水煤漿氣化爐工藝燒嘴問(wèn)題探討及對(duì)策研究

霍俊澎

摘 要：工藝燒嘴是德士古水煤漿氣化重要組成部分，負(fù)責(zé)充分霧化、混合水煤漿，保證氣化爐正常、穩(wěn)定運(yùn)行?；诠に嚐煸谶\(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的各種問(wèn)題，對(duì)影響工藝燒嘴運(yùn)行性能的主要因素進(jìn)行分析，提出燒嘴維修、改造思路，優(yōu)化工藝燒嘴的結(jié)構(gòu)，使工藝燒嘴的使用壽命能夠得到有效延長(zhǎng)，保證氣化爐長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：水煤漿;氣化爐;工藝燒嘴

基于對(duì)工藝燒嘴的了解，工藝燒嘴是水煤漿氣化爐的重要組成部分，其使用壽命長(zhǎng)短是制約整套氣化裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行的主要因素，其工作條件非?？量蹋瑺t溫1200～1400℃，爐壓6.5MPa，燒嘴頭部不僅受到氣化爐內(nèi)水煤漿和氧氣的高速?zèng)_刷，還受到強(qiáng)還原性氣體、液態(tài)熔渣的侵蝕及開(kāi)停車(chē)過(guò)程中較大的溫度和壓力的波動(dòng)，嚴(yán)重影響其使用壽命。

1 影響燒嘴使用壽命的注意因素

1.1 冷卻水盤(pán)管損壞

從目前影響工藝燒嘴使用壽命的因素來(lái)看，冷卻水盤(pán)管關(guān)系到整個(gè)工藝燒嘴的冷卻。在運(yùn)行過(guò)程中，冷卻水盤(pán)管對(duì)工藝燒嘴頭部進(jìn)行有效降溫，使整個(gè)工藝燒嘴在運(yùn)行溫度方面符合運(yùn)行要求，而冷卻水盤(pán)管如果發(fā)生損壞，使整個(gè)冷卻水盤(pán)管不能按照要求對(duì)工藝燒嘴進(jìn)行冷卻，導(dǎo)致工藝燒嘴的溫度過(guò)高，極易引發(fā)聯(lián)鎖停車(chē)，對(duì)整個(gè)氣化爐運(yùn)行非常不利。

1.2 煤漿噴頭的物理磨蝕

工藝燒嘴在運(yùn)行過(guò)程中，煤漿噴頭作為重要的部件，在運(yùn)行過(guò)程中物理磨損量較大，由于煤漿噴頭在運(yùn)行中受到震動(dòng)等影響，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)煤漿噴頭的磨損情況加劇，并且工藝燒嘴在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)異常抖動(dòng)，對(duì)整個(gè)煤漿噴頭的磨損會(huì)帶來(lái)不利影響，使煤漿噴頭的物理磨損超出煤漿噴頭的合理運(yùn)行范圍，使煤漿噴頭的使用壽命受到影響，導(dǎo)致煤漿噴頭的水煤漿燒射效果受到直接影響，影響了工藝燒嘴的正常運(yùn)行。

1.3 熱、化學(xué)、應(yīng)力對(duì)外氧噴頭的影響

在工藝燒嘴結(jié)構(gòu)中，外氧噴頭是重要的組成部件，主要負(fù)責(zé)外氧的供應(yīng)。由于外氧噴頭在運(yùn)行過(guò)程中受到工藝燒嘴過(guò)熱、材料的化學(xué)應(yīng)力以及材料的自身應(yīng)力等因素的影響，會(huì)影響外氧噴頭正常工作，導(dǎo)致工藝燒嘴的整個(gè)使用壽命受到影響，從這一點(diǎn)來(lái)看，外氧噴頭的工作狀況對(duì)整個(gè)工藝燒嘴的正常使用產(chǎn)生的重要影響。

2 工藝燒嘴損壞機(jī)理分析

2.1 外氧噴頭端面龜裂的原因分析

操作溫度的影響。工藝燒嘴設(shè)計(jì)是在1350℃高溫爐膛內(nèi)工作的，熱應(yīng)力腐蝕是燒嘴損壞的主要形式。外氧噴頭端面噴口處是機(jī)械加工應(yīng)力最集中的部位，燒嘴頭部各焊接部件材質(zhì)不同、厚度不同，在高溫環(huán)境下應(yīng)力得到釋放，引起放射性裂紋和疲勞開(kāi)裂，隨著燒嘴的長(zhǎng)期使用，裂紋不斷增大，表現(xiàn)為外氧噴頭端面龜裂和燒嘴各處焊縫開(kāi)裂，嚴(yán)重時(shí)外氧端面龜裂引發(fā)頭部冷卻水室泄露觸發(fā)聯(lián)鎖停車(chē)事件。

2.2 冷卻水盤(pán)管焊縫開(kāi)裂的原因分析

①盤(pán)管焊接應(yīng)力的影響。燒嘴冷卻水盤(pán)管與外氧端面角焊縫是在手工氬弧焊焊接的情況下進(jìn)行焊接，由于線能量及焊縫熱影響區(qū)的存在，不可避免的會(huì)產(chǎn)生焊接應(yīng)力。同時(shí)因新疆地區(qū)冬季溫度過(guò)低，廠房?jī)?nèi)的環(huán)境溫度較低，焊縫焊接完成后冷卻速度過(guò)快，更加增大了焊接應(yīng)力的產(chǎn)生;②燒嘴冷卻水盤(pán)管振動(dòng)的影響。燒嘴冷卻水盤(pán)管在運(yùn)行中受到震動(dòng)劇烈的困擾，同時(shí)在焊接應(yīng)力存在的狀況下，很容易在劇烈的震動(dòng)下，產(chǎn)生應(yīng)力釋放，直至疲勞破壞，由交變應(yīng)力引起盤(pán)管焊縫脆性斷裂;③熱輻射、焊縫被侵蝕破壞。工藝燒嘴安裝完成后，燒嘴冷卻水盤(pán)管與氣化爐安裝口部通道有一定的間隙，在氣化爐內(nèi)流場(chǎng)紊亂時(shí)，盤(pán)管空隙容易發(fā)生竄氣，沖刷，加上合成氣中含有一定硫份，再加上爐內(nèi)高溫?zé)彷椛?，?huì)對(duì)焊縫造成侵蝕破壞，同時(shí)使盤(pán)管產(chǎn)生振動(dòng)產(chǎn)生交變應(yīng)力，極易引發(fā)焊縫撕裂。

2.3 煤漿噴頭的沖刷與燒蝕原因分析

①工藝操作條件的影響。在氣化爐低負(fù)荷或者中心氧比例較小的運(yùn)行過(guò)程中，由于燒嘴頭部出口的煤漿流速、氧氣流速較慢，致使氣化爐內(nèi)部燃燒火焰較短，燒嘴頭部的熱輻射較大，極易引發(fā)燒嘴燒毀;②工藝介質(zhì)的影響。德士古水煤漿氣化的首要工序是水煤漿的制備，一般情況下，水煤漿氣化對(duì)溫度條件及原料煤的灰分要求較為苛刻，要求灰熔點(diǎn)要控制在1270℃以下，灰分控制在9%左右，只有滿(mǎn)足這些工藝生產(chǎn)條件，才能產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的粗煤氣。針對(duì)新疆的煤質(zhì)，通過(guò)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的跟蹤記錄得出以下結(jié)論：高灰熔點(diǎn)的煤生產(chǎn)使用的燒嘴壽命低于低灰熔點(diǎn)煤使用的燒嘴，高灰熔點(diǎn)的煤為原料時(shí)，燒嘴煤漿噴頭明顯出現(xiàn)快速變薄、壓差波動(dòng)的現(xiàn)象;拆檢燒嘴發(fā)現(xiàn)，煤漿噴頭明顯出現(xiàn)燒蝕，煤漿噴頭內(nèi)側(cè)明顯出現(xiàn)環(huán)狀波紋沖刷。

3 提高工藝燒嘴壽命的途徑

3.1 選擇合適穩(wěn)定的煤種

煤的灰分含量、灰熔點(diǎn)及煤中硫含量對(duì)工藝燒嘴的使用壽命有較大的影響，煤中灰分含量高直接導(dǎo)致煤漿噴頭的加劇沖刷;煤灰熔點(diǎn)高直接制約氣化爐的操作溫度，爐溫高對(duì)燒嘴頭部的熱輻射較大;硫含量高直接影響燒嘴噴頭的焊縫及端面，使得端面快速產(chǎn)生裂紋。

3.2 做好燒嘴的維修質(zhì)量與改造

根據(jù)冷卻水盤(pán)管的特點(diǎn)與實(shí)際情況，維修方面從以下方面入手：①杜絕強(qiáng)力組對(duì)盤(pán)管與燒嘴頭部的焊接;②采取小線能量、控制焊接層間溫度的焊接方法;③焊接過(guò)程中錘擊消除焊接應(yīng)力、安排有經(jīng)驗(yàn)的氬弧焊工操作;④采取焊接完成后緩冷的保溫措施，減小冷卻速度，同時(shí)對(duì)焊接完成后的整套冷卻水盤(pán)管進(jìn)行加溫，消除盤(pán)管冷彎應(yīng)力;⑤加強(qiáng)焊接人員對(duì)工藝卡執(zhí)行的力度，加強(qiáng)工作責(zé)任心的培養(yǎng)。

基于冷卻水盤(pán)管在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，從以下方面提出技術(shù)改造：①對(duì)外氧噴頭內(nèi)徑減小，外徑增大，進(jìn)一步增大外氧噴頭水室腔的體積，增大水室腔的換熱面積，有利于換熱的進(jìn)行，防止腔內(nèi)水流過(guò)快，產(chǎn)生激冷，從而在盤(pán)管焊縫處產(chǎn)生溫度應(yīng)力，對(duì)盤(pán)管焊縫產(chǎn)生破壞;流速過(guò)快，也會(huì)產(chǎn)生對(duì)盤(pán)管的高頻低幅震動(dòng)，對(duì)焊縫也會(huì)產(chǎn)生疲勞破壞。同時(shí)外氧噴頭內(nèi)徑減小，外環(huán)氧氣通道面積基本保持不變，但外環(huán)氧的剪切角發(fā)生較大變化，氧氣燒射的阻力增大，在氣化爐壓力與負(fù)荷不變的條件下，內(nèi)外氧流速會(huì)增大，中心氧比例會(huì)升高，有助于拉長(zhǎng)燒嘴噴頭前黑區(qū)長(zhǎng)度;②增大中心氧噴頭的縮進(jìn)量，有利于預(yù)混式氣化，中心氧、外環(huán)氧與煤漿在燒嘴頭內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)混、交叉、剪切，在高速的氧流股的帶動(dòng)下，煤漿燒射效果更好，提高霧化效果;③燒嘴頭部的保護(hù)，利用模具對(duì)冷卻水盤(pán)管澆筑耐火材料，將盤(pán)管與燒嘴頭部保護(hù)起來(lái)，一是防止熱輻射;二是將燒嘴安裝通道間的空間縫隙盡量減少，防止合成氣流的竄氣，對(duì)盤(pán)管的腐蝕、沖刷;三是減少盤(pán)管運(yùn)行過(guò)程中，由于外氧、煤漿、冷卻水共同高速進(jìn)入燒嘴腔而產(chǎn)生的共振。

3.3 煤漿噴頭材質(zhì)的提升

對(duì)煤漿噴頭內(nèi)部增加比UMCO50還要耐磨的耐磨、耐腐蝕、耐高溫合金，提高煤漿噴頭的耐磨損性能，保證燒嘴運(yùn)行狀況不隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)而發(fā)生明顯的改變，保證工藝各項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)的穩(wěn)定性，保證霧化效果的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

3.4 優(yōu)化操作與管理

選擇合適的工藝條件對(duì)工藝燒嘴長(zhǎng)周期運(yùn)行非常有意義，包括合適的操作溫度、控制合適的氧煤比、選擇恰當(dāng)?shù)牟僮髫?fù)荷、減少氣化爐開(kāi)停車(chē)次數(shù)和保持爐況的穩(wěn)定。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)水煤漿氣化爐工藝燒嘴的了解，在工藝燒嘴運(yùn)行過(guò)程中，工藝燒嘴直接影響水煤漿氣化爐的運(yùn)行質(zhì)量，使氣化爐在運(yùn)行過(guò)程中面臨著停運(yùn)的風(fēng)險(xiǎn)。在工藝燒嘴維修和運(yùn)行過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)按照工藝燒嘴的具體情況，做好工藝燒嘴結(jié)構(gòu)部件的優(yōu)化和調(diào)整，使工藝燒嘴在運(yùn)行過(guò)程中能夠得到有力的支持，保證工藝燒嘴在運(yùn)行質(zhì)量方面滿(mǎn)足運(yùn)行要求，保證氣化爐長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。

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