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烧嘴故障的成因及处理措施

  (2)烧嘴的最佳工作状态应与气化炉匹配,即在设计参数状态下,经喷出的煤浆与氧气的张角应合理,不得直接冲刷到耐火砖。其工作状态下的火炬长短(反应高温区位置)应合理,不能太长也不能太短,以避免对耐火砖及烧嘴本体带来不利的影响。

  (3)操作弹性大即能满足开车时的低负荷、正常生产时的满负荷以及单炉运行时必要的超负荷(50~120%),在操作弹性范围内应保证其工作性能。

  (4)使用寿命长,即在保证其工作性能的前提下最大限度的延长其使用寿命,以确保装置的长周期稳定运行及经济运行效能。鉴上所述,对工艺烧嘴性能的评价可通过对烧嘴液雾平均粒径、雾粒直径分布、雾炬张角和液雾流量分布等指标的测量来获得,但最终是以实际生产中的工艺指标来评定。

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  工艺烧嘴的结构形式是影响雾化性能的主要因素之一,结构形式和结构尺寸的变化都会使烧嘴的雾化性能随之变化。

  烧嘴的结构归纳为两大类:一类是内混式,及O2与水煤浆在烧嘴内的一混合室充分混合后喷出烧嘴。这种烧嘴经过雾粒参数的测定,表明其雾化性能较好,但对内混室的耐磨件要求较高,难以实现工业化大生产,进口的烧嘴为此结构形式。另一类是外混式,即现工业化大生产中国产化的应用类型(如航天十一所、国雄等厂家)。这种烧嘴与内混式相比,其最大的优点就是降低了对烧嘴头部耐磨件的要求,但雾化性能略差于内混式。

  在外混式烧嘴中,使用在水煤浆气化工艺上的主要为三流式外混烧嘴,其结构见图一。该烧嘴较好的实现了结构与材质的统一,在工业化大生产中体现了它的实用价值。在这种烧嘴结构中,在不同的负荷、不同的气液比情况下,为使工艺烧嘴在最佳状态下工作,其中心氧量都存在一最佳值,因此对于气化炉操作人员提出了较高的要求。

3工艺烧嘴性能的影响因素初探

  3.1工艺操作条件的影响

  3.1.1气液比的影响

  工艺烧嘴的原理是利用高速喷出的O2的动能来雾化煤浆,因此气液(煤浆)比会对烧嘴的雾化性能带来直接的影响。在对烧嘴(三流外混)的液雾平均粒经测定(SMD,舒特平均直径,sauter mean diameter),SMD随着气液比的增加而减小,但当气液比达到某一值(约0.5)之后,其变化趋缓,见图二。在实际操作中有两种可能会导致减小气液比的操作,一是煤浆浓度变稀时,为控制氧煤比(或炉温),而减小氧气流量;二是煤灰熔点过低,为追求工艺指标(主要为排渣温度)而减小O2流量,在这两种情况下,烧嘴的雾化性能变差,相当一部分反应物不能在炉内得到充分反应,使其碳转化率降低,反映在渣中的残碳增加。因此过低的煤浆浓度和煤的灰熔点对气化炉操作都是不经济的。

  3.1.2中心氧比例的影响

  中心氧的作用主要在于改善烧嘴喷出流体的流量密度分布。在对三流结构烧嘴的物理参数测定中发现,其中心O2量的增加使烧嘴喷出流体的流量密度、分布趋于均匀(见图三)。但SMD却有所增大,且雾炬的表现张角也有所增大。在实际操作中,随着负荷、压力的改变,其中心氧比例存在一最佳值(一般在12%~17%之间),这就要求操作人员根据炉温、炉况及渣中的残炭等情况及时的调整,以使烧嘴达到最佳的工作状态。

  3.1.3负荷的影响

  负荷弹性大小是衡量烧嘴性能的一个重要指标,烧嘴的雾化性能随着操作负荷而变化。一般的说,随着操作负荷的增加,烧嘴的SMD下降,当负荷达到设计负荷后,SMD变化趋势减缓(见图四),因此通过对烧嘴的负荷试验可探索烧嘴的最佳操作状况,主要是设计流速不能偏低,低负荷时,由于烧嘴出口氧气的影响煤浆流速下降黑区变短,热辐射轻度增大,容易烧坏烧嘴。

  3.2结构与材料的影响

  烧嘴的结构与材质二者之间的关系较为密切,往往在结构上较有优势的,其对材质的要求也较高。然而只图解决材料来提高寿命也是不实际的。试验表明,在我国现有的技术条件下,仅靠耐磨材料来解决烧嘴的磨损问题不是提高烧嘴寿命的最佳途径,只有在提高耐磨材料质量的同时,合理的改善烧嘴结构才是提高烧嘴寿命的有效途径。

  在材质方面,还存在烧嘴头部冷却盘管的腐蚀问题,从华鲁恒升、国泰、大南化等装置上使用的工艺烧嘴中,多次出现头部冷却盘管连接弯头及外部焊缝的裂纹,其它装置上也出现过同样的问题,而且还伴有烧嘴端部及盘管上的腐蚀凹痕,这是由于在该处表面产生汽凝液并又急剧地蒸发而产生的热循环所导致的热疲劳裂纹和腐蚀。

  3.2煤的质量影响

  煤中S会对烧嘴的寿命产生影响。目前,工业烧嘴的主要材质为Inconcl600、625,喷嘴头UMCO50,这些材料的高温状态下抗氧化性能好,但在高温下合金中的Ni和煤中的S易在晶间产生NiS,导致材料的腐蚀。

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(责任编辑:蒸发式冷凝器http://www.hbjdhgsb.cn/)

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