创新气化炉工艺烧嘴技术小结

22氨肥技术2010年第31卷第6期创新气化炉工艺烧嘴技术小结尹润生李兵科(陕西渭河煤化工集团有限责任公司渭南714000 北京航天动力研究所100076)摘要简要介绍水煤浆加压气化装置在我国虽然得到越来越广~泛地应用,但尚有很大的节能潜力可挖。并探讨了水煤浆加压气化装置的节能途径,结合该公司气化装置的特点,确定了改进I艺烧嘴的节能降耗方案,并分析了可预期的经济效益。关键词水煤浆气化烧嘴节能1引言现阶段，水煤浆加压气化炉的气化压力有随着世界石油、天然气能源的日益枯竭,尤4.0MMa.6.5MPa和8.5MPa,其配套工艺烧嘴的连其对于我国少油贫气多煤的能源格局，新型煤化续运行寿命一般在45 ~ 60天左右。水煤浆加压工产业在我国得到了蓬勃发展,煤气化是新型煤气化装置连续运行周期相对较短成了节能降耗化工发展的重要单元技术,而水煤浆气化工艺是的主要“瓶颈"。新型煤化工的主流工艺之- -。国内大型先进煤气水煤浆加压气化装置实现长周期运行对企化技术与国外相比虽还有-一定差距,但近年来加业有着特别的意义,不但能避免因停炉或倒炉期快了开发速度。“十五"期间,分别对具有自主知间影响的产量和原料及能源消耗,而且能大大降识产权的多喷嘴水煤浆气化、干煤粉气流床气化低水煤浆气化炉生产线运行和维护费用,给企业技术进行了工业示范开发和放大研究。目前煤制带来可观的经济效益。油项目,煤制甲醇、合成氨、二甲醚等项目在我国从国外和国内工业化装置上看,在系统设已蓬勃开展。计.工艺运行、设备等方面还存在不少问题,影响自从美国德士古公司在重油气化工艺的基着装置长周期安全稳定满负荷运行。础上开发出水煤浆加压气化工艺技术以来,因该(1)气化工艺系统设计技术具有煤种适应性广、碳转化率高、气体质量水煤浆加压气化装置用水煤浆和纯氧作为好、生产连续性强、可高压运行、单炉生产能力原料进行加压燃烧实现气化,工艺系统设计对水大、可实现远程计算机控制和最优化操作、相对煤浆和纯氧的配比、压力、流量、温度都有具体的节能环保等优点,在许多煤藏量大国(尤其是我要求,同时对气化系统各组成设备有着严格的技国)得到了广泛应用。国产化的华东理工大学四术要求。企业-般要严格按照气化工艺系统设计对冲气化工艺、西北化工研究院多元料浆气化工要求,应用符合要求的设备和原料来实现气化生艺达力科非熔渣-熔渣分级气化工艺也在国内产的稳定运行。煤化工行业占有了一席之地。水煤浆气化工艺系统复杂,由于考虑水煤浆随着水煤浆加，压气化工艺技术在国内应用气化炉生产线安全运行的重要性, - -般不通过改的日益成熟,生产和节能环保方面对该技术的要动气化工艺配置来实现节能降耗。但随着壳牌、求也越来越高,在国产化的基础上,突破该技术CSP等干煤粉气化工艺系统运行的8渐增多,水现有的一些问题和发展“瓶颈”,探索水煤浆加压煤浆加压气化工艺系统改进可以借鉴干煤粉气化气化装置的节能途径,将是非常有意义的。工艺系统的许多优点,从而实现系统节能降耗。陕西渭河煤化工集团有限责任公司于1996(2)气化系统工艺运行年引进水煤浆加压气化装置，采用气化压力水煤浆加压气化系统对煤种、水、氧气的要6.5MPa、直径2.8m的气化炉4台。其主要特点是.求具中国煤化工作人员的操作气化压力高、气化产品产量大。水平1HCNM H G.2水煤浆加压气化装置 节能途径的分析在儿弓地红o仕时朋正r ,对于工艺系统第6期尹润生等:创新气化炉工艺烧嘴技术小结23运行,选用性能更佳的煤种、水、氧气,提升工艺年与北京航天石化技术装备工程公司就开始了操作人员的操作水平，制定优化的停炉倒炉周工艺烧嘴方面的合作,已经共同研制开发了十余期,实现气化参数的优化运行,也是节能降耗的台工艺烧嘴。-条途径。由北京航天石化技术装置工程公司研发的(3)气化装置设备新型工艺烧嘴,首先实现单台气化炉每次运行周设备的技术水平是保证系统性能的关键,也、 期达到70~85天，逐步实现每次运行周期达到是提升系统性能最切实可行的途径。水煤浆加压90天以上。气化装置由数量庞大的设备组成,根据气化装置4创新型工艺烧嘴的特点,可以分析出水煤浆加压气化装置的主要水煤浆气化工艺烧嘴为三流道式内外混合关键设备。通过对这些主要设备进行改进,可以雾化形式,外流道和内流道输送高压氧气,中流较容易、较快提升气化装置的可靠性来实现节能道输送高压水煤浆,二次氧气(中心氧)与煤浆半降耗。预混后,再与一次氧气(外环氧)外混合进行雾化影响水煤浆加压气化装置长周期运行的设备燃烧气化,工艺烧嘴头部示意图见图1。方面的主要因素除工艺烧嘴运行周期短外,还包括:合成气带水带灰现象、耐火砖寿命短(约- -年左右)热电偶使用寿命短、激冷环结垢、系统堵塞水煤聚等问题。这些问题可分别通过采用混合器、旋风分离器、水洗塔三单元组合;使用新型材料制作耐火二次氧气一一十砖;钼保护管热电偶与砖后热电偶结合使用;改w变激冷环结构;对灰熔点和成浆性能等不同的煤水煤浆种进行混合配制,选择最优化的配煤组合等措施得到有效地解决。气化炉工艺烧嘴的使用寿命相一次氧气对较短,成为水煤浆加压气化生产线长周期运行的“瓶颈”,也是现阶段业界的-一个技术难题。围1工艺烧嘴头部示意圉工艺烧嘴的性能直接影响气化产品的品质，工艺烧嘴通常工作在高温高压的苛刻条件加压气化装置的大部分技术经济指标都与工艺下,在1200公以上的高温炉膛内,烧嘴承受炉内喷嘴有关。工艺饶嘴的一次性连续使用寿命较火焰的热辐射和含固体颗粒的水煤浆的冲刷，热短,直接决定了加压气化炉的停1倒周期较短,影腐蚀和物料磨损是影响工艺烧嘴性能的主要原响了产量,增加了维护和运行费用,也消耗了大因。正常情况下,工艺烧嘴~般使用40~ 60天需量的能源。要维修。工艺烧嘴损坏- -般是烧嘴外嘴和中嘴受3水煤浆加压气化装置 节能途径的选择损:外嘴表面材料发生龟裂、磨蚀受损,中嘴头部陕西渭河煤化工集团有限责任公司从1996材料受煤浆冲蚀变薄(不足1mm),见图2。围2某工艺烧嘴头使用一 -个中国煤化工气化炉工艺烧嘴的损坏形式主要是:YHCNMHGo(1)外烧嘴外表面的高温火焰烧蚀;提高外喷嘴迎火端面耐高温性能、提高中喷_24氮肥技术2010年第31卷嘴内表面耐磨性能，可以有效地减少这两种损热障材料坏,就可以提高工艺烧嘴的整体运行寿命,从而达到水煤浆加压气化装置的节能降耗。水煤浆一气化炉工艺烧嘴头部通常使用的是高温钴基合金(UMCo50或HAYNES188),但是由于其工中心氧气→耐磨材料 ]作环境的极度恶劣,使得烧嘴的使用寿命依然很短。为此，我们利用航天器上采用的特有热喷涂水煤浆-技术,研制了相应的系列热喷涂材料,以期使工艺烧嘴整体具有更好的耐磨耐蚀性能。(1)改进外喷嘴耐热性能对外烧嘴进行喷涂处理，在其接触火焰的外图3创新型工艺烧嘴示意圉表面喷涂- -层约2mm厚的HT1101航天热障材使得煤浆的流动更加顺畅,减小了对中烧嘴的冲料，从而有效地减少火焰烧蚀对外烧嘴带来的损坏。蚀;另--方面在保证煤浆雾化要求的同时,降低(2)改进中喷嘴耐磨性能火焰的扰流强度,以保护外烧嘴。并在气化压力对中烧嘴内表面应用热喷涂约3mm厚的6.5MPa,直径2.8m的气化炉上做了实际运行试HT1302航天耐磨材料,有更优良的耐冲蚀性能，验,得出的结论是:经过同样的运行周期,创新工大大降低中烧嘴的磨损速率,提高工艺烧嘴使用艺烧嘴外喷嘴端面裂纹明显减少,中喷嘴磨损速寿命。率大大降低(第一次使用45天后中喷嘴前部内改进后的工艺烧嘴结构示意图见图3。径磨损<2mm,经改进热喷涂材料和工艺,第二次工艺烧嘴的内部结构不仅影响煤浆和氧气使用45天后中喷嘴前部内径磨损< < lmm)。的流量及流速,更影响煤浆、氧气以及火焰的流创新工 艺烧嘴与原工艺烧嘴使用后同周期场。煤浆流场会影响煤浆对中烧嘴的冲蚀强度,的外喷嘴端面比较图见图4、中喷嘴磨损速率比而氧气流场则会影响雾化效果,从而影响火焰形较见图5。状。我们对烧嘴结构进行了调整优化后,- -方面根据三台创新工艺烧嘴前后使用效果对比，围4工艺烧嘴外喷嘴端面比较图磨损速窜轻,2*材料经过改进喷涂工艺后磨损率最低、耐( mm/d)磨性能最好。0.050.04I°材料渭化创新工艺烧嘴最后一次试验实现连续0.03+-2* 材料运行55天，检查结果证明工艺烧嘴创新工作行0.02◆3*材料之有效，对延长工艺烧嘴连续使用有实际效果,0.01达到延长气化炉连续运行周期的目的。改造前第-次试验第二次试验第三次试验5创新型工艺烧嘴经济效益分析围5工艺烧嘴中喷嘴磨 损速率比较囝中国煤化工,制约了水煤新研发的三种材料耐损性能均大幅度提高,使用浆气IHCNMHG用炉来进行倒后工艺烧嘴外喷嘴、中喷嘴损坏现象都比原来炉保证土厂比坡比,呼以丈伏死哺i下转第38页)38氦肥技术2010年第31卷(3)以二氧化碳原料为羧化剂制取系列化有展低碳经济的策略。若2020年能通过二氧化碳机产品;绿色化利用将360 x 10t二氧化碳转化为1 300(4)CO2甲烷化;多万吨精细化工产品和功能新材料，每年可增(5)天然气和二二氧化碳转化成- -氧化碳和氢;加2 000~3 000万元的产值。(6)用二氧化碳生产双氰胺;我们坚信,“十七大”提出的“建设资源节约(7 )用二氧化碳生产碳酸丙烯酯;型、环境友好型社会,实现速度和结构质量效益(8)由二氧化碳1甲烷制取二甲醚(DME);相统一、经济发展与人口资源环境相协调,使人(9)用二氧化碳生产碳酸乙二醇酯;民在良好生态环境中生产生活,实现经济社会永(10)用二氧化碳合成乙烯。续发展”的目标- -定能实现。.以上是部分例子,正在开发的还有很多，以二氧化碳为原料发展有机产品前最十分广阔。参考文献4结语1第十届中国科协年会第 18分会《论文集》.2008.09.19在2008年9月19日结束的第十届中国科2《中国应对气候变化国家方案).2007.06.04.协年会二氧化碳减排和绿色化利用与发展研讨3《中国应对气候变化的政策与行动2.2008.11.06会上,专家表示,二氧化碳绿色化利用不仅是履4《我国发展低碳经济须破两重关》.中国化工报.2008.11.27行《联合国气候变化框架公约》和《京都议定书》(收稿日期:2010-10-28)的最佳途径，也是缓解石油资源逐渐匮乏和发(上接第24页)都需要停炉(或倒炉),每次停炉倒炉表1气化炉创新型烧嘴年 运行节约费用表由于减负荷消耗燃料等,平均损失高达百万元。原常规工艺烧嘴创新工艺烧嘴年节省运行(3开1以渭河煤化工集团有限责任公司水煤浆加停炉倒炉年均停炉倒停炉倒炉年均停炉倒备)费用，压气化系统为例，气化装置4台气化炉3开1备,周期,月炉次数,次周期,月炉次数,次 万元单台气化炉按以往平均每次运行周期40天计算。.52(3)5(3)600(1 200)以每台气化炉每次停炉倒炉平均费用100万元计常规工艺烧嘴每次维修(不更换喷头等易损算,采用创新型工艺烧嘴的经济效益分析如下。件,下同)费用2万元左右,以每台气化炉年停炉(1)气化炉年运行费用大幅度降低次数为7次计算,单台烧嘴维修花费14万元。采用创新型工艺烧嘴后,若实现单台气化炉创新型工艺烧嘴使用2(3)个月后每次维修每次运行周期达到70(90)天,停炉倒炉周期可由费用2.5(3.5)万元左右,以每台气化炉年停炉次1.5个月左右延长到2(3)个月以上,气化炉年运数为5 (3)次计算，单台炉烧嘴维修花费12.5行节约费用见表1。(10.5)万元。气化炉3开1备,每年可节省烧嘴维(2)气化炉烧嘴检修费用降低修费用见表2。表2气化炉创新型烧嘴年节约维修费用表原常规工艺烧喘年节省烧停炉倒炉年均停炉倒单炉烧嘴维停炉倒炉 年均停炉倒单炉烧嘴维嘴维修费用，万元周期,月炉次数,次修费用,万元_周期,月 炉次数,次修费用,万元1412.5(10.5)4.5(10.5)6结束语随着创新工艺烧嘴技术的日趋成熟,在水煤浆加压气化装置上的日益广泛使用,必将突破气1 刘孝弟,王岳,李兵科.水煤浆气化炉工艺烧嘴有关问化装置长周期运行的“瓶颈" ,带动水煤浆加压气题的探讨《化肥T业) 2nn0(21中国煤化工装置的一-些思考.化装置多种节能途径的实现,给企业带来显著的YHCNMHG经济效益。(收稿日期:2010 -10-28)