GE 水煤浆气化炉工艺烧嘴改造

第39卷第3期化工设计通讯2013年6月Chemical engineering design communications甲醇及下游产品GE水煤浆气化炉工艺烧嘴改造赵旭清,张清海,罗泽林(神华包头煤化工分公司,内蒙古包头014000)摘要:介绍GE水煤浆气化烧嘴自开车以来存在的问题,针对这些问题进行的改进,并比较了改进前后的情况关键词:水煤浆气化;烧嘴;改进;寿命中图分类号:TQ223.121文献标志码:B文章编号:1003-6490(2013)03-067-04Revamping of Ge CWS Gasifier BurnerZHAO Xu-ging, ZHANG Qing-hai, LUo Ze-lin[ Shenhua(Baotou)Charcoal Chemical Industry Co., Ltd . Baotou Inner Mongolia 014000 ChinaAbstract Describe problems of GE CWS gasifier burner since the unit operation. The operationcondition is compared after revamping for these problemsKey words C WS(coal water slurry)gasification; burner revamping; lifetime1存在的问题(4)工艺烧嘴环隙公差控制得大,正负0.38mm,加快了磨损速率。神华包头煤制烯烃项目是世界首套MTO制(5)工艺烧嘴入炉深度不合理,投料后经常烯烃项目,MTO中间产品由甲醇中心生产,甲醇造成气化炉拱顶温度高中心气化采用美国GE水煤浆加压气化技术,气(6)工艺烧嘴雾化角设计存在缺陷,造成局化炉采用5十2的模式,5开2备,压力6.5MPa,部炉砖严重烧蚀,且灰渣的残碳百分比高。日投煤量1500t。气化炉的关键部位就是工艺烧(7)工艺烧嘴的外盘管与外喷头焊接处经常嘴,由美国GE公司设计。在试车运行过程中,产生裂纹,也是烧嘴使用寿命短的一个重要原烧嘴的使用寿命就很短,无法保证气化炉的长周因,而且存在很大的安全风险期稳定运行,给后序的生产带来了不稳定因素(8)工艺烧嘴头部形状设计不合理,容易造也给安全生产带来了隐患成端面开裂甲醇中心7台气化炉工艺烧嘴自2010年月开始运行,在运行过程中遇到的问题主要表现2攻关效果在以下几方面工艺烧嘴从2010年投料试车以来,通过两(1)工艺烧嘴使用周期短,平均时间不到30d。年多的细心观察,琢磨总结岀以上八种缺陷。针(2)工艺烧嘴煤浆中喷头材料不合理,易被对以上冋题公司于2012年3月5日成立工艺烧煤浆磨损,造成气化炉与烧嘴压差波动,给操作嘴攻关小绀、并结合国内有知名度的烧嘴制造厂带来了难度,降低了合成气有效气体的成分中国煤化工天十一所、石家庄国(3)工艺烧嘴外喷头龟裂现象严重,烧蚀特雄CNMHG论,有针对性地进行技别严重,存在安全风险术改造,一个个攻破。从2012年的2月份到9收稿日期:2012-12-17作者简介:赵旭清(1973-),男,内蒙古包头人,高级主管化工设计通讯第39卷月份烧嘴的平均使用寿命不到5σ0h(表1),从明我们攻关取得了阶段性成果,也说明了我们攻10月份到年底又一次统计,已经超过了900h关方向是正确的,思路是清晰的,为下一步攻关(表2),而且都不是因为烧嘴原因更换下来,说取得更好的成绩奠定了基础。表1改造前气化炉烧嘴使用记录开始时间结束时间烧嘴寿命/h停用原因2011-12-182012-01-15657烧嘴冷却水流量差波动,流量差髙高跳车,盘管与夹套焊缝漏2012-08-142012-08-26X701(GE2)288烧嘴冷却水流量差波动,盘管与夹套焊缝漏.停车更换烧嘴201208-262012-10-02X101-06889烧嘴冷却水流量差波动,盘管与夹套焊缝漏,停车更换烧嘴2012-06-042012-06-21X101-08烧嘴冷却水流量差波动,CO报警,进口盘管焊缝漏,停车更换烧嘴2012.08-01201208-13X10104289烧嘴冷却水流量差波动,CO报警,盘管焊缝漏,停车更换烧嘴2012-08-132012-08-27X1o1(GE7)329烧嘴冷却水流量差波动,CO报警,盘管焊缝漏,停车更换烧嘴2012-05-112012-06-06122X101-01617烧嘴冷却水流量差波动,停车更换烧嘴2012-07-25122X101-03烧嘴冷却水流量差波动,烧嘴夹套焊缝岀现橫向裂纹,停车更换烧嘴201204-192012-05-02122X101314烧嘴冷却水CO高,盘管漏,手动停车更换烧嘴2012-05-022012-05-18X501(GE3)烧嘴冷却水CO报警,手动停车,更换烧嘴201205-182012-06-04122X701烧嘴冷却水CO报警,烧嘴夹套焊缝半圆横向开裂,停车更换烧嘴2012-06-042012-06-28X601(GE5)烧嘴冷却水CO报警,烧嘴夹套进水焊缝漏,停车更换烧嘴2011-08-192011-0908X101(GE7烧嘴冷却水流差高,气化炉跳车,更换烧嘴平均值173表22012年11~12月气化炉烧嘴使用记录(改造后)始时间结束时间寿命/h停用原因2012-10-292012-12-15X1010511312012-11-062012-12-15X201(GE4)9382012-11-162012-12-15X101082012-10-292012-1204X101-01处理中心氧阀,一起更换平均值9123对各问题的处理改进情况车,甚至有可能发生爆炸。攻关后微裂纹只有13mm,这一难题由陕西鑫立攻破,鑫立采用下面用图片的形式就改造前后进行对比国际上最为先进的材料,改变材料的性能.而且问题1上面的两个表格已经能够充分说明能够重复利用一次,虽然材料进口,成本高,但在使用周期上有了大的飞跃。能够重复利用一次,也就降低了制造成本。问题2攻关前煤浆中喷头磨损特别厉害问题4外环氧的气流通道环隙是烧嘴最为容易造成气化炉与烧嘴的压差波动,给操作带来关键的尺寸,GE公司图纸给定的尺寸公差为正困难,攻关后一个周期下来磨损量只有0.3mm负0.38mm,其一,对烧嘴的压差有着一定的影左右,航天十一所采用国际最先进的金属陶瓷衬响,其二,影响煤浆在头部的流速,影响雾化的套,耐磨效果特别好,而陕西鑫立采用堆焊耐磨角度。改造后严格了公称,控制在0.10mm范合金加热处理工艺也能够保证其使用效果。金属围之内,效果很明显陶瓷没有修复价值而陕西鑫立采用堆焊技术使材5。丁艺烧喘人炉深度不合理,造成投料有重复利用的价值,节约成本。可以重复堆焊料中国煤化工炉壁经常出现超温现到两次,能保证其使用效果,并且在实践中已东CNMHG运行受到了影响,攻经得到了证明关后调整入炉深度与雾化角,再没有出现超温的问题3攻关前外喷头龟裂特别严重,直径现象方向上有10~20mm不等的放射性裂纹,而且问题6工艺烧嘴雾化角是一台烧嘴的核心有时会导致端面灾难性的裂纹,造成气化炉跳设计,影响到水煤浆在气化炉内的燃烧,角度过第3期赵旭清等:GE水煤浆气化炉工艺烧嘴改造小直接会导致锥底砖的快速损坏,角度过大会导不充分,导致灰渣的残碳量高。攻关前有时能够致局部筒体砖的损害。角度太小,水煤浆中的颗达到30%左右,攻关后通过合理调整角度,灰渣粒在氧气喷射作用、重力加速度的驱使下会燃烧的含碳量只有18~20%,节约了大量的资源攻关后攻关前图1中喷头磨损示意攻关前攻关后图2外喷头龟裂示意问题7工艺烧嘴的外盘管与外喷头焊接处直角面焊接,减少了焊接难度和应力点,同时在经常产生裂纹,也是烧嘴使用寿命短的一个重要焊缝外侧再増加_层盘管进行保护,二者间填充原因,而且存在很大的安全风险。气化炉工艺烧耐火毡,这样双层保护材料直接减少了焊缝在高嘴盘管开裂的主要原因有以下。①盘管材质为温气体下的侵蚀,不再产生裂纹,延长了烧嘴使Inconel600,夹套材质为UMCo50,焊接两种材用寿命。并且要求制造厂家在每次检修时一定要料的焊丝选用的Co50焊丝。盘管在维修过程更换头部的圆弧弯管,避免多次焊接后材料发生中,一般不更换,焊接处多次的切割焊接,易造变化,产生裂纹成材料金相及焊接性能发生变化。②无论是问题8工艺烧嘴头部形状设计不合理,容体式夹套,还是普通夹套,盘管和夹套头部焊接易造成端面开裂,增加气化炉运行的安全风险时,存在一定的弧度和角度,且为角焊缝焊接形头部腔体流道是Ⅴ形结构,尖端处长时间在气式,焊接强度远低于对接焊缝,形成了薄弱点。化中国煤化工生能会失效,导致裂纹③焊接后的部件,中心有一定的偏离,未严格的CNMHG气化炉内大量的高温对中,在焊缝处形成了较大的应力,在恶劣的工高压水煤气进人烧嘴冷却水盘管,把管烧红,产况下极易造成损坏。生爆炸。我们将头部由圆柱状流道改为环形平面针对以上三点,我们进行了改造:将原有的流道,达到了很好的冷却效果,攻关后烧嘴出入夹套边缘圆弧改为直角(详见图2),盘管直接与口温差也有明显的变化。化工设计通讯第39卷攻关前图3外盘管与外喷头连接示意攻关前攻关后的外形图4工艺烧嘴头部示意4总结60d;(2)敢于应用新型材料;煤气化工艺烧嘴的改造是当前国内外研究的(3)与制造厂家密切配合,联合攻关;共同课题,都希望烧嘴能够长周期稳定使用,尽量(4)敢于突破思路,打破进口尺寸公差的束少给生产带来负面影响,降低因更换工艺烧嘴带缚,密切与生产工艺配合,在各尺寸上循序渐进来的安全风险、生产波动,增加煤气化炉向火面砖改进,取得了良好的效果的使用寿命。因频繁更换烧嘴,炉温的多次提升,(5)在线分析烧嘴的使用状态,反映给制造向火面砖的微小剥落,会使炉砖的使用寿命下降。厂家,不断调整;特别是我们煤制烯烃项目是世界首例,煤气化装(6)对于烧嘴头部外形进行总结,圆形柱状置的规模也是世界仅有的一套,单炉能力在压力结构更为合理6.5MPa下日投煤量1500t,也是国内最大的,没有可借鉴的。试车期间GE工艺包给我们带来的在全体攻关小组共同努力下,我们大胆创进口烧嘴应用也不理想,而且价格是国内的2~3新,进行了以下尝试倍,在国内没有指定的维修地方。公司大胆革新,(1)工艺烧嘴头部的形状打破了进口的束委托北京航天十一所制造了10台8吋的三流道缚内混式工艺烧嘴,使得煤制烯烃煤气化烧嘴迈出了国产化的第一步,与我们神华包头煤化工分公TYHG烧嘴的盘管与外喷头焊接保护上采中国煤化工帛,避免焊缝热应力作司同期上的小项目也有几家,如600kta甲醇的新CNMHG能能源有限公司、榆林兖矿煤气化厂,1000kt/a甲(3)工艺烧嘴的煤浆中喷头采用金属陶瓷衬醇的久泰能源公司,通过对比交流,我们的烧嘴攻里或者堆焊耐磨合金加热处理工艺关力度还是很大的,突出表现在以下几点(4)各法兰密封面堆焊合金材料,避免了因(1)工艺烧嘴使用周期长,攻关后能够达到烧嘴多次更换对密封面的损伤。