一段爐煙道燃燒器損壞原因分析及處理措施

張明星

(四川美豐化工股份有限公司 四川德陽 618000)

在以天然氣為原料的合成氨裝置中，一段爐是造氣工序的關(guān)鍵設(shè)備，直接影響全裝置的運行及效率。四川美豐化工股份有限公司200 kt/a合成氨裝置在2017年9月停車大修時，發(fā)現(xiàn)一段爐煙道燃燒器上端外壁存在過熱現(xiàn)象，隨即打開爐膛并進入爐內(nèi)檢查，發(fā)現(xiàn)4個燃燒器的支撐筒、支撐圈、定位塊、安裝支架等都有不同程度燒損甚至被燒熔現(xiàn)象，嚴重影響裝置的安全穩(wěn)定運行。為此，立即拆下燃燒器分析損壞原因并制定相應(yīng)的處理措施。

1 原因分析

如圖1所示，正常情況下支撐筒與燒嘴磚之間填充滿了耐火材料，燒嘴磚與支撐圈之間也貼合在一起，沒有燃氣流通的間隙，因此不可能有燃氣在此燃燒。根據(jù)燒損現(xiàn)象并結(jié)合該煙道燃燒器的設(shè)計結(jié)構(gòu)簡圖和現(xiàn)場操作情況等分析，引起燒損的原因如下。

(1) 燒嘴磚安裝不到位，沒有與支撐筒上的支撐圈貼合，而是向爐膛方向移動了一段距離，使燒嘴磚與支撐圈之間出現(xiàn)一定的間隙。

(2) 穩(wěn)焰罩頂端應(yīng)與燃氣噴嘴頂端基本平齊，而實際沒有安裝到位，向爐膛方向有所移動，從燃氣噴嘴噴出的燃氣經(jīng)燒嘴磚反射后不能被穩(wěn)焰罩阻擋(圖2)，直接進入支撐圈與燒嘴磚之間的間隙(負壓區(qū))。

(3) 支撐筒與燒嘴磚之間的耐火材料填充不滿且不密實，在運行中被來自引風機的負壓所吸走，導致燒嘴磚因無支撐而向下偏斜，使燒嘴磚與支撐筒之間的間隙進一步增大(圖2)。

圖1 燃燒器設(shè)計結(jié)構(gòu)簡圖

圖2 燃燒器燒損原因分析示意圖

(4) 在爐膛負壓的抽吸作用下，燒嘴磚與支撐筒之間的間隙區(qū)域形成負壓，將燃氣噴嘴的部分燃氣經(jīng)燒嘴磚斜面反射至負壓區(qū)(圖2)，從而使該負壓區(qū)也有燃氣在燃燒，燃燒的火苗舔向燃燒器的支撐筒、定位塊和安裝框架，從而造成燒損。

(5) 在一次風風量偏小、二次風風量偏大的情況下，燒嘴磚與支撐筒之間的間隙區(qū)域形成較大的負壓，在該負壓作用下，將燃燒器噴嘴噴出的燃氣吸入至該區(qū)域并燃燒。

(6) 支撐筒、支撐圈、定位塊的材料為普通Q235- A，不能承受高溫，也是損壞的原因之一。

2 處理措施

(1) 如圖3所示，重新制作材質(zhì)為耐高溫304不銹鋼的支撐筒、支撐圈和定位塊等并安裝到位，達到即使有火焰燒至該部件也不會被燒壞的目的。

圖3 燒損件重新制作示意

(2) 如圖4所示，調(diào)整穩(wěn)焰罩與燃氣噴嘴之間的相對位置，即穩(wěn)焰罩頂端與燃氣噴嘴頂端基本平齊，使從燃氣噴嘴噴出的燃氣被燒嘴磚反射后，能被穩(wěn)焰罩所阻擋。

圖4 穩(wěn)焰罩與燃氣噴嘴之間相對位置調(diào)整示意

(3) 將燒嘴磚安裝至與支撐圈貼合，支撐筒與燒嘴磚之間填充滿耐火材料并使其緊密而不會被爐膛負壓吸走，使燒嘴磚被牢固地水平固定。

(4) 嚴格按該煙道燃燒器使用說明書并根據(jù)生產(chǎn)負荷調(diào)整一次風和二次風的風量，達到燃燒器的火焰穩(wěn)定且燃燒充分，避免支撐筒與燒嘴磚間填塞的耐火材料被吸至爐膛內(nèi)。

3 效果

煙道燃燒器的改造修復是利用停車大修機會進行的，根據(jù)上述分析和相應(yīng)的處理措施，重新制作燒損的支撐筒等部件并將其材質(zhì)更換為耐高溫的304不銹鋼，調(diào)整了穩(wěn)煙罩與燃氣噴嘴的相對位置，重新填塞了耐火材料并固定好燒嘴磚位置，且操作調(diào)節(jié)上進行了更加嚴格的控制。從大修開車及隨后的運行情況看，該煙道燃燒器運行穩(wěn)定，火焰形狀、燃燒狀態(tài)、外筒壁的顏色等都與設(shè)計要求一致，再未發(fā)生類似的零部件被燒損現(xiàn)象，確保了該設(shè)備的安全穩(wěn)定運行。