2011年4月大負(fù)Apr.2011第34卷第2期Large Scale Nitrogenous Ferilizer IndustryVol.34 No.2粉煤加壓氣化爐燒嘴技術(shù)研究與開發(fā)戈雷(中國石化安慶分公司.安徽安慶246000)摘要:針對(duì)原進(jìn)口的煤粉燒嘴不能滿足殼牌粉煤加壓氣化爐長周期運(yùn)行的現(xiàn)狀,開展了煤粉燒嘴的技術(shù)研究及相應(yīng)的國產(chǎn)化開發(fā)。通過對(duì)煤粉燒嘴的結(jié)構(gòu)和工藝原理的剖析,研制了具有與原進(jìn)口性能相當(dāng)?shù)膰a(chǎn)化煤粉燒嘴,并得到了工業(yè)應(yīng)用。關(guān)鍵詞:氣化爐煤粉燒嘴國產(chǎn) 化研發(fā)煤粉燒嘴是殼牌粉煤氣化爐的關(guān)鍵設(shè)備之一，其作用是將煤粉由氮?dú)饧訅汉竺芟嗨腿霘饣癄t,主要由噴頭和機(jī)身兩部分構(gòu)成,其中,機(jī)身由煤粉/氮?dú)廨斔凸?、氧?水蒸氣外套管、冷卻水套管三大部分組成。煤粉燒嘴運(yùn)行環(huán)境苛刻,通常在圖2煤粉燒嘴的剖面結(jié)構(gòu)高壓(大于4MPa)、高溫(1 600C)下工作。因此,對(duì)設(shè)備本身的工藝加工精度要求很高，突出表現(xiàn)在煤粉燒嘴噴頭處于1500C以及5.5MPa的純薄壁加工件的焊接工藝和焊接質(zhì)量的要求上。早氧化環(huán)境中,是煤粉燒嘴設(shè)備的易損件,對(duì)材料材期投用的煤粉燒嘴均從國外進(jìn)口,不僅價(jià)格高昂,質(zhì)和冷卻條件要求十分嚴(yán)格。煤粉燒嘴噴頭噴射而且制造供貨周期長，無法滿足工廠煤氣化裝置角設(shè)計(jì)必須配合特定的燒嘴冷卻罩結(jié)構(gòu)參數(shù),以長周期運(yùn)行需要"。為此,開展了“煤粉燒嘴的技術(shù)減少工藝參數(shù)包線內(nèi)回流區(qū)帶出的微小煤粉顆粒研究及相應(yīng)的國產(chǎn)化"開發(fā),取得了較好的成效。對(duì)輻射表面的噴刷，而內(nèi)部環(huán)形冷卻流通的壁厚和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)則是確保冷卻水對(duì)噴頭頂部輻射面實(shí)1煤粉燒嘴結(jié)構(gòu)和工藝 原理施快速冷卻的關(guān)鍵。該部分的結(jié)構(gòu)如圖3所示。1.1煤粉燒嘴的結(jié)構(gòu)膜式水冷壁殼牌粉煤氣化爐的煤粉燒嘴主要包括煤粉通道、氧氣和水蒸氣通道冷卻水通道。煤粉燒嘴的冷卻水出口氧化劑入口一外觀結(jié)構(gòu)和剖面結(jié)構(gòu)分別如圖1和圖2所示。高溫?zé)煔饷悍廴肟凇鷡氧氣+水蒸氣煤粉+氮?dú)獬鏊畧D3煤粉燒嘴噴頭結(jié)構(gòu)1.2 煤粉燒嘴主要技術(shù)參數(shù)(2}以中國石化安慶分公司2000/d規(guī)模的殼牌中國煤化工收稿日:2011-03-04。作者簡YHCNM H G2年畢業(yè)于華東理工噴頭大學(xué)化學(xué)工程專業(yè),碩士,現(xiàn)任中國石化安慶分公司副總經(jīng)理。聯(lián)圖1煤粉燒嘴的外觀結(jié)構(gòu)系電話:0556-5381909;E-mail:chenglei.aqsh@sinopec .com。第2期成雷. 粉煤加壓氣化爐燒嘴技術(shù)研究與開發(fā)23粉煤加壓氣化爐為例，煤粉燒嘴的技術(shù)條件必須壓力損失約0.1 MPa;一般采用直徑114 mmx7 mm滿足以下指標(biāo)。①燒嘴噴粉量20t/h,調(diào)節(jié)范圍無縫管，連接法蘭采用ASME B16.5- -2003 class50%~120%;②燒嘴工作壽命8000h,確保可靠使600用1a;③燒嘴工作壓力不小于4 MPa;④燒嘴工作3)冷卻水輸送管。燒嘴頭部與爐內(nèi)高溫火焰環(huán)境溫度頭部為1600~1700C，安裝夾層約300直接接觸，高溫?zé)煔獾妮椛鋼Q熱將會(huì)使燒嘴端面C;⑤燒嘴氣耗量:每千克煤粉耗氮?dú)?.0856 kg，急劇 上升。因此,在燒嘴頭部設(shè)計(jì)冷卻水強(qiáng)制循環(huán)耗氧氣0.692kg,耗水蒸氣0.041kg;⑥燒嘴霧化及通道,使燒嘴端面溫度控制在450以下。冷卻水燃燒性能:滿足氣化爐氣化反應(yīng)需要;⑦)燒嘴外流量- -般為3.2kg/s, 壓力為5MPa。形尺寸:保證氣化爐安裝及外部管路連接;⑧爐膛2.2整 體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)條件:壓力4.0MPa,直徑2960mm,高度8800根據(jù)輸送物料特性,從總體安全考慮,在高溫mm;⑨煤粉技術(shù)參數(shù):顆粒直徑大于90μm為區(qū)應(yīng)是純氧輸送管最易腐蝕，如純氧泄漏進(jìn)人冷10%，顆粒直徑大于5μm為90%，低位熱值約卻水管系及煤粉管系則將產(chǎn)生嚴(yán)重后果，故在引22.41 GJ/kg;0氣化合成氣主要成分見表1。人夾套中氧氣水蒸氣管系參照國外產(chǎn)品布局為獨(dú)表1粗合成氣組分 摩爾分?jǐn)?shù),%立夾套層,一旦泄漏盡可能讓其直接排入大氣中,組分COH2CO2H。H2O盡可能減少其進(jìn)入煤粉系統(tǒng)及供水系統(tǒng)的可能含量69.42 23.872.88 0.019 3.371.性。氧氣、蒸汽夾層外層為直鎳基高溫合金管;水.1.3煤粉燒嘴 的工作狀態(tài)冷卻夾層外層為耐熱合金鋼管。氣化爐運(yùn)行時(shí)，作為氧化劑的氧氣和水蒸氣2.3燒嘴 罩設(shè)計(jì)從外套管中高速噴出，喉部處最高速度可達(dá)100由于殼牌粉煤加壓氣化爐采用液態(tài)排渣工m/s左右，而氮?dú)鈹y帶的煤粉從中心管中以近10藝,因此,煤粉燒嘴不能伸入氣化爐內(nèi)部空間?？糾/s的速度噴出,煤粉顆粒在高速氧化劑的氣流曳慮到燒嘴周圍氣流特性，在煤粉燒嘴出口與氣化引、剪切下,速度大幅升高;由于顆粒相(煤粉)和爐膜式水冷壁連接區(qū)域,布置--個(gè)喇叭形燒嘴罩,連續(xù)相(氧氣和水蒸氣)之間存在滑移。所以,煤粉該燒嘴罩為薄壁盤管結(jié)構(gòu)，內(nèi)有冷卻水換熱。顆粒的速度在噴嘴出口處最大達(dá)到87.9m/s,顆粒相和連續(xù)相之間的最大速度比約為0.828。3煤粉燒嘴材料選擇及性能測試顆粒相與連續(xù)相(氧化劑)進(jìn)行動(dòng)量交換后,3.1 煤粉燒嘴材料選擇速度增大,矢量方向基本上與連續(xù)相相同;顆粒群鑒于粉煤加壓氣化爐在熱態(tài)運(yùn)行時(shí)，爐內(nèi)壓既有沿軌道時(shí)的均速度滑移運(yùn)動(dòng)，又有沿軌道兩力為4.0MPa左右、溫度為1600~1 700C,煤粉燒側(cè)的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng),前者明顯比后者更重要。由于氣化嘴在此工作環(huán)境下要實(shí)現(xiàn)安全、穩(wěn)定運(yùn)行。所以，爐噴嘴與徑向夾角為49，所以在爐膛中心截面上煤粉燒嘴的材料必須能夠耐高溫、高壓和抗氧化。形成了比較明顯的切圓。而燒嘴根部形成回流有一般而言，燒嘴冷卻水通道采用不銹鋼316利于煤粉的穩(wěn)定著火和燃燒。材料,煤粉通道采用INCONEL600,氧氣和水蒸氣通道采用INCONEL600材料。2煤粉燒嘴通 道計(jì)算3.2冷卻水、煤粉和氧氣通道承壓性能測試2.1煤粉燒嘴結(jié) 構(gòu)設(shè)計(jì)1)儀器設(shè)備。水箱、加壓水泵、壓力表、截止閥1)煤粉通道設(shè)計(jì)。為了滿足煤粉輸送的工藝等。要求，在氮?dú)廨斔兔悍刍蚨趸驾斔兔悍鄣倪^2)試驗(yàn)方法。①將冷卻水管道一端堵死,用加程中,煤粉輸送速度為6~10m/s,輸送管壓力損失壓水泵將水流從另--端泵人,使水壓達(dá)到8.8MPa，約0.1 MPa,-般采用直徑48 mmx5 mm無縫管,連并保持住,觀察管道變形情況。若管道變形在允許接法蘭采用ASME B16.5- -2003 class 600。范圍內(nèi)，則承壓性能合格;反之不合格;②將煤粉2)氧氣和水蒸氣通道。為了使氣化爐中心形管道一端中國煤化工以另-端泵人，成有效的切圓，氧氣和水蒸氣介質(zhì)必須具有足夠使水壓達(dá)YHCNMHG察管道變形情的動(dòng)量,保證通道出口處為100m/s左右,輸送管況。若管道變形在允許范圍內(nèi),則承壓性能合格;124大色幽2011年第34卷反之不合格;③將氧氣蒸汽管道一端堵死,用加壓結(jié)構(gòu)以及制造質(zhì)量的綜合性檢查;②通過短時(shí)超水泵將水流從另-一端泵人，使水壓達(dá)到6.0 MPa并壓,有可能減緩某些局部區(qū)域的峰值應(yīng)力,在-定保持住,觀察管道變形情況。若管道變形在允許范程度上起到消除和降低(殘余)應(yīng)力,使其應(yīng)力分圍內(nèi),則承壓性能合格;反之不合格。布趨于均勻的作用。3)試驗(yàn)結(jié)果。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證,樣機(jī)冷卻水、煤粉、根據(jù)近代斷裂力學(xué)的觀點(diǎn)，短時(shí)超壓可以使氧氣蒸汽通道在試驗(yàn)壓力下形變均在允許范圍裂紋產(chǎn)生閉合效應(yīng)，也即鈍化了裂紋尖端，使容器內(nèi),承壓能力滿足設(shè)計(jì)要求。在正常工作壓力下運(yùn)行時(shí)更為安全;液壓試驗(yàn)過3.3燒嘴水壓試驗(yàn)程要經(jīng)過注液排氣、升壓、保壓、檢查及排液吹干煤粉燒嘴的水壓試驗(yàn)主要目的:①全面綜合:等工序。液壓試驗(yàn)最常用的試驗(yàn)介質(zhì)是水,燒嘴水檢驗(yàn)產(chǎn)品的整體強(qiáng)度,是對(duì)容器選材,設(shè)計(jì)計(jì)算,壓試驗(yàn)結(jié)果見表2,水壓試驗(yàn)曲線見圖4。表2燒嘴水壓試驗(yàn)報(bào)告試壓部位試驗(yàn)介質(zhì)試驗(yàn)壓力/MPa 保壓時(shí)間/min 環(huán)境溫度/C 介質(zhì)溫度/C 氯離子含量,x10* 檢 驗(yàn)時(shí)間結(jié)頭部整體潔凈水.8.51:1814≤22010-03-25合格...8.5MP3化爐工藝參數(shù)的要求。其使用壽命也與原進(jìn)口設(shè)備相當(dāng),滿足了裝置的檢維修需要。對(duì)于使用廠家.. MPa/1. ....15min來說，使用該設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性和時(shí)效性等方面效果814 水壓試驗(yàn)曲線‘良好。參考文獻(xiàn)4結(jié)束語[1] 龐忠榮.氣化爐燒嘴燒損和泄漏原因分析及對(duì)策[J].大氮開發(fā)的國產(chǎn)化煤粉燒嘴在中國石化安慶分公.肥,2005 ,28<1):52-53. .司殼牌粉煤加壓氣化爐上首次應(yīng)用。自2008年9[2]任永強(qiáng),許世森,張車亮,等.干粉煤加壓氣化技術(shù)的試驗(yàn)研月投用以來,運(yùn)行工況正常,完全符合粉煤加壓氣究[]煤化工,004,(3);10-13.TECHNOLOGICAL R/D OF BURNER IN PULVERIZED- COALPRESSURIZED GASIFIERCheng Lei(SINOPEC A nqing branch, Anqing 246000)Abstract:Considering that the originally -imported burner for pulverized-coal can not meet a long-term running of Shell pulverized -coal pressurized gasifier both the technological research and correspondingnationalization development of burner for pulverized -coal are carried out. With the analysis of both burmnerstructure and process principle a nationalized burner with the performance equivalent to the originally- -import-ed ones is made and commercially applied to the plant with good economy and timeliness.Key words :gasifier ;burmner for pulverized- -coal ;nationalized R/D瀘天化煤氣化及下游項(xiàng)目開工建設(shè)2011年2月11日,四川化工控股集團(tuán)瀘天化公司100x10*m?/a 煤氣化及其下游后續(xù)產(chǎn)品項(xiàng)目在納溪化工園區(qū)開工。該項(xiàng)目總投資約195億元，計(jì)劃分二個(gè)階段建設(shè):2011年6月- -2012年12月，第一階段投資39億元建設(shè)產(chǎn)氣規(guī)模20x10*m2/a 的煤氣化裝置,用于生產(chǎn)年產(chǎn)45萬噸合成氨項(xiàng)目。2011- -201' 中國煤化工設(shè)生產(chǎn)80x10m/a的煤氣化裝置,其中18x10*m?/a煤氣用于新建40萬噸合成氨,發(fā)展硝酸和煤氣用于新建年產(chǎn)100萬噸甲醇裝置,發(fā)展聚四氫呋喃、乙烯、聚甲醛、醋酸等下游產(chǎn)業(yè)鏈。CNMHG.本刊.