摘要：水煤浆气化工艺属气流床气化工艺。其原理是将水煤浆与气化剂(纯氧)通过装在气化炉顶的特殊设备——工艺烧嘴(通过氧流股与煤浆流股的动量交换)雾化煤浆，使煤浆在高温气化炉内进行快速气化与燃烧反应得到产物煤气。
烧嘴使用寿命是决定水煤浆气化炉生产周期长短的关键因素，60%的煤气化安全事故都与烧嘴有关，或由烧嘴引起，或首先造成烧嘴损坏。烧嘴损坏时，可能直接造成气化反应氧碳比失调，使气化炉进料系统物料紊乱，引发气化炉超温、过氧爆炸等严重事故。因此，除了把好烧嘴成品质量外，运行使用中的监控和管理也是非常重要的。
关键词：气化炉工艺；烧嘴；运行监管；分析
1 导言
工艺烧嘴是水煤浆气化装置的核心设备，是影响水煤浆气化炉能否长周期运行的关键因素之一。新型多喷嘴对置式水煤浆加压气化炉工艺烧嘴由于安装在气化炉筒体上顶部，在气化炉运行过程中，烧嘴头部受到炉内高温气流冲刷、高温热辐射及合成气中硫化物、氢气等气体的腐蚀性作用，在使用中出现烧嘴盘管损坏、外氧喷头龟裂、外氧管及冷却水盘管腐蚀等现象，造成非计划停车，不仅影响气化炉长周期运行，还给气化炉运行带来严重安全隐患。
2 工艺烧嘴简介
水煤浆工艺烧嘴结构形式为同心三套管预膜外混形式，从里到外分别为中心氧管、煤浆管、外环氧管。为使喷嘴免受高温影响，外氧喷头的头部（向火面）采用夹层冷却，冷却水直接进入向火面冷却室，冷却向火面金属，自冷却室出来的水流沿喷嘴旋转8周经法兰流出炉外，三个喷头均设计成缩口形式，目的是对氧气及水煤浆进行加速。
其中工艺介质氧气纯度≥99.6%、压力为6.0 MPa，水煤浆浓度60%、压力为4.0 MPa。由于工艺烧嘴工作在高温、高冲刷、高腐蚀性环境中，其本体及喷头部位均采用耐高温、耐腐蚀的特种材料制做，喷头材质为Co50，本体及冷却盘管材质为Inconel600。功能是通过烧嘴的水煤浆及氧气的再加速和充分混合，在同一水平面上向中间对喷，形成由射流区域、撞击区域、撞击流股、回流区域、折返流区域和管流区域组成的气化炉燃烧室内部流场结构。
3 烧嘴的改造、保护及优化
常见对工艺烧嘴的损坏主要因素有3种：1.冷水区盘管和外喷头焊接处的热应力、冷却水盘管内的冷却水温度控制不当对盘管表面的低温腐蚀，冷却水盘管弯制过程中的加热温度和弯制速度管材的变形量和减薄量对冷却水管的破环2.中喷头的物理磨蚀3.反应热、化学腐蚀、应力对外喷头的影响。
据统计，影响工艺烧嘴长周期稳定运行的主要因素是冷却水盘管的损坏。工艺烧嘴进、出口盘管焊缝处由于属角焊，焊肉薄，国内暂时还没有质量检测方法，存在的问题往往在运行过程中才能暴露出来。冷却水盘管损坏的主要形式是前部弯头与外氧喷头连接处焊缝开裂，导致冷却水泄漏，必须停车更换新的工艺烧嘴。
3.1 冷却水盘管的保护
合成气夹带的灰渣进入烧嘴室，与烧嘴冷却水盘管腐蚀、拆卸困难、烧嘴盘管损坏等现象都有直接关系。因此，需对烧嘴头部冷却水盘管部位进行保护，使烧嘴室形成相对密闭的空间，可有效防止气化炉内灰渣进入烧嘴室，既减轻了烧嘴的腐蚀，又便于烧嘴的拆卸。由于烧嘴头部在气化炉内处于高温区，用于头部保护的材料应为耐高温、易成型的材料。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆氧化铝空心球浇注料具有耐腐蚀、耐高温、易成型的特性，通过对氧化铝空心球浇注料进行配料和浇注方法试验后得到配料方法，能在40min成型凝固后加以修整定型。根据烧嘴室尺寸制作模具，在烧嘴头部按烧嘴室尺寸整体浇注，一次成型。改造后的烧嘴使用120d后，烧嘴保护依然完好;清除保护冷却水盘管的氧化铝空心球浇注料后，冷却水盘管未发现受到侵蚀。实践证明：该改造措施在有效保护烧嘴冷却水盘管不受侵蚀的同时，也保护了盘管焊缝，方便了烧嘴的拆卸。
3.2 加焊挡板保护烧嘴冷却水盘管焊缝
在烧嘴向火端面上（水冷盘管焊缝的正上方）焊接1块宽度为22 mm、厚度为5mm、材质为Inconel600的金属挡板，目的是对直接面对向火面方向高温流体传热和烧蚀的水冷盘管的焊缝进行保护。要求挡板与烧嘴端面相接触的部位应在烧嘴水冷空腔的上方，以便及时移走热量。使用120d后检查，发现保护挡板仍然完好，有效地保护了烧嘴前部弯头处焊缝。
4烧嘴管理
4.1 运行管理要点
（1）按PDF工艺包提供的数据控制烧嘴进料，确保工艺烧嘴在最佳工作状态下运行；（2）投料后，在压力升至1.0 MPa、2.0MPa、3.0 MPa时对烧嘴法兰进行查漏；（3）每小时对烧嘴周边区域温度测量、记录1次；（4）每周从烧嘴冷却水分离罐（烧嘴冷却水槽放空管）处取样1次，检测CO含量；（5）定期校验在线CO分析仪的准确性，按照规范规定定期校验；（6）定期查看、关注烧嘴进出口冷却水流量、压力，增设微量波动流量差报警信号；（7）操作人员监控烧嘴压差情况，发现变化异常，及时排查原因；（8）拱顶超温或筒体局部位超温时，应查看烧嘴运行有无异常，相关指标趋势有无异动；（9）控制室人员实地监控现场烧嘴画面；（10）负荷弹性大小是衡量烧嘴性能的重要指标，低负荷时应特别关注烧嘴流速控制；（11）煤浆灰熔点、灰分应严格控制在指标范围内；（12）禁止高炉温操作。
4.2 台账管理
建立一套完善的烧嘴运行及检修台帐。设立烧嘴专用日志/记录本，所有的仪表测量出来的与烧嘴操作有关的变量均应定期监控。这些变量主要包括氧气与煤浆（入口温度，压力和流量）、冷却水（进出口温度、流量和进口压力）、气化炉操作状况（压力、温度和合成气组分）和产灰量。另外，针对这些变量，还应该记录烧嘴的操作日期、时间、开启次数。对烧嘴上的关键部件（如烧嘴的内外枪和内外喷头）编号，建立检修、检查记录。
同时不论是新烧嘴还是更换下来返修的烧嘴，一定要结合烧嘴运行台帐完整记录下来，这些日志要包括烧嘴目视检查、照片、关键尺寸的测量以及烧嘴的维修和检测记录，数据、材料、型号或组件最好都要包括在内。因此准确地做好记录不仅能详细监测烧嘴的运行情况，而且为分析、技改从而延长烧嘴使用寿命提供重要的数据支持。
5 结论
通过采取以上措施后，再未出现冷却水盘管泄漏现象，烧嘴头部的使用寿命明显延长，碳转换率也明显提高，而且工艺烧嘴使用稳定。这为气化炉的长周期稳定运行打下了坚实的基础，也为整个生产系统的稳定、高效运行提供了有力保障。
参考文献
[1]刘有芳.工艺烧嘴的创新及在气化炉水煤浆系统中的应用[J].机械研究与应用,2011,03:85-86.
[2]郑敏平,滕兴荣,郝丁华,马建立.合成氨装置气化炉烧嘴镍基耐热合金焊接工艺改进[J].大氮肥,2016,01:39-42.
[3]艾尔肯•牙森,何耀伟,孔晨辉.德士古气化炉烧嘴泄漏的监测和判断[J].大氮肥,2004,06:407-408.
论文作者:赵德伟
论文发表刊物:《电力设备》2017年第10期
论文发表时间:2017/7/31
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