水煤浆气化炉工艺烧嘴有关问题分析

水煤浆气化炉工艺烧嘴有关问题分析

米圣伟,王春玉,王慧,冯路

（河南心连心化学工业集团股份有限公司，河南新乡 453700）

摘要：本文对水煤浆气化炉工艺烧嘴常见的故障问题进行了罗列，并对造成故障问题的影响因素进行了分析，在此基础上又对其改善策略进行了论述。

关键词：工艺烧嘴；水煤浆；气化炉；使用寿命；问题；策略

引言：工艺烧嘴是煤气化装置中需要用到的关键设备，其为氧气和水煤浆的混合雾化提供了路径，以使二者进入到气化炉后在燃烧室中发生反应生成粗合成气。其应用公司主要为中石化南化公司，其制造商主要为北京航天石化技术装备工程公司和GE。

一、常见故障问题

工艺烧嘴的工作环境处于高温高压状态下，故工艺烧嘴容易出现使用寿命较短的问题，很容易导致非计划停车，进而使得气化炉系统难以实现长周期运行。常见的故障主要表现为以下几方面：

1. 外环氧喷嘴向火面出现热疲劳裂纹甚至沟槽，裂纹或沟槽圆周或者径向形状。
2. 煤浆喷嘴出现较为严重的磨损，变薄且同心度变差。
3. 外环氧喷嘴头与冷却水盘管进口端相互连接的地方容易出现断裂状态的穿透裂纹【1】。

二、影响因素

1. 操作温度

炉膛是水煤浆气化炉工艺烧嘴的工作空间，其内部温度可达到1350。，虽然会在工艺烧嘴头部安装水夹套和冷却盘管，对其进行降温保护，但高温气体的侵蚀灼烧还是会对工艺烧嘴造成较为严重的损害。炉膛内的温度越高，这种损害就越为严重。除此之外炉膛内巨大的温度波动，也会因温差而对工艺烧嘴造成严重的损害。可以说工艺烧嘴的喷嘴部位集中了整个工艺机械加工应力，但喷嘴的焊接部件在厚度和材质上都不相同，这就导致喷在高温环境中释放应力过程中，会因为热疲劳而导致喷嘴出现裂纹，裂纹一旦形成会随着使用快速增大，最终导致焊缝开裂、烧嘴头部龟裂等问题。

2. 燃煤品质

燃煤的品质可以影响煤的灰熔点，而煤的灰熔点直接影响着炉膛内的比氧耗和炉温。灰熔点越高的燃煤，越容易形成挂渣层和渣瘤，进而增加了工艺烧嘴穿透的几率。燃煤在气化炉内部燃烧时，会在气化炉内部留下一些残留物，这些残留物挂在气化炉炉膛的表层形成挂渣层。挂渣层不断增厚会最终形成渣瘤，而渣瘤会对烧嘴中喷出的流体产生抗击力，这些高温的流体受到撞击后会溅射到工艺烧嘴没有冷却保护的部位，这时就会使得烧嘴头部出现很多的坑。这些坑就会变成工艺烧嘴的薄弱部位，如果处理不及时或者运行时间过长，都会导致凹坑部位被烧穿，进而导致泄漏问题。

此外，燃煤的品质不同还呈现不同的煤浆粒度和亲水性，而煤浆粒度会影响制浆过程中的添加剂的用量和性质，进而影响煤浆的稳定性；煤的亲水性会影响煤浆稳定性，亲水性差容易导致煤浆分层，在泵送和雾化时造成特性差，最终造成炉膛内温度波动和烧嘴压力增加，导致外环氧喷嘴损坏和煤浆喷嘴处磨损。

3. 烧嘴材质

由于高温工作环境，烧嘴对于材质有着一定的需求，如果材质不能达到相关的要求，自然容易出现磨损和裂纹等问题。对于中心氧管、煤浆、烧嘴外氧需要选择Ineonel 600 合金，该合金以铁、镍、铬为主，具有抗氧化性能和耐高温腐蚀性能，是一种固溶强化合金。对于烧嘴头部则应采用 Haynes 188 材质，以增加烧嘴的耐磨耐高温性能，延长烧嘴使用寿命。

4. 工况稳定性

炉膛压力、煤浆进料、氧气供给等均影响着炉膛内的氧煤比，而氧煤比会影响雾化角导致其发生变化，雾化角变化又会使得烧嘴头部端面发生温度变化，温度变化会造成烧嘴龟裂，所以工况的稳定性，也会对烧嘴的使用寿命产生影响【2】。当煤浆进料不稳定时、氧气供给不充足时、炉膛压力发生波动时，都会造成工况的不稳定，进而影响烧嘴的使用寿命。

三、改善策略

1.控制烧嘴单次使用周期

控制工艺烧嘴的单次使用周期可以延长其使用寿命，还可以规避一定的生产风险。工艺烧嘴的使用时间越长，其在使用中产生的裂纹和沟槽越难以修复，而且使用时间超长还可能会造成冷却水管泄漏或者外环氧喷嘴穿孔，这就不仅仅是工艺烧嘴使用寿命的问题了，会造成非计划停炉，更为严重的是有可能会引发爆炸事故。所以对于工艺烧嘴，不能单纯的追求其使用时间，要定期更换修复烧嘴，通过及时的修复延长其使用寿命，通过及时的更换避免生产风险。对于工艺烧嘴的单次使用周期控制应结合实际情况来控制， 6.5 MPa 压力下使用时间为70-90天更换，8.2 MPa 压力下使用时间为45-60天，前一个时间点为理想状态，后一个时间点为底线，超过最长单次使用时间易导致事故的发生。

2. 维修更换备件

对烧嘴进行定期的维修检查和保养可以延长其使用寿命。在高温环境中烧嘴头部部件很容易出现磨损变薄和裂纹的问题，在对烧嘴进行维修时要将其清洗干净，然后再借助于着色检查的方式确定其损坏情况。最容易出现严重损坏的部件是冷却水水管，其弯头部位很容易因为高温腐蚀而变薄，这时需要将其变薄的两端切除，然后焊接新的弯头，焊接时要与外环氧夹套和母管焊接在一起【3】。为了保障堆焊的效果，需要仔细打磨三个喷嘴，如果外环氧嘴的烧损较为严重，就要对其喷头进行更换。更换时要找好切割位置，定位要精准，焊接前要打磨平滑，要对喷嘴间隙和同心度进行测量，并着色检查裂纹。在完成修复后要对其进行脱脂处理，需要用到的材料是三氯乙烯或者四氯化碳，这样可以有效避免油脂污染氧气管道。外环氧夹套和冷却水盘管在完成修复后要通过水压试验来检验修复效果，确保没有渗漏问题后再吹干水分。

受热侵蚀最严重的是外环氧喷嘴，这也是设备故障中损坏频率最高的部件，对于它的维修，一般没有发生圆周和径向热疲劳裂纹穿孔，我们就可以采取堆焊修复的方式，并进行着色检查【4】。如果外环氧喷嘴已经出现了颜色发黑、失去光泽、表面毛糙等现象，或者在打磨和焊接过程中发生了穿孔和裂纹，那么就需要报废外环氧喷嘴，此时修理已没有意义，必须进行更换。

煤浆喷嘴如果出现磨损减薄的问题，可以通过堆焊处理，再通过着色检查、同心度检查后如可以达到使用要求，一般不需要更换。

外环氧夹套和冷却水盘管焊接处如果出现裂纹，可以选取与冷却水盘管相同的管材进行局部更换，按照需求制作好出弯头更换弯头即可，无需整体更换。

3. 加强操作管理

通过对操作管理的优化保障工况的稳定性，可以有效的延长烧嘴的使用寿命【5】。对于炉温的控制主要是使炉温高于煤的灰熔点。对于开炉次数要尽可能的减少，以使气化炉可以处于相对稳定的状态中。在停炉连续投料时要做好保温措施，以使温度变化不至于过于强烈。在投料后要调适好炉内压力，避免压力值发生较大的变化，并通过自动调节设置减缓压力波动。

结束语：

工艺烧嘴在整个生产工艺中占有重要的地位，对其进行维护保养和更换可以保障生产效益，避免生产事故。工艺烧嘴使用寿命的越长，生产效益越高，反之使用寿命越短，生产效益越低。为了保障工艺烧嘴的使用寿命，工作人员需要了解设备常见质量问题，明确问题产生的原因和关联因素，从而在工作中可以及时的关注于这些问题，并针对问题进行检查、维护和优化管理，以使工艺烧嘴可以在保障使用质量的同时延长使用寿命。

参考文献：

[1]朱海生. 水煤浆气化炉工艺烧嘴有关问题分析[J]. 机电信息, 2019(15):3-4.

[2]曹忠信. 水煤浆气化炉工艺烧嘴有关问题分析[J]. 中国石油和化工标准与质量, 2018(5):2-3.

[3]孟祥进, 魏静, 曹昆朋. 水煤浆气化炉工艺烧嘴泄漏原因浅析[J]. 化工设计通讯, 2022(4):4-5.

[4]刘立国. 水煤浆气化炉工艺烧嘴损坏问题分析与改进[J]. 设备管理与维修, 2019(24):2-3.

[5]李娇. 水煤浆气化炉工艺烧嘴泄漏原因探究[J]. 石油石化物资采购, 2022(10):3-4.