情况良好,从未因工艺烧嘴故障引起气化炉停车;碳转化率从原[1]姜成旭,陈晓敏.新式气化炉和三流道烧嘴在合成来的98%提高到99% ;拱顶耐火砖使用寿命从氨装置的应用化工科技,2005,(5).2 000h延长至10 00h,经济效益显著。[2]周夏,张克锋.预膜式烧嘴在新型撞击流水煤浆改造后，由于气化炉运行周期延长，水煤气气化护 上的应用与改进措施现:代207,2722实现了连续稳定供应,基本杜绝了因气化炉故障[3]刘孝弟,王岳.水煤浆 气化炉工艺烧嘴有关问题的探讨.化肥工业, 2009,36(2).导致整个系统停车情况的发生,在提高系统稳定[4]李波.气化炉工艺烧嘴的运行监控及管理.中氮性和经济效益方面,发挥了很大作用。同时,由于肥,2012,(4).烧嘴更换周期延长，气化炉检修次数减少,检修[5]章晨晖.气化炉烧嘴及烧嘴冷却水系统的改造.大费用明显降低。氮肥,2009,(03).4结论[6]何瀑彦,陈志云气化炉烧嘴损坏原因及对策.化学(1)在深人研究气化炉工况的基础上，开发工程师，2006,(4).了适应新型气化炉的预膜外混式三通道水煤浆气化工艺烧嘴，结合现场模拟雾化装置测试,通，(收稿日期:2013- 0903)(上接第22页)造好的条件,做到交班者放心,接班者满意,接班车间制定考核细则，按细则对四大班进行考者要主动询问上班的生产、设备、工艺执行等情核评比,如:炉况、供气、残碳、气体成分等,根据况,对接班的内容应严格进行检查,这样才能做评比兑现奖惩;同时对造气炉运行进行纵向考到稳定生产。核，即每月以每台炉为单位进行评比考核,本月5结束语控制指标最好的造气炉,对四大班操作工进行奖目前，无烟块煤仍处于较高价位, UGI炉造气励;为稳定炉况,各班消耗不进行考核评比，以每技术水平的发挥主要依靠设备及工艺技术改造、月全车间消耗与往年同期及兄弟单位的消耗进工艺操作的优化控制和车间激励的管理制度有行评比,找差距、找原因。效的结合。实践证明联盟化工UCI炉造气的自动4.3设立 单项奖制度加煤、风力除灰、自动探焦、不停炉下灰、高压水为保证生产的安全稳定运行，激励员工,对夹套等技术,加上严格工艺管理和车间考核是降氧含量、氢氮比重要的工艺指标，设立单项奖,若低制气成本的重要 措施。目前造气吨氨实物原料该指标超标时,除按考核细则进行考核，同时单煤消耗降到了1 150kg以 下,吨氨综合能耗项奖取消。1 212kg标煤,被评为2012年度氮肥行业合成氨4.4严格交接班制度能效领跑标杆企业。提前半小时到岗位交接班制度,操作工当面(收稿日期:2013-10-25 )进行交接班,交班者必须从各个方面为下个班创