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多喷嘴对置式气化炉烧嘴损坏原因浅析

多喷嘴对置式水煤浆气化工艺属于气流床气 化工艺,质量分数约为65%的水煤浆由煤浆给料 泵加压后与体积分数在99.6%以上的高压氧气通 过4只在同_水平面的工艺烧嘴对喷进入气化 炉,经对喷撞击形成6个特征各异的流动区,即射 流区、撞击区、撞击流股、回流区、折返流区和管流 区,利用煤部分氧化(燃烧)释放的热量,维持在 该煤种的灰熔点温度以上进行气化反应。反应温 度一般约为1350 °C,反应过程非常迅速,一般在 4 ~10秒内完成。气化炉内工艺条件苛刻,易导致 烧嘴损坏。现从工艺条件入手,分析烧嘴损坏的 原因。
1、烧嘴回火
烧嘴回火的主要原因在于原料煤的煤质异 常、黏温特性较差、操作弹性较小,温度小幅波动 就会导致渣口压差升高。当液态渣的黏度增大 后,渣在炉壁表面流动至烧嘴口处积聚,导致烧嘴 物料喷出受到影响,从而形成回火。烧嘴回火烧 蚀主要受短时间内小股火焰所致。正常情况下, 火焰出口角度与烧嘴出口形成的渣膜会形成一种 动态平衡,但当平衡被破坏时,高温火焰撞击烧 嘴,长时间回火就会烧坏烧嘴。由于火焰反弹是 一种不稳定状态,表现为点状行为,所以回火损坏 位置无规律可循。
另外,轻质浇注料在高温气氛下很容易粉化, 在出现压力波动和物料反冲时,该薄弱的保护作 用即被破坏。当高速火焰外缘与毛刺状厚薄不均 的渣膜接触后,一部分火焰被折射回来并撞击到 烧嘴的端面,引起烧嘴的安装法兰温度升高,烧嘴 断面会有深坑状的损坏,其寿命大幅缩短,情况严 重时会造成烧嘴烧穿事故的发生。
2、水煤浆浓度升高
水煤浆浓度升高时,氧气流量也应相应增大, 此时烧嘴端面的氧气浓度升高,氧化反应剧烈,对 烧嘴头部的损坏加剧。当水煤浆浓度升高时,水煤浆含固量升高,水煤浆通道磨损加剧,烧嘴的头 部受冲刷最为严重。水煤浆通道发生变化后,轻 者导致烧嘴的雾化效果变差,严重时可能因烧嘴 偏喷严重而导致气化炉本体或内件损坏。
3、烧嘴结构不合理
无论是中心氧还是水煤浆及外氧的流通面 积,均需要满足各自介质的流量要求,在供应压力允许的情况下,力争达到必要的混合雾化效果。 当烧嘴结构不合理时,物料的流量发生变化,会导 致各反应区域发生偏移。中心氧流量太大时,会 使预混合区的混合物流速增大,造成中心管出口 处的磨损加剧,造成烧嘴寿命缩短。
烧嘴附近存在较严重的回流区,因烧嘴的上 部及两侧均有渣膜保护,因此烧蚀较轻。但进入 回流区的产物不仅有CO和H2,还有高温熔渣, 这些细小的高温熔渣在富氧环境下以_定角度撞 击烧嘴端面,从而造成烧嘴端面的烧蚀。
4、结语
宁波中金石化有限公司的气化装置在105% 负荷下长期稳定运行后,为进一步提高生产能力, 将气化装置生产负荷提高至110%。生产负荷提 高后,对烧嘴的氧气通道进行了相应调整:环氧通 道由41. 0 mm调整为42. 0 mm,中心氧通道从 9.0 mm调整为9. 5 mm。烧嘴尺寸调整后,入炉 氧气压力下降0. 2 MPa,氧气流速下降10 m/s。 通过对烧嘴和耐火砖的观察,烧嘴的尺寸还有进 _步修改的余地。此外,降低气化炉的操作温度 可以降低烧嘴头部温度和氧气浓度,有利于延长 烧嘴的使用寿命。同时,应该选用黏温特性好的 煤种,控制好水煤浆质量,使烧嘴的使用寿命有质 的提升。


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