淺談水煤漿氣化爐燒嘴的改進(jìn)措施

孫嘉璐

【摘 要】對德士古水煤漿氣化爐工藝燒嘴的材質(zhì)、制作工藝和生產(chǎn)運(yùn)行的實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)研，簡述了水煤漿氣化工藝燒嘴的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作原理、影響燒嘴使用壽命的原因等，提出了燒嘴修復(fù)與工藝操作等方面對燒嘴進(jìn)行改進(jìn)的措施。

【關(guān)鍵詞】氣化爐；燒嘴結(jié)構(gòu)；燒嘴修復(fù)：改進(jìn)

引言：

水煤漿加壓氣化技術(shù)由于高效、潔凈，在我國備受關(guān)注并大量推廣。但工藝燒嘴的一次性連續(xù)使用壽命較短，影響了單臺氣化爐的連續(xù)運(yùn)行時(shí)間，制約了裝置的長周期運(yùn)行，并影響經(jīng)濟(jì)效益。本文對多原料漿氣化工藝燒嘴的結(jié)構(gòu)形式、工作原理、影響燒嘴使用的原因、燒嘴修復(fù)的改進(jìn)、技術(shù)改進(jìn)等問題進(jìn)行分析，提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施。

一、工藝燒嘴的結(jié)構(gòu)形式

目前普遍采用的氣化爐工藝燒嘴頭部結(jié)構(gòu)如圖所示。燒嘴的設(shè)計(jì)需要考慮的因素有以下。

（一）結(jié)構(gòu)形式

為同心三套管。燒嘴中心氧管的出口設(shè)計(jì)成縮口形式，目的是對中心氧進(jìn)行加速，同時(shí)其端面相對于燒嘴斷面基準(zhǔn)面有一定的縮入量，這樣形成一個(gè)水煤漿和中心氧的預(yù)混合腔，水煤漿的出口管路也設(shè)計(jì)成縮口形式，使進(jìn)入預(yù)混合腔的水煤漿具備一定的速度。在預(yù)混合腔內(nèi)，利用中心氧對水煤漿進(jìn)行稀釋和初加速，改善水煤漿的流變性能，其目的是為了保證水煤漿在離開燒嘴后的霧化效果。外氧管口的縮入量更大一些，目的是提供更高流速的氧氣，使通過預(yù)混腔的水煤漿混合物進(jìn)行良好的霧化，以便在氣化爐內(nèi)達(dá)到良好的氣化效果。

（二）流通通道

無論是中心氧、還是水煤漿及外氧的流通面積，均需要滿足各自介質(zhì)的流量要求。在供應(yīng)壓力允許的情況下，力爭達(dá)到良好的混合和霧化效果。但是，中心氧的比例有一定的限制，一般為總氧量的12%～16%，其余均作為外氧。中心氧量不能太小，不然達(dá)不到對煤漿的稀釋和加速作用。中心氧量也不能太大，一方面造成中心管出口處的磨損加重，降低燒嘴的連續(xù)使用壽命；另一方面，會(huì)使整個(gè)燒嘴出口的火焰變得細(xì)長，造成較大直徑的煤粉顆粒在氣化爐內(nèi)停留時(shí)間變短，爐渣中的含碳量增加，引起氣化效率降低，而且，會(huì)使火焰直沖爐底，影響爐底激冷環(huán)的工作。

（三）流速

中心氧的出口流速一般為100～120 m/s，煤漿出口流速一般為2～4 m/s，預(yù)混合腔出口平均流速一般為12～20 m/s，外氧的出口流速一般為160～200 m/s。

二、影響燒嘴使用壽命的主要因素探討

水煤漿氣化爐工藝燒嘴的損壞方式主要有種：冷卻水盤管損壞；中噴頭物理磨蝕；熱、化學(xué)、應(yīng)力使外噴頭受損。

（一）冷卻水盤管損壞

冷卻水盤管的作用是保護(hù)燒嘴（處于高溫工藝氣體的本體部分），冷卻水盤管的外部環(huán)境惡劣。損壞方式一般有以下幾種。

（1）冷卻水盤管和外噴頭焊接處熱應(yīng)力損壞。兩個(gè)零件之間的連接為角焊縫焊接，壁厚差別較大，使用材料也不同，又處于燒嘴的端部，在使用過程中，容易產(chǎn)生裂紋形式的損壞。

（2）冷卻水溫度的影響。如果冷卻水盤管內(nèi)的冷卻水溫度控制不當(dāng)，會(huì)造成盤管表面低溫腐蝕，一般將冷卻水溫度控制在170℃以上比較合適，但實(shí)際工藝設(shè)計(jì)中，冷卻水的工作溫度一般在50℃以下，這樣盤管表面就存在低溫腐蝕。

（3）燒嘴制作工藝的影響。冷卻水盤管在彎制過程中，要控制好加熱溫度和彎制速度，控制管材的變形量和減薄量，保證盤管成型后的整體強(qiáng)度和剛度。

（4）燒嘴在使用中的影響。在正常運(yùn)行過程中，由于工藝燒嘴端面處存在較強(qiáng)的氣體回流，工藝燒嘴與氣化爐內(nèi)壁之間的空隙處經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)積渣，這些積渣在燒嘴拔出時(shí)也會(huì)造成盤管的損壞，增加盤管的壁厚等級可以有效減輕這一損壞。

（二）中噴頭的物理磨蝕

物理磨損是水煤漿氣化爐工藝燒嘴的致命弱點(diǎn)，也是影響水煤漿氣化爐連續(xù)運(yùn)行和整個(gè)工藝連續(xù)運(yùn)行的主要因素之一。一般情況下，水煤漿氣化爐工藝燒嘴連續(xù)運(yùn)行40～90天（與使用的煤種、氣化爐壓力等有關(guān)），就需要停爐檢修和更換。為了使水煤漿中的煤粉在氣化爐中充分氣化，必須用一定量的氧氣對水煤漿進(jìn)行霧化，為了達(dá)到良好的霧化效果，氣體流速必須達(dá)到一定值。也就是說，預(yù)混合腔內(nèi)的混合物（水煤漿、氧氣）流速必須達(dá)到一定值。由于混合物中含有大量的煤粉固體顆粒，造成中噴頭內(nèi)腔磨損。

為了增加中噴頭內(nèi)腔的抗磨損能力，選用抗磨性能良好的材料是目前唯一可行的方法，當(dāng)然還要考慮抗氧化性能。普遍采用的材料是Inconel600和UMCo-50，但連續(xù)工作的時(shí)間也只有40～90天（與使用的煤種、氣化壓力等有關(guān)）。

（三）外噴頭端面出現(xiàn)徑向放射性裂紋及不規(guī)則龜裂

水煤漿氣化爐工藝燒嘴另外一種損壞形式，是外噴頭端面出現(xiàn)徑向放射性裂紋及不規(guī)則龜裂因素主要有以下幾個(gè)方面。

（1）熱沖擊影響。由于外噴頭的端面向著爐內(nèi)高溫工藝氣體，一般為1200～1400℃，金屬材料在這樣的高溫條件下長期工作，并受到高速煤漿、氧及回流的工藝氣體沖刷，冶煉和鍛造過程中的所有缺陷都會(huì)逐漸暴露出來，這樣就會(huì)形成不規(guī)則龜裂。

（2）化學(xué)影響。由于外噴頭處的氧氣濃度較高，金屬材料在高溫的氧化環(huán)境中，會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)。高溫情況下，金屬材料也會(huì)發(fā)生一定的滲碳，使金屬材料的成分和性能發(fā)生變化。另外，煤中的硫，也會(huì)使金屬表面發(fā)生高溫硫化腐蝕。

（3）應(yīng)力影響。徑向放射性裂紋的源頭是外噴頭的孔口，這是零件機(jī)械加工后的應(yīng)力集中部位，在高溫條件下，應(yīng)力釋放是形成放射性裂紋的根源，也是外噴頭損壞的最主要因素。

三、燒嘴修復(fù)的注意事項(xiàng)

更換下的工藝燒嘴需要進(jìn)行修復(fù)，工藝燒嘴的修復(fù)好壞決定著下一周期燒嘴使用的時(shí)間長短，因此工藝燒嘴的修復(fù)工作十分重要。

（一）修復(fù)焊料的選擇。選用耐磨性、耐熱沖擊性和抗S腐蝕性較好的材料，采用Inconel600、UM Co-50等材料。利用熱噴涂技術(shù)將特種耐熱、耐腐蝕的合金粉末噴涂到外噴頭的端面，可以起到良好的防熱、防腐作用，大大延長外噴頭的使用壽命。通過選擇特種合金粉末和改良熱噴涂工藝，能夠取得令人滿意的效果。

（二）修復(fù)方法。燒嘴內(nèi)管燒蝕后，應(yīng)進(jìn)行堆焊修復(fù)。由于內(nèi)管噴頭形狀不規(guī)則，管壁很薄且不均勻，直接在噴頭上堆焊效果不會(huì)太好且影響內(nèi)管內(nèi)壁原有質(zhì)量。焊后應(yīng)進(jìn)行緩冷或?qū)⒐ぜ⒓捶湃敫稍锖蜔岬纳跋浠虿莼抑芯徖洌员苊饬芽p。因此修復(fù)堆焊后，可選用石棉板或采取其他保溫措施緩冷防裂。

四、技術(shù)改進(jìn)建議

（1）盡量減少煤漿中的鐵屑、制出合格煤漿。在供煤處增加除鐵器，增加煤斗下料口的長度，使煤通過稱重給料機(jī)的厚度減小，埋在煤里的鐵屑更容易除去。及時(shí)除去除鐵器的鐵屑、經(jīng)常清理大小煤漿泵進(jìn)出口死角處的鐵屑及雜質(zhì)。

（2）燒嘴入爐至投料的時(shí)間應(yīng)盡可能的短，燒嘴冷卻水的量要完全控制好，不要出現(xiàn)斷水、水量少及水量大幅度波動(dòng)。尤其是在停爐時(shí)，軟硬管切換更要注意水量，燒嘴吊裝時(shí)要小心，不要磕碰燒嘴的頭部。

（3）燒嘴冷卻水盤管使用耐高溫防火材料進(jìn)行包果，避免盤管與高溫氣體的直接接觸，減少因?yàn)楸P管泄漏對燒嘴的損傷。

（4）提高操作人員的操作水平與責(zé)任心。

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