德士古工艺烧嘴的技改小结

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1、德士古工艺烧嘴的技改小结韩承结(安徽淮化集团有限责任公司，安徽淮南)2007-05-140 前 言   我公司“18·30”工程气化工序采用的是德士古水煤浆加压气化工艺，为美国德士古公司的专利技术。投用后，气化炉工艺烧嘴的使用周期很短，基本只能维持10d左右，有时不到1周，远达不到设计使用寿命(连续运行40d)，严重制约了系统的正常运行和经济效益。在公司相关技术人员的努力下，经反复攻关，终于将这一难题成功解决。现工艺烧嘴的使用周期一般都在35d左右，最长连续运行51d，满足了系统正常生产的需要，也使“18·30”系统工程基本达到了项目设计初期的预计经济指标。1 工艺烧嘴基本情

2、况   德士古炉工艺烧嘴(见图1)为两套管、三通道、外加冷却水盘管结构，从内至外分别为中心氧管、煤浆管以及外环氧管。外环氧管与煤浆管所夹环形通道经流介质为纯度≥99.6％、压力为5.0MPa的氧气，从中外喷头所夹环隙喷出，其作用是使原料煤浆均匀雾化并与之发生化学反应使其气化；中间煤浆管与中心氧管之间通道经流介质为浓度62％、压力4.1MPa的原料煤浆，从中喷头喷出，进入气化炉内与氧气发生化学反应生成产品煤气；内侧中心氧管经流介质为与外环氧同一来源的高压氧气，从内喷头喷出后与原料煤浆混合，出烧嘴后最终亦参与化学反应。中心氧的另一个主要作用是利用其出烧嘴后与炉膛内的压差所产生的流

3、速，牵引烧嘴的火焰，使气化反应区域在炉膛内达到一个理想的范围。   图1中，C为外环氧通道宽度，即外环隙，设计值为3.32±0.25mm；H1为内喷头出口至外喷头出口端面距离，设计值为69.85mm；D2’为中喷头出口外径，设计值为38.4±0.05m。2 发现的问题      (1)烧嘴投用数天后煤浆压差开始下降，随即产生波动；降低负荷后情况有所好转，但不能长时间维持。   (2)以筒体最上层T1438坡面炉砖与其下的T1437砖交接处为中心，有一明显的圆周状冲蚀带，且发展较快。   (3)烧嘴外头端面均有裂纹，外喷头喷口四周向内收缩，过渡段外圆弧面有明显烧蚀。3 原因分析

4、   仔细观察烧嘴并测量相关尺寸参数后发现，随着在炉内运行时间的延长，工艺烧嘴外头端面产生裂纹的数量和深度以及喷口四周向内收缩的幅度逐渐增大，直接导致的后果就是中外喷头之间的环隙减小。经统计，环隙每日减小量约0.05mm；进一步比较不同使用时间的烧嘴状况发现，环隙的减小在第一个星期较快，往后有减慢的趋势。查阅生产报表发现，烧嘴在整个正常运行时段内，各通道介质流量基本相同，变化极小。据此并通过计算(具体计算略)，找到了导致烧嘴产生波动、最终不能使用的原因所在，即：烧嘴在运行过程中，外头受炉温的影响，喷口处发生收缩，使外环隙减小，导致外环氧气出口流速不断增大，10d左右外环氧出口

5、流速即可增加约20％，流速绝对值增加约40m／s，直接后果就是带动煤浆出烧嘴流速增大，使煤浆压差减小，引起烧嘴波动，无法继续使用。   对于炉砖的过度烧损可做如下解释：外头出口处烧缩后，其内表面不再平直，变成了弧面。这样，在环隙减小、外环氧出口流速增大的同时，外环氧喷出方向亦发生了改变，出口角度大于正常的30°，引起煤浆雾化区域上移，且向四周喷射速度增大，燃烧着的煤浆流直接冲蚀炉砖，产生如前所述的炉砖损坏。   以上分析还可以很好地解释烧嘴在出现波动后，减负荷可使运行状况好转的现象：负荷降低后，外环氧量也会随之减小，流速下降，引起煤浆压差减小的因素部分消失，烧嘴的运行状况也就

6、向正常状态移动。4 技术改造   根据分析结果，烧嘴的波动及炉砖损坏的根本原因就是外头的烧缩。针对这一情况，首先想到的是直接消除外头端面喷口处的收缩。要做到这一点，必须使用耐温性能更好的材料替代现用材料。但经多方查询，最终不得不放弃这条途径。因为在用的烧嘴外头前端所用的UMCO50材料是日本为满足航天工业需要专门研制的特种材料，它不但在1200℃以上仍能保持良好的机械性能，同时具有能够满足烧嘴焊接要求的良好的焊接性能，目前还找不到更好的替代品。   在更新材料的方案被否决后，不得不采取改变原设计尺寸的措施。因为我们注意到，在烧嘴入炉后到出现压差波动之前这一段时间的运行是稳定的

7、，且各项运行参数基本保持不变。而外头的收缩则是随烧嘴的投用就开始发生的。这说明：烧嘴的外环隙是允许在原设计基础上有一定量的减小，只是当减小幅度超过允许范围时，烧嘴才不可用。据此可以假设：如果将外环隙做成比标准值大一定量，那么它收缩到极限值所需时间必然会延长，也就等于延长了使用周期。当然，这种做法的前提条件是扩大环隙后烧嘴能正常运行。为慎重起见，开始只做了少量的调整，即将标准环隙从3.32mm增至3.6mm，投用后正常。经数次试用，在相同条件下烧嘴的使用周期明显延长，平均达18d。经过进一步的观察和分析后