提高氣化爐燒嘴使用壽命的實踐

敖曉輝

（中海石油華鶴煤化有限公司，黑龍江鶴崗 154100）

0 引言

煤氣化爐是工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備，總體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，氣化燒嘴是其重要構(gòu)成。但因為氣化燒嘴處于特殊的生產(chǎn)環(huán)境下，高溫、高壓等極端環(huán)境條件都使其使用面臨較大的考驗，如外氧噴頭龜裂、煤漿環(huán)隙過大等都是出現(xiàn)頻次較高的問題。因此，為發(fā)揮其在生產(chǎn)領(lǐng)域的作用，專業(yè)人員應(yīng)結(jié)合其使用壽命的影響因素，正確操作設(shè)備并做好相應(yīng)的操作管理和參數(shù)控制。

1 工藝燒嘴壽命周期的確定

四噴嘴氣化爐（工藝）燒嘴是生產(chǎn)領(lǐng)域的重要設(shè)備，在使用過程中一般是將一組燒嘴的前期使用壽命周期平均值作為計劃檢修的參考周期，但因為生產(chǎn)工況有多種，且每種工況都有各自的特殊性，這導(dǎo)致工藝燒嘴的壽命周期有長有短[1]。燒嘴是否失效有多種判定依據(jù)，當(dāng)燒嘴使用時出現(xiàn)了外氧噴頭冷卻水水室嚴(yán)重龜裂、煤漿噴頭出口磨損、孔壁沿軸向存在裂縫、中心氧噴頭出口內(nèi)孔磨損并存在斷層腐蝕等情況時，需要立即更換燒嘴，否則將影響整個生產(chǎn)流程。

2 影響因素分析

2.1 原料煤成分對燒嘴壽命的影響

影響氣化爐燒嘴使用壽命的因素有很多，原料煤成分僅僅是其中的一個。在水煤漿氣化過程中，原料煤首先應(yīng)經(jīng)由特定工序制備成相應(yīng)的煤漿，為提升煤漿性能，所選用原料煤的成漿性應(yīng)符合要求。此外，原料煤選用時，灰分、灰熔點等均應(yīng)該與氣化爐的結(jié)構(gòu)、性能等要求完全一致，以使整個生產(chǎn)更加經(jīng)濟(jì)。水煤漿氣化過程中對于溫度、原料煤灰分有著嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，灰熔點溫度在1200℃以下、原料煤灰分在11%～14%時生產(chǎn)效果最佳。在原料煤配比相對穩(wěn)定的條件下開展調(diào)查和分析，發(fā)現(xiàn)低灰分煤生產(chǎn)時燒嘴的使用壽命相對長一些，并且原料煤灰分經(jīng)由對燒嘴腐蝕情況的影響而最終影響其使用壽命。但在使用高灰分煤的情況下，燒嘴內(nèi)氧噴嘴、煤漿噴嘴前部將會在較短的時間內(nèi)快速變薄，加劇煤漿噴頭處的燒蝕現(xiàn)象，極易引起噴頭內(nèi)側(cè)肩部的縱向裂紋產(chǎn)生；外氧噴嘴端面同樣存在著一定的燒蝕，而此現(xiàn)象隨著大密度反射性裂紋的生成。如果使用的是低灰分煤，燒嘴噴頭處的磨損并未發(fā)生明顯的變化，但此種情況下的燒蝕程度并不明顯[2]。

2.2 燒嘴設(shè)計及質(zhì)量問題

燒嘴設(shè)計、質(zhì)量方面的問題同樣會影響氣化爐燒嘴的使用壽命。如果燒嘴存在結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理、使用劣質(zhì)材料等問題，不僅在生產(chǎn)過程中將會出現(xiàn)各種問題，燒嘴的使用壽命也難以達(dá)到預(yù)期的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 惡劣的工作環(huán)境

氣化爐燒嘴的工作條件極端惡劣，高強(qiáng)度、長時間工作勢必會加劇其的腐蝕、磨損等問題。燒嘴通常處于1350～1450℃、8.5 MPa的高溫、高壓條件下，增大了其磨損、外氧噴頭龜裂等問題的概率，難以在設(shè)計壽命內(nèi)保持最佳的使用性能。

3 提高氣化燒嘴使用壽命的措施

3.1 燒嘴頭部結(jié)構(gòu)改進(jìn)

在完成相應(yīng)的生產(chǎn)作業(yè)時，燒嘴頭部直接與物料相接觸，因為處于極端苛刻的高溫、高速氣流等生產(chǎn)條件下，極易導(dǎo)致燒嘴頭部出現(xiàn)問題（圖1）。為避免燒嘴頭部異常影響使用壽命，應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)特點做好燒嘴頭部的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，例如在燒嘴頭部設(shè)置對應(yīng)的保護(hù)套，在燒嘴室形成一定的封閉空間、阻礙煤灰渣進(jìn)入。保護(hù)燒嘴頭部，不僅可以減弱對燒嘴的腐蝕和沖刷、使拆裝更為便捷，還可以使其在設(shè)計壽命內(nèi)保持最佳的工作狀態(tài)。氧化鋁空心球澆筑材料的強(qiáng)度合適、導(dǎo)熱系數(shù)小、隔熱效果好，即使處于高溫等惡劣條件下依舊可以保持良好的性能，因此將其包裹在燒嘴頭部可以實現(xiàn)保護(hù)的目的。

圖1 燒嘴頭部示意

3.2 確保煤炭質(zhì)量

原煤質(zhì)量對氣化爐燒嘴使用壽命也有一定影響，為避免原煤質(zhì)量不達(dá)標(biāo)導(dǎo)致燒嘴使用壽命縮短的問題，在生產(chǎn)過程中相關(guān)人員應(yīng)加強(qiáng)對煤炭質(zhì)量的控制，將煤炭中多余的鐵絲、鐵塊、石塊等雜物及時清除干凈[3]。

3.3 工藝燒嘴結(jié)構(gòu)間隙尺寸

燒嘴的結(jié)構(gòu)相對特殊，這使得間隙尺寸成為需要關(guān)注的一個重要參數(shù)，間隙過大或過小均不利于燒嘴的正常使用?；跓斓慕Y(jié)構(gòu)特征，在高速的氧氣條件下，煤漿可以實現(xiàn)霧化，但環(huán)隙內(nèi)氧氣流速最好保持在110～120 m/h。為保持燒嘴的最佳使用性能，應(yīng)以系統(tǒng)負(fù)荷作為設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，科學(xué)控制燒嘴的三通道間隙并做好相應(yīng)的優(yōu)化工作，通過科學(xué)調(diào)整噴嘴氣流速度來達(dá)到最佳的霧化處理效果。以某工藝燒嘴的使用為例，該燒嘴在使用初期就存在龜裂問題，在運行40多天以后，龜裂問題愈發(fā)嚴(yán)重，燒嘴內(nèi)氧氣交際流速非常小，在對這一參數(shù)實施相應(yīng)的調(diào)整以后，燒嘴的運行狀態(tài)明顯改善。因此，間隙尺寸是影響工藝燒嘴的最重要因素，在對其進(jìn)行調(diào)整時應(yīng)綜合考慮多方面的因素，使其保持在合理區(qū)間。

3.4 負(fù)荷及工況的穩(wěn)定性

衡量燒嘴性能的指標(biāo)有很多，其中負(fù)荷彈性大小極為重要。在使用過程中，隨著操作負(fù)荷的變化，燒嘴的霧化性能也隨之變化。每個燒嘴都有對應(yīng)的使用負(fù)荷范圍，在運行時一旦這些參數(shù)超出正常標(biāo)準(zhǔn)，燒嘴將難以保持其正常使用，使用壽命將大大縮短。因此，為延長燒嘴使用壽命，在生產(chǎn)過程中應(yīng)盡量保持負(fù)荷與工況穩(wěn)定，結(jié)合實際的生產(chǎn)條件要素，將負(fù)荷、工況的相關(guān)參數(shù)控制在正常標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)[4]。

3.5 優(yōu)化操作與管理

生產(chǎn)作業(yè)過程中的操作是否規(guī)范、管理是否到位，同樣會影響到氣化爐燒嘴的使用壽命，因此應(yīng)不斷優(yōu)化操作和管理，具體可以從以下5個方面來進(jìn)行。

（1）操作過程中盡量減少開車和停車次數(shù)，使?fàn)t況保持相對穩(wěn)定，正常運行情況下最好不要停車，停爐以后需要做好相應(yīng)的保溫處理，使投料時的爐膛溫度保持在正常范圍內(nèi)，投料過程中盡量避免溫度的極端波動。

（2）加強(qiáng)對氣化爐負(fù)荷的調(diào)整和控制，一般以設(shè)計負(fù)荷的80%～100%為宜，盡量避免燒嘴在過低或過高的工況下長時間運轉(zhuǎn)，如果出現(xiàn)超負(fù)荷運行的情況，應(yīng)進(jìn)行燒嘴裝配尺寸的必要優(yōu)化[5]。

（3）燒嘴運行過程中，有關(guān)人員要密切關(guān)注煤漿通道的壓差。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，當(dāng)煤漿壓差異常升高時，煤漿通道內(nèi)可能會出現(xiàn)一定的雜物，但當(dāng)其壓差偏低時可能伴隨煤漿環(huán)隙的嚴(yán)重磨損。因此，應(yīng)將壓差控制在正常范圍內(nèi)。

（4）適當(dāng)提高燒嘴噴頭的自冷卻能力，原先燒水冷卻水盤管在噴頭水室的位置保持著側(cè)進(jìn)側(cè)出的方式，為提升燒嘴噴頭的自冷卻效果，應(yīng)用下進(jìn)上出的方式來取代側(cè)進(jìn)側(cè)出的方式，在噴嘴修復(fù)時進(jìn)行頭部水室尺寸的科學(xué)調(diào)整，使得在內(nèi)外側(cè)厚度與端蓋厚度基本相同的情況下，外氧噴頭冷卻水水室的冷卻水流速超過冷卻盤管內(nèi)的水流速度。

（5）燒嘴運行時應(yīng)保持溫度的均勻性，避免出現(xiàn)局部溫度異常偏高的情況，當(dāng)保持燒嘴冷卻水壓在氣化爐爐膛壓力以內(nèi)時，應(yīng)適當(dāng)增大燒嘴冷卻水的流量。

4 結(jié)束語

作為水煤漿氣化過程中的重要設(shè)備，工藝燒嘴在使用過程中常常會由于操作不當(dāng)、工藝參數(shù)設(shè)計不合理等而影響其使用壽命。為了使工藝燒嘴在設(shè)計年限內(nèi)維持其最佳狀態(tài)，應(yīng)根據(jù)影響其使用壽命的相關(guān)因素，做好相應(yīng)的調(diào)整和優(yōu)化。