气化炉烧嘴及烧嘴冷却水系统的改造

2009年6月，Jun. 2009第32卷第3期Lange Scale Nitrogenous Fertilizer IndustryVol.32 No.3.气化炉烧嘴及烧嘴冷却水系统的改造章晨晖(中国石化集团宁波技术研究院,浙江宁波.315103)摘要介绍中国石油兰州石化公司化肥厂合成氨装置油改气工程中天然气I型烧嘴的技术方案,根据II型烧嘴的技术特点和使用条件,选择确定配套的烧嘴冷却水系统改造方案。关键词气化炉烧嘴烧嘴冷却水.在中国石油兰州石化公司化肥厂(以下简称度等)的合理匹配。兰化)合成氨装置油改气工程中,原料由渣油改为在考虑了已有气化炉结构尺寸,并综合了I天然气, Shell的渣油气化炉改为天然气气化炉。型 、I型烧嘴的技术特点后, II型烧嘴采用了下述2002年1月工程改造完成投产后,先后使用了两，技术方案:代烧嘴,其中，I型烧嘴的最长使用寿命仅为1)总体结构。I型烧嘴的总体结构为四流28d, I型烧嘴的最长使用寿命仅为66d。烧嘴使道水冷盘管型,混合方式为平剪式外混合,烧嘴采用周期短、频繁开停车给化肥厂的稳定生产带来用水冷盘管冷却,与气化炉炉口敞开匹配。考虑了严重影响,成了制约装置长周期运行的瓶颈。到气化炉各管口的连接,烧嘴各管口的规格尺寸、通过对气化炉烧嘴及烧嘴冷却水系统进行分析和标高均保持不变。研究,发现I型、I型烧嘴均为水冷夹套型天然气2)优化烧嘴喷口尺寸(喷口直径及喷射角烧嘴,在运行过程中烧嘴唇部易产生裂纹,造成烧度),使其与Shell气化炉相匹配,形成炉内最佳的嘴使用寿命较短。流场及温度场。原中国石化集团兰州设计院与华东理工大3)烧嘴喷口内缩10mm,水冷腔端部内径为学、中国航天科技集团第十一研究所组成联合攻中65 mm,盘管节圆为中290/p241 mm。关组,于2002年6月研发制造了I型烧嘴。为了4)烧嘴与气化炉炉口的匹配。由于炉口结从根本上解决问题, I型烧嘴的研发摒弃了原有构的限制及 水冷盘管冷却水腔进出口管的结构要的烧嘴冷却形式,而改为采用盘管冷却结构,以延求,取消火盆,烧嘴喷口内缩10mm,充分利用了长烧嘴的使用寿命。为了适应新烧嘴的水冷结气化炉的轴向长度,以达到提高有效气成分的目构,原有的烧嘴冷却水系统也进行了相应的技术的。改造。5)型烧嘴的材质选用。氧气与天然气流道同心环的材质为HAYNESS 188, 其他流道同心1亚 型烧嘴的技术方案环的材质为INCONEL600,冷却水腔及冷却水盘气化技术必须将气化烧嘴与气化炉作为一个管的材质为INCONEL 600,其余材质为0Cr18Ni10系统整体考虑,而不能分割开来单独考虑,且气化烧嘴技术应建立在与气化炉合理匹配的基础上。中国煤化工生，仅族,192年7哔气化烧嘴的技术核心是使其与气化炉所形成的流业于YHCNMHG集团宁波技术研究院高场、温度场合理匹配，应考虑并解决以下问题:天级工程师,从事煤化工、合成油、合成氨、甲醇制氢等化工工艺技然气气化烧嘴各物料流道的合理设置;气化烧嘴术的研发及工艺系统设计工作。联系电话: 0574-87974528; E-结构设计;气化烧嘴与气化炉炉膛尺寸(直径、高mail: zhangchh@ snec. com。148大氛配2009年第32卷不锈钢。已有烧嘴水冷夹套和II型烧嘴水冷盘管的操作条件比较见表1。2烧嘴冷却水系统的改造表1水冷夹套与水冷盘管的操作条件比较.2.1已有 烧嘴冷却水系统(Shell水冷夹套系统)操作条件I型、Il型烧嘴Il 型烧嘴简介压降/MPa0.3-0.4(夹 套压降)~ 3.0(盘管压降)兰化合成氨装置实施油改气工程后, I型、II流量/rh~'上水温度1305上水温度402操作温度/C型烧嘴均延续了渣油烧嘴的水冷夹套结构,因此回水温度~145回水温度~75烧嘴冷却水系统未做改造,还是采用了原有的高通过上述比较,可以看出I型烧嘴由于操作压闭式循环回路,其工作原理如下:条件和结构上的特点,造成烧嘴冷却水系统操作来自烧嘴冷却水缓冲罐140C , 6.7MPa(表条件与已有系统的操作条件发生了很大的变化，压,下同)的高温水,在烧嘴冷却水冷却器内冷却已有的烧嘴冷却水系统已不能满足I型烧嘴的操至130%后,通过烧嘴冷却水泵加压至7.0MPa,进作要求,必须加以改造方能适应新的操作条件。人2个并联的烧嘴冷却夹套冷却烧嘴头部,从冷2.3 I型烧嘴冷却水系统的改造方案却水夹套出来的水返回到烧嘴冷却水缓冲罐,以II型烧嘴的冷却水系统改造有两个方案可供此形成闭路循环。烧嘴冷却水缓冲罐的补充水采选择:利用现有的高压闭式循环系统进行改造;新用锅炉给水,烧嘴冷却水缓冲罐的压力由高压氮上一套低压开式循环系统。两套系统的技术特点维持。如下:2.2 M 型烧嘴对冷却水系统的要求1)高压闭式系统的特点。冷却水压力远高川I型烧嘴采用水冷盘管结构,烧嘴冷却水系于气化压力,冷却水在水夹套中气化的可能性降统的操作条件也相应发生变化,与原有夹套冷却低,减少了冷却水蒸发产生高压气泡对烧嘴冷却水系统相比,差异主要表现在下述两个方面:夹套的破坏;工艺气不会泄漏到冷却水侧而带到1)冷却通道的压力降大大增加。采用水冷气化炉外,但夹套损坏后,必须停炉,否则夹套漏盘管后,冷却水流经烧嘴冷却通道的长度比之夹出的冷却水会导致炉砖损坏,造成气化炉炉壁超套的冷却通道大大增加,而流道的截面积则大为温,威胁气化炉的安全运行;冷却水有流量、量差减少,带来的直接后果是冷却水通过盘管的压力指示、报警、联锁;冷却水工作压力高,对设备、管降大大增加。道、仪表的要求高;冷却水流量低时,备用泵自启2)操作温度的变化。采用夹套冷却结构,烧嘴冷却水的操作温度多维持在130C以上,这主2)低压开式系统的特点。冷却水系统为常要是从两个方面进行考虑:①采用夹套冷却烧嘴压，只有泵出口至烧嘴处为带压系统,其余为常压时,烧嘴的前端采用了火盆遮蔽结构,可以避免烧操作;如果盘管泄漏，高温工艺气体会从盘管的泄嘴直接受到气化炉内气流的热辐射,烧嘴的操作漏处进 人冷却水系统,因此冷却水收集槽上设置条件较为温和,烧嘴冷却水的温升也比较低,仅了气体检测仪,在线检测放空气组分,以判断盘管10C左右;②采用夹套冷却结构,烧嘴冷却的目的是否泄漏;冷却水有流量指示、报警、联锁;冷却水主要是将烧嘴头部的温度维持在合理的温度范围工作压力低,对设备、管道、仪表的要求相对低得内,温度过低时,与烧嘴在气化炉内的操作条件反多;冷却水压力低时,备用泵自启动;设置第二水差过大,反而容易造成烧嘴头部应力过大,撕裂烧源作为冷却水的备用系统。嘴头部。采用盘管冷却结构则完全不同,由于没从上述比较可以看出,两个系统的设置都是有火盆遮蔽,烧嘴完全暴露在气化炉内的热气流比较完备的,安全性都是有保障的。总体上看,闭中,受到的热辐射非常高,因此,要求烧嘴冷却水式系中国烤得花干没备管道仪表的的温度尽可能低,以降低烧嘴的表面温度。同时,要TH由于热辐射的强度比较高,烧嘴冷却水的温升也. CN M HG系统进行改造,由比较大,多在30~ 40C。考虑以上因素,盘管的于II型烧嘴压力降的升高,现有的烧嘴冷却水泵烧嘴冷却水多采用常温操作。已无法提供足够的扬程,必须予以更换;其次,由第3期章晨晖.气化炉烧嘴及烧嘴冷却水系统的改造149于烧嘴冷却水温升提高,与循环冷却水间温差接1)正常运行时,为保证冷却水系统的压力稳近,增加了烧嘴冷却水冷却器的热负荷和换热面定,烧嘴冷却水给水泵的出口设置了压力低报警、积，现有的烧嘴冷却水冷却器同样无法满足生产低低联锁,由DCS控制,当泵出口压力达到低低的需要,也必须更换;此外,由于烧嘴冷却水泵扬值时,备用泵自启动。程提高,造成烧嘴冷却水管路操作压力提高,原有2)2台烧嘴冷却水给水泵互为备用。的仪表、管道和阀门也必须予以更换。要完成上3)烧嘴冷却水回水管线上设置了流量低报述改造,需要投资近400万元。.警、低低联锁,低报警信号进人DCS,低低联锁进若新上一套开式循环系统,则需新增如下设人PLC,完成气化系统的安全停车。备:2台烧嘴冷却水泵.1台烧嘴冷却水冷却器、14)设置烧嘴冷却水高位槽以及第二水源台烧嘴冷却水贮罐、1台烧嘴冷却水高位槽,共计-脱盐水,以确保发生停车事故时,在备用泵启. 7台设备。由于采用了低压操作模式，系统的总动的间隔时间内,或装置跳车时,烧嘴的冷却继续投资比闭式系统要低得多,仅需200万元左右。有效。鉴于.上述原因，在综合考虑了技术可靠性和5)烧嘴冷却水贮罐的放空管线上设置可燃改造工程量等因素后,确定I型烧嘴的冷却采用气体检测报警仪和手动分析点,以监测盘管损坏低压开式循环冷却水方案。情况。2.4 H 型烧嘴冷却水系统的具体技术方案6)烧嘴冷却水贮罐的补充水一脱盐水管II型烧嘴的冷却水系统采用低压开式循环系线上设置了液位控制阀,以保证烧嘴冷却水贮罐统,工艺流程简述如下:来自烧嘴冷却水贮罐的的液位。40C、常压冷却水约24t/h,经过烧嘴冷却水给水7)烧嘴冷却水给水泵其中1台接应急电,以泵加压至4.0MPa后,分别送人A炉及B炉的烧确保发生停电事故时,烧嘴的冷却继续有效。嘴冷却水盘管冷却烧嘴,冷却烧嘴后离开盘管温升至75C的冷却水首先进人烧嘴冷却水冷却器,3结束语用循环冷却水冷却至409,之后送人烧嘴冷却水.兰化合成氨装置使用Il型烧嘴并配套进行了贮罐循环使用。II 型烧嘴冷却水采用脱盐水。烧嘴冷却水系统的改造后,天然气烧嘴的使用寿由于烧嘴冷却水的供水稳定性直接关系到烧命达到了100d以上,比I型烧嘴的最长操作寿命嘴的安全运行和使用寿命，因此烧嘴冷却水系统延长了30多天。II型烧嘴的使用及烧嘴冷却水必须采取严格的监控联锁等安全措施,以确保系系统的改造突破了气化装置的瓶颈，基本上解决统的稳定性和烧嘴的安全性。本工程采取了如下了合成氨装置长周期运行的问题,提高了合成氨措施:装置的开工率,达到了改造目的。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中国煤化工r system.Key words: gasifier , burmer, bumer cooling water1YHCNMHG