夾套冷卻式工藝燒嘴的研發(fā)及在水煤漿氣化的應(yīng)用

李 琳, 趙 洋, 唐廣軍, 郭 猛, 趙 岐, 孫 星

(1.山東兗礦國(guó)拓科技工程股份有限公司, 山東 濟(jì)南 250101;2.兗礦魯南化工有限公司, 山東 滕州 277527)

工藝燒嘴是水煤漿加壓氣化爐的核心設(shè)備,是影響水煤漿氣化爐長(zhǎng)周期安全運(yùn)行的主要因素之一[1]。 受爐內(nèi)高溫氣流沖刷、 腐蝕、 高溫?zé)彷椛涞纫蛩赜绊慬2], 工藝燒嘴在氣化爐內(nèi)易出現(xiàn)燒嘴盤管損壞泄漏、 燒嘴頭部腐蝕、 龜裂等問(wèn)題,給氣化裝置安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)隱患。 為更好地延長(zhǎng)工藝燒嘴使用壽命, 對(duì)工藝燒嘴損壞原因進(jìn)行了分析, 研發(fā)出新型夾套冷卻式工藝燒嘴, 并在水煤漿加壓氣化爐裝置內(nèi)進(jìn)行了應(yīng)用, 獲得了良好的效果。

1 影響水煤漿氣化爐工藝燒嘴使用壽命的因素

水煤漿氣化爐工藝燒嘴的損壞方式主要有以下3 個(gè)方面。

1.1 燒嘴冷卻水盤管損壞

燒嘴冷卻水盤管的損壞主要有兩個(gè)原因, 一是冷卻水盤管與工藝燒嘴噴頭連接處存在的應(yīng)力、 材料、 高溫合成氣體熱輻射、 腐蝕等問(wèn)題導(dǎo)致焊縫處開(kāi)裂; 二是工藝燒嘴盤管和氣化爐耐火磚之間存有積灰或者積渣, 氣化爐停車拔出工藝燒嘴的過(guò)程中易使盤管損壞。

1.2 物理磨損損壞

工藝燒嘴在使用過(guò)程中, 受煤漿沖刷及外在壓力等因素影響, 工藝燒嘴噴頭內(nèi)口徑磨損嚴(yán)重[3], 影響氣化爐霧化效果及燒嘴使用壽命。

1.3 熱沖擊、 化學(xué)腐蝕、 應(yīng)力對(duì)外工藝燒嘴噴頭的損壞

熱沖擊、 化學(xué)腐蝕、 應(yīng)力等因素影響易導(dǎo)致外噴頭端面的徑向放射性裂紋及不規(guī)則龜裂的形成。

2 新型夾套冷卻式工藝燒嘴的研發(fā)

為進(jìn)一步延長(zhǎng)工藝燒嘴的使用壽命, 達(dá)到氣化爐長(zhǎng)周期安全穩(wěn)定運(yùn)行的目的, 公司結(jié)合常規(guī)盤管式工藝燒嘴的運(yùn)行狀況進(jìn)行了夾套冷卻式工藝燒嘴的研發(fā), 主要包括以下幾個(gè)方面:

(1)盤管式工藝燒嘴煤漿、 內(nèi)氧管線不動(dòng),改進(jìn)燒嘴端面冷卻結(jié)構(gòu)形式, 即將外氧噴頭冷卻方式改為水夾套式。

(2)原外氧噴頭端蓋材質(zhì)為UMCo50, 現(xiàn)考慮夾套端部的多曲度、 延伸率, 材質(zhì)改為INCONEL600 或INCONEL625。

(3)對(duì)燒嘴端部燃燒溫度分布、 燒嘴端面冷卻水特別是外側(cè)水室溫度分布、 燒嘴端部與高溫合成氣的溫度、 燒嘴頭部冷卻水腔室內(nèi)速度分布、 燒嘴頭部冷卻水腔室內(nèi)壓力分布進(jìn)行了分析模擬計(jì)算。

新型夾套冷卻式工藝燒嘴外形結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1 夾套冷卻式工藝燒嘴

3 夾套冷卻式燒嘴在氣化裝置上應(yīng)用

兗礦魯南化工有限公司氣化車間有3 臺(tái)德士古氣化爐, 單臺(tái)氣化爐日處理煤量約為450 t,氣化爐操作壓力: 2.90 MPa, 氣化爐操作溫度:1 300～1 350 ℃。

夾套冷卻式燒嘴在兗礦魯南化工有限公司德士古氣化爐上試用了121 d, 夾套冷卻式燒嘴運(yùn)行工藝指標(biāo)見(jiàn)圖2, 運(yùn)行結(jié)果證明: 夾套式工藝燒嘴各項(xiàng)指標(biāo)運(yùn)行正常, 進(jìn)出水溫差小, 換熱效果明顯優(yōu)于原盤管式燒嘴; 新型夾套式工藝燒嘴的安裝和拆卸比原盤管式結(jié)構(gòu)燒嘴方便, 且對(duì)燒嘴座的耐火磚基本沒(méi)有損壞; 拆卸后經(jīng)過(guò)檢驗(yàn), 燒嘴各項(xiàng)組合尺寸沒(méi)有變化, 且燒嘴端面檢查沒(méi)有發(fā)現(xiàn)裂紋現(xiàn)象。 運(yùn)行121 d 后的燒嘴情況見(jiàn)圖3。

圖2 夾套冷卻式燒嘴運(yùn)行工藝指標(biāo)

圖3 運(yùn)行121 天后的夾套冷卻式燒嘴

4 結(jié) 論

我公司自主研發(fā)的夾套冷卻式燒嘴對(duì)燒嘴內(nèi)部各通道環(huán)隙進(jìn)行了優(yōu)化, 增大了冷卻水的流通面積。 根據(jù)工業(yè)試用情況和數(shù)據(jù)分析可得出以下結(jié)論: 夾套冷卻式燒嘴提高了換熱效率, 可有效延長(zhǎng)燒嘴運(yùn)行壽命, 且便于安裝和拆卸, 降低了燒嘴的維修費(fèi)用, 縮短了維修工期, 為企業(yè)節(jié)約了時(shí)間和經(jīng)濟(jì)成本, 更重要的是為氣化爐的長(zhǎng)周期安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了安全保障。