＊姚永福

（國能榆林化工有限公司 陜西 719300）

1.GE水煤漿加壓氣化爐工藝結(jié)構(gòu)

水煤漿加壓氣化爐工藝燒嘴一般采取的是同心三套管，即，三流道外混式結(jié)構(gòu)，燒嘴頭部設(shè)有冷卻水盤管，前端有水夾套，形成中心氧管-煤漿管-外環(huán)氧管的基本構(gòu)造體系，而在工藝燒嘴中心位置，中心氧管要設(shè)計為縮口結(jié)構(gòu)，能在提升中心氧加速效果的同時，確保出口流速能被控制在150m/s到180m/s之間，具備良好的應(yīng)用效果[1]。

圖1 GE水煤漿加壓氣化爐工藝燒嘴結(jié)構(gòu)

另外，端面距離燒嘴端面的基準(zhǔn)面要維持在良好的結(jié)構(gòu)模式上，并且維持固定的縮入量，配合應(yīng)用要求就能形成水煤漿和中心氧結(jié)構(gòu)匹配的預(yù)混合腔結(jié)構(gòu)。并且，借助中心氧就能對水煤漿予以稀釋處理，在改變流變性能的同時還能將其轉(zhuǎn)變?yōu)殪F化效果。

2.GE水煤漿氣化工藝燒嘴問題及原因

本文以A公司某臺GE水煤漿加壓氣化爐為例，在其運行過程中，具體參數(shù)如表1所示。

表1 設(shè)備運行關(guān)鍵參數(shù)一覽表

(1)運行變化

在運行一段時間后，對參數(shù)變化動態(tài)進(jìn)行了分析。

第一，在使用3天到7天后，煤漿的壓差出現(xiàn)了變動，從0.4MPa降低到0.2MPa，甚至?xí)紶柍霈F(xiàn)負(fù)壓差的問題[2]。操作人員在進(jìn)行對比分析后發(fā)現(xiàn)，在出現(xiàn)壓差波動前，對應(yīng)的生產(chǎn)裝置工藝運行指標(biāo)并沒有明顯的異動情況。并且，在壓差出現(xiàn)波動的瞬間，氧氣閥門的開度沒有變化，但是氧氣的瞬時流量卻出現(xiàn)了驟升現(xiàn)象，而對應(yīng)的氣化爐燃燒室高溫?zé)犭娕忌叩?350℃，造成對應(yīng)的警告信息。

第二，燒嘴在壓差出現(xiàn)波動后，冷卻水盤管的進(jìn)出口流量也伴有異動，表現(xiàn)為參數(shù)的上下跳動，與此同時，冷卻水回水分離罐也伴有間斷式的CO報警信息，使得整個系統(tǒng)出現(xiàn)被迫停爐的現(xiàn)象。

第三，設(shè)備的總氧量也會產(chǎn)生波動，使得粗煤氣中的一氧化碳組分出現(xiàn)變動，依據(jù)其進(jìn)行運行工況的判定，發(fā)現(xiàn)運行狀態(tài)并不穩(wěn)定[3]。

(2)產(chǎn)生的問題和原因

為了提升GE水煤漿氣化工藝燒嘴應(yīng)用質(zhì)量，要結(jié)合數(shù)據(jù)以及對比分析結(jié)果全面分析燒嘴出現(xiàn)的問題，并結(jié)合問題的表現(xiàn)形式和具體情況評估產(chǎn)生問題的原因，從而結(jié)合具體問題落實相應(yīng)的處理工序，減少操作不當(dāng)或者是設(shè)備運行狀態(tài)不好造成的經(jīng)濟損失，全面提升設(shè)備的應(yīng)用水平，實現(xiàn)經(jīng)濟效益的最優(yōu)化。

①產(chǎn)生的問題。停爐后，檢查燒嘴結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)燒嘴結(jié)構(gòu)的頭部位置龜裂問題較為嚴(yán)重，且對應(yīng)的龜裂問題呈現(xiàn)出的是放射狀態(tài)，數(shù)量隨著爐內(nèi)運行時長的增長加深。受到壓差波動頻繁的影響，坑面數(shù)量和深度有所差異，表現(xiàn)為持續(xù)時間越長，焊縫損傷越為明顯和突出。另外，中心氧噴嘴的頭部縮徑?jīng)_刷磨損也較為嚴(yán)重，這就使得中心氧管出現(xiàn)了嚴(yán)重的晃動現(xiàn)象，逐漸和煤漿噴頭的軸向同心度出現(xiàn)了偏離[4]。除此之外，煤漿噴頭沖刷磨損較為嚴(yán)重，這就使得內(nèi)徑尺寸出現(xiàn)了明顯增大的問題，尤其是內(nèi)側(cè)的斜面，磨損非常明顯。燒嘴的運行周期也隨之縮短，標(biāo)準(zhǔn)燒嘴運行周期一般為80天，而出現(xiàn)故障后的燒嘴運行時間平均為15天到30天。

②原因分析。為了更好地分析工藝燒嘴產(chǎn)生問題的原因，對同規(guī)模的水煤漿氣化裝置進(jìn)行了操作參數(shù)和燒嘴關(guān)鍵參數(shù)的對比分析。

第一，結(jié)合表2的數(shù)據(jù)分析可知，目前同行業(yè)中裝置的氧氣壓差一般集中在1.2MPa左右，A公司的氧氣壓差為1.6MPa，明顯高于同行業(yè)。參數(shù)的差異使得裝置的預(yù)混合腔水煤漿的流速明顯出現(xiàn)了增大的問題，也加劇了燒嘴煤漿噴頭的磨損程度[5]。

表2 裝置工藝運行參數(shù)對比

第二，結(jié)合表3的相關(guān)數(shù)據(jù)可知，在其他參數(shù)相差較小范圍內(nèi)，燒嘴的長度A公司要明顯較長，且伸出量存在較大的差異，表現(xiàn)為燒嘴過度深入到爐膛，使得燒嘴頭部的大部分面積都直接暴露在高溫高壓環(huán)境和高還原性介質(zhì)環(huán)境中，難免會造成局部過熱問題增多，甚至?xí)霈F(xiàn)熱腐蝕問題。

表3 燒嘴運行參數(shù)對比

第三，燒嘴使用時間的增長就會造成金屬內(nèi)部的鎳元素在化學(xué)反應(yīng)作用下形成析出效果，這就大大影響了金屬材料性能，使得金屬疲勞強度降低，抗疲勞能力下降。在氣化爐運行期間，由于燒嘴壓差出現(xiàn)頻繁波動，甚至出現(xiàn)負(fù)壓差的狀態(tài)，導(dǎo)致燒嘴內(nèi)部煤漿和氧氣因壓差波動，噴出后的煤漿不能達(dá)到良好的霧化效果，氧氣與煤漿不能充分混合，出現(xiàn)局部氧量過大，致使燒嘴頭部受到過氧燃燒而產(chǎn)生龜裂，嚴(yán)重影響燒嘴的使用壽命[6]。

第四，隨著燒嘴頭部龜裂加劇，產(chǎn)生斷裂，形成裂縫，由于爐內(nèi)高壓狀態(tài)，可燃?xì)怏w通過裂縫倒竄進(jìn)入燒嘴冷卻水盤管內(nèi)，使得燒嘴冷卻水出口位置直接出現(xiàn)一氧化碳報警信息，問題嚴(yán)重也會造成冷卻水大量泄漏，冷卻水流量下降，水溫上漲，進(jìn)一步觸發(fā)系統(tǒng)三選二聯(lián)鎖氣化爐跳車。

3.GE水煤漿氣化工藝燒嘴問題處置建議

為了全面提升GE水煤漿氣化工藝燒嘴應(yīng)用質(zhì)量，要結(jié)合實際情況落實更加合理的參數(shù)優(yōu)化處理機制，完善問題處理水平，確保技術(shù)操作和設(shè)備應(yīng)用管理工作都能滿足運行質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，最大程度上實現(xiàn)經(jīng)濟效益和管理效益的共贏。

（1）提高燒嘴煤漿壓差。對于煤氣化工作而言，煤漿壓差是衡量其正常水準(zhǔn)的關(guān)鍵指標(biāo)，因此，為了保證GE水煤漿氣化工藝燒嘴綜合控制效果，就要對其予以集中管理，有效維持應(yīng)用效果。避免不當(dāng)操作對燒嘴霧化效果產(chǎn)生影響。結(jié)合設(shè)備的實際運行經(jīng)驗，要適當(dāng)對煤漿口徑予以調(diào)控，并且在燒嘴煤漿噴頭的內(nèi)部增加一些硬質(zhì)合金，能有效維持耐磨效果，并且將煤漿噴頭的深度從7mm縮小到6mm，中心氧噴頭深度也要有效縮短，維持良好的處理流程，確保工藝指標(biāo)和燒嘴運行周期都能滿足應(yīng)用效果。

（2）降低燒嘴氧氣壓差。前文提到A公司GE水煤漿氣化工藝燒嘴氧氣壓差較高，為了更好地提升其運行質(zhì)量，要對壓差參數(shù)進(jìn)行合理性的控制，將其約束在規(guī)定的數(shù)值范圍內(nèi)，從而維持綜合處理水平，盡量避免壓差參數(shù)不當(dāng)產(chǎn)生的不良影響。第一，將燒嘴壓差控制在1.1MPa到1.2MPa之間，就能合理性控制氧氣流速，避免熱反流問題，也能減少燒嘴頭部溫度升高造成的龜裂問題。第二，合理性控制壓差參數(shù)還能有效提升燒嘴霧化效果，避免煤氣化運行中有效氣體含量不符合指標(biāo)要求，依據(jù)具體的操作流程和控制模塊提升參數(shù)應(yīng)用效果。第三，中外噴頭的環(huán)隙要從4.2mm升高到4.8mm，保證尺寸結(jié)構(gòu)和煤漿流速相匹配，維持穩(wěn)定燒嘴壓差的同時，有效延長結(jié)構(gòu)的運行時長。

（3）增設(shè)保護措施。在GE水煤漿氣化工藝燒嘴工藝升級的過程中，要結(jié)合燒嘴盤管的具體情況和應(yīng)用要求，利用焊縫增設(shè)保護裝置的方式減少不良因素對其安全運行造成的影響。因為工藝燒嘴的外部冷卻水盤管會在氣化爐內(nèi)收到熱輻射作用，甚至?xí)艿搅蛟氐母g，冷卻水盤管和燒嘴外氧噴頭的處理能盡量減少斷裂的問題。與此同時，要盡量縮短燒嘴的長度，將其控制在935mm左右，配合參數(shù)優(yōu)化改造就能大大提升燒嘴的使用壽命，從而減少頻繁波動問題對運行質(zhì)量產(chǎn)生的影響。A公司在對GE水煤漿氣化工藝燒嘴進(jìn)行升級處理后，燒嘴的壽命提升到62天左右，也減少了盤管破裂以及壓差波動產(chǎn)生的停車事故，為安全運行穩(wěn)定操作提供了保障。

4.結(jié)束語

總而言之，GE水煤漿氣化工藝燒嘴應(yīng)用管理工作中，要將工藝燒嘴的壽命和應(yīng)用質(zhì)量作為關(guān)鍵，其對生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行以及企業(yè)運營成本具有重要的影響，除了受到工藝操作的影響，也要對運行環(huán)境以及運行參數(shù)等進(jìn)行集中處理，全面提升技術(shù)應(yīng)用和改造效果，延長使用壽命，提升設(shè)備運行的經(jīng)濟效益。