韋新芳，陳衛(wèi)崗(伊泰化工有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017400)

1 德士古氣化爐燒嘴簡(jiǎn)介

德士古氣化爐是用在水煤漿加壓氣化技術(shù)的氣化爐種類之一，而氣化爐是煤氣化裝置最核心的設(shè)備，工藝燒嘴是決定氣化爐長(zhǎng)周期運(yùn)行的重要條件之一。

德士古氣化爐燒嘴安裝在氣化爐頂部，是水煤漿、氧氣進(jìn)入氣化爐的入口點(diǎn)。其主要作用是將進(jìn)入氣化爐的水煤漿和氧氣混合、霧化，結(jié)構(gòu)為預(yù)混式三流道設(shè)計(jì)，中心管走中心氧氣，內(nèi)環(huán)隙走水煤漿，外環(huán)隙走環(huán)隙氧氣，燒嘴頭部有冷卻水夾套及冷卻水盤管，運(yùn)行時(shí)通冷卻水以保護(hù)燒嘴不被燒壞。

2 德士古氣化爐燒嘴運(yùn)行現(xiàn)狀

氣化爐燒嘴是決定氣化爐長(zhǎng)周期運(yùn)行的重要條件，常見的損壞形式有燒嘴冷卻水盤管燒嘴和燒嘴噴頭磨損，只要出現(xiàn)其中一條，就需要停爐更換燒嘴。

預(yù)混式燒嘴原理是使用中心氧對(duì)煤漿進(jìn)行加速、混合和霧化，環(huán)氧對(duì)霧化的水煤漿進(jìn)行氧化。裝置生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)，水煤漿中固體顆粒高，再加之高速的流動(dòng)，預(yù)混腔內(nèi)煤漿噴頭磨損嚴(yán)重，磨損一定程度后，水煤漿霧化效果差，影響工況，工藝難操作，如出現(xiàn)偏磨，燒嘴偏噴會(huì)使氣化爐局部溫度高，影響爐磚使用壽命。

燒嘴冷卻水盤管泄漏。德士古燒嘴安裝在氣化爐頂部，部分插入氣化爐燃燒室中，承受約1 350 ℃的高溫環(huán)境。冷卻水盤管與燒嘴外噴頭接口為角焊縫，厚度差異大，主要受熱應(yīng)力影響，焊縫處容易產(chǎn)生裂紋，甚至泄漏。燒嘴的冷卻水系統(tǒng)用于保護(hù)燒嘴不被燒壞，如燒嘴冷卻水盤管出現(xiàn)燒穿現(xiàn)象，一方面，大大降低了冷卻水對(duì)燒嘴的保護(hù)作用；另一方面，合成氣系統(tǒng)(高壓高溫)會(huì)進(jìn)入燒嘴冷卻水系統(tǒng)(低壓低溫)，損壞燒嘴及其冷卻水系統(tǒng)，氣化爐聯(lián)鎖跳車。

德士古氣化爐預(yù)混式燒嘴在滿負(fù)荷工況下，由以上兩種原因，一般使用壽命在60 d 左右，很難超過90 d。

3 德士古氣化爐燒嘴延長(zhǎng)壽命的措施

3.1 燒嘴冷水盤管增加防護(hù)措施

針對(duì)燒嘴冷卻水盤管容易燒穿處增加保護(hù)措施。冷卻水盤管材質(zhì)為INCONEL625，燒嘴冷卻水夾套與燒嘴頭部連接處容易燒穿，在原有設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，在連接處安裝一層耐火網(wǎng)，在下方再焊接安裝一段保護(hù)套，對(duì)該薄弱點(diǎn)雙重保護(hù)，避免熱輻射直接作用到冷卻水盤管與燒嘴焊接連接段[1]。

3.2 燒嘴煤漿噴頭材質(zhì)改進(jìn)

燒嘴磨損后，特別是煤漿噴頭磨損后燒嘴壓差會(huì)變小，這會(huì)影響煤漿霧化效果，碳轉(zhuǎn)化率也會(huì)降低。德士古氣化爐燒嘴一般設(shè)計(jì)材質(zhì)是與氧氣接觸的部分是INCONEL625 材料，煤漿噴頭材質(zhì)是UMCo50。為減緩煤漿噴頭磨損，選用高硬度和耐磨性的材料制作煤漿噴頭，改成復(fù)合陶瓷材質(zhì)。復(fù)合陶瓷具有硬度高、耐磨、強(qiáng)度和韌性較好、耐熱、耐腐蝕等一系列優(yōu)良性能。

改進(jìn)材質(zhì)后，燒嘴運(yùn)行時(shí)間明顯增加。實(shí)踐證明，硬質(zhì)合金材質(zhì)的煤漿噴頭有更好的耐磨性，這為德士古氣化爐長(zhǎng)周期運(yùn)行創(chuàng)造了條件。

3.3 工藝燒嘴設(shè)計(jì)參數(shù)與操作參數(shù)相匹配控制

在工藝燒嘴的規(guī)格不改變的情況下，操作人員的操作思維、工藝操作條件和氣化爐運(yùn)行狀態(tài)促使燒嘴所工作環(huán)境變化也是決定氣化爐燒嘴能否長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵因素。

3.3.1 燒嘴冷卻水系統(tǒng)：溫度、流量、水質(zhì)的控制

燒嘴冷卻水系統(tǒng)使燒嘴在1 350 ℃的環(huán)境中具有存在的價(jià)值。燒嘴冷卻水流量的大小及溫度的高低決定了燒嘴能否承受1 350 ℃的環(huán)境對(duì)自身結(jié)構(gòu)的保護(hù)并降低熱蝕。本裝置燒嘴冷卻水流量控制在34 m3/h，進(jìn)口溫度控制在34 ℃，出口溫度也在37 ℃左右，在此條件下徹底的降低了燒嘴所承受熱蝕的傷害。水質(zhì)控制方面，因本燒嘴盤管與夾套的設(shè)計(jì)曲度因素及水質(zhì)的結(jié)垢性原因，采用高質(zhì)量的除鹽水，不易結(jié)垢，硅及二氧化硅含量＜0.02 mg/L，堿含量＜0.02 mg/L，電導(dǎo)＜0.2，pH 值為6～8。

3.3.2 中心氧氣與環(huán)隙氧氣的比例霧化及火焰長(zhǎng)度的控制

氧氣作為氣化原料的助燃物質(zhì)，為了讓煤漿充分燃燒且便于控制將其流道分為中心氧和環(huán)隙氧，其作用不近相同，都有助燃和流化作用。但對(duì)于實(shí)質(zhì)操作而言，環(huán)隙氧因高速氣流帶動(dòng)煤漿使其分散燃燒，在宏觀控制工況方面效果極為顯著，也是整個(gè)氣化操作反應(yīng)的重心。而中心氧提供煤漿霧化，決定著燒嘴霧化的好壞，在微觀調(diào)控組分，返混量起必不可少的作用，在總氧流量不變的前提下，加大中心氧流量則環(huán)隙氧氣進(jìn)入氣化爐內(nèi)時(shí)氧氣分散寬度降低，火焰增長(zhǎng)，返混量增加，整體氣化爐爐溫溫區(qū)下移，不利于燒嘴頭部積灰，保護(hù)燒嘴，但有利于氣化爐熔渣。再者氧氣流量的大小也決定了氧氣入爐時(shí)氧氣分散寬和高低以及氣化爐溫區(qū)的高低，火焰的長(zhǎng)短及霧化效果的好壞，直接關(guān)系到燒嘴運(yùn)行中返混氣灰渣對(duì)其保護(hù)作用的大小和煤漿流向角度對(duì)燒嘴的毀壞作用大小?；鹧骈L(zhǎng)短調(diào)整主要用于控制霧化效果，調(diào)整渣口壓差及合成氣組分的控制[2]。

本裝置正常運(yùn)行時(shí)控制氧煤比在460～490 之間，中心氧流量與總氧比在16%～19%之間，大多數(shù)情況將中心氧流量控制在17%～18.5%左右，因此環(huán)境中氣化爐返混量最低(氣化爐爐頭法蘭及燒嘴法蘭溫度最低分別在106 ℃和90 ℃左右)，燒嘴頭部容易形成一層灰渣保護(hù)層，有利于保護(hù)燒嘴。

3.3.3 煤漿泵出口流量及運(yùn)行穩(wěn)定性控制

本裝置采用德國菲魯瓦三缸雙隔膜高壓料將泵，最大設(shè)計(jì)量為70 m3/h，確保氣化爐所需流量65 m3/h 煤漿流量的控制。操作時(shí)嚴(yán)格控制煤漿泵入口壓力及雜物的控制，保證進(jìn)出口管線暢通是燒嘴長(zhǎng)周期運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)。當(dāng)煤漿流量不穩(wěn)定時(shí)，采用活動(dòng)煤漿泵流量及其他措施將其運(yùn)行平衡狀態(tài)打破疏通管線確保其管線暢通達(dá)到流量平穩(wěn)，煤漿流量波動(dòng)將導(dǎo)致系統(tǒng)氧煤比波動(dòng)，最終導(dǎo)致爐溫變化，影響系統(tǒng)返混量及溫度對(duì)燒嘴的燒蝕及磨蝕。因此控制煤漿流量穩(wěn)定是保證燒嘴長(zhǎng)周期運(yùn)行的另一種保護(hù)措施。

3.3.4 燒嘴壓差控制

燒嘴壓差可以間接性能體現(xiàn)出燒嘴霧化效果的好壞，渣口壓差最基本的體現(xiàn)在氣化爐操作爐溫及煤質(zhì)灰熔點(diǎn)的表現(xiàn)。當(dāng)灰熔點(diǎn)高，氣化爐溫度低則渣口易積渣。當(dāng)渣口壓差增高時(shí)必采取升溫熔渣，此時(shí)提高中心氧及環(huán)氧量，導(dǎo)致系統(tǒng)返混量及爐溫增加，燒嘴保護(hù)灰渣層破壞而損壞燒嘴，因此當(dāng)煤質(zhì)變化時(shí)及時(shí)做煤質(zhì)分析，確保氣化爐操作在渣流動(dòng)溫度的±50 ℃之間。

3.3.5 煤質(zhì)及煤漿性能指標(biāo)的控制

煤質(zhì)的灰熔點(diǎn)決定了氣化爐操作溫度，也決定了燒嘴所處的環(huán)境溫度的高低，灰熔點(diǎn)高，燒嘴所處環(huán)境溫度高。煤質(zhì)的可磨指數(shù)越低將導(dǎo)致煤不易粉碎，煤漿的粒度大，降低與水接觸的比表面積促使煤漿不易成漿，顆粒物越大成漿性越差，管線磨損速率增大，燒嘴易磨損，成漿性差將可能導(dǎo)致系統(tǒng)操作過氧，氣化爐溫高，燒嘴熱蝕加劇?？s短使用壽命，因此本裝置采用可磨指數(shù)高75 左右，灰熔點(diǎn)在1 250 ℃左右，水分小于14%的空干煤，熱值23 022 kJ 左右的煤質(zhì)，控制煤漿濃度在59%。粒度分布控制＜14 目(1.43 mm)100 wt%；＜40 目(0.45 mm)90 wt%～98 wt%；＜120 目(0.125 mm)50 wt%～70 wt%；＜200 目(0.076 mm)40 wt%～50 wt%；＜320 目(0.044 mm)25 wt%～40 wt%范圍之間[3]。

3.3.6 工藝操作控制

燒嘴運(yùn)行周期的長(zhǎng)短，最主要的因素在于人與物和諧運(yùn)作。在燒嘴質(zhì)量技術(shù)改良后，人為操作及管理因素成為了燒嘴運(yùn)行周期長(zhǎng)短的主要控制源。影響燒嘴長(zhǎng)周期運(yùn)行的工藝管控主要有燒嘴運(yùn)行負(fù)荷，過高或過低均會(huì)導(dǎo)致燒嘴運(yùn)行周期縮短，操作負(fù)荷低，則系統(tǒng)燒嘴霧化效果差，氧氣分布寬度小，返混量大，氣化爐反應(yīng)溫區(qū)上移，不利于燒嘴運(yùn)行，負(fù)荷過高則燒嘴的煤漿通道磨損較大；因此按照燒嘴設(shè)計(jì)量控制方能滿足燒嘴長(zhǎng)周期運(yùn)行的第一條件。氣化爐爐溫控制方面，因注重組分的同時(shí)考慮氣化爐渣口壓差及渣樣變化，控制爐溫在規(guī)定范圍內(nèi)，其次氣化爐導(dǎo)壓管線高壓氮?dú)馔ㄈ肓恳材軐?duì)燒嘴的起保護(hù)作用，本裝置將其控制在6～10 m3/h。

渣口壓差，氧煤比及中心氧量控制，不能一味認(rèn)為渣口壓差高則提升爐溫熔渣，最終因錯(cuò)誤判斷而導(dǎo)致爐溫過高而損壞燒嘴。氣化爐加負(fù)荷時(shí)，先加煤漿，再加氧；降低負(fù)荷時(shí)，先減氧，后減煤漿。保證系統(tǒng)氧煤比在適當(dāng)范圍之間。氣化爐因故障急停后，采取連投措施時(shí)，因結(jié)合實(shí)際工況需要，適當(dāng)降低氧煤比，防止因連投前系統(tǒng)環(huán)境所趨于靜止趨勢(shì)，熱量的上移燒嘴熱負(fù)荷大，投料后系統(tǒng)氧煤比過高再次加劇燒嘴頭部溫度的升高而導(dǎo)致夾套頭部龜裂。因此在整個(gè)操作過程中保證系統(tǒng)處于緩慢調(diào)整，緩慢操做過程，保證系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行。

4 結(jié)語

氣化爐是煤氣化裝置的核心設(shè)備，而燒嘴是否完好是決定氣化爐長(zhǎng)周期運(yùn)行的重要條件。辦法總比困難多，針對(duì)德士古氣化爐燒嘴存在的問題，分析研究，通過優(yōu)化操作參數(shù)，對(duì)燒嘴的材料和結(jié)構(gòu)技改，可顯著提高氣化爐運(yùn)行周期，我公司4.3 MPa氣化爐，經(jīng)改造后的燒嘴運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)達(dá)226 d。