新型氣化爐工藝燒嘴損壞原因與改進方案

韓學琴

(同煤廣發化學工業有限公司，山西 大同 037000)

引 言

工藝燒嘴在水煤漿氣化系統中占據核心地位，能夠直接影響著水煤漿氣化爐使用壽命的主要原因之一。而在新型的四噴嘴對置式水煤漿加壓氣化爐中，因為工藝燒嘴位于氣化爐的筒體部位，在水煤漿進行氣化時會產生大量的熱氣流和熱輻射，工藝燒嘴會長時間受到這些熱氣流和熱輻射的沖刷，且這些氣流中的氫、硫等氣體具有一定的腐蝕性，長時間會腐蝕工藝燒嘴導致其損壞，例如：外氧管和水盤管的腐蝕化，燒嘴盤管開裂，或外氧噴頭損壞等問題，嚴重時則影響氣化爐的有效運行時間，并且給氣化爐的正常使用帶來危險。

1 對工藝燒嘴的要求

圖1 燒嘴總體結構

圖2 燒嘴噴頭部位剖面

其中對氧氣純度，壓力水煤漿的濃度，噴頭及冷卻盤管的材質也有要求，具體參考表1。

表1 燒嘴內各參數及材質列表

2 分析工藝燒嘴損壞的原因

2.1 安裝拆卸燒嘴的過程復雜繁瑣

在安裝燒嘴時其過程過于復雜繁瑣，操作失誤會引起燒嘴的損壞。比如安裝過程中，燒嘴與燒室不處于同一水平線上，會造成燒嘴傾斜，燒嘴的頭部盤管與燒嘴室壁互相干涉，增加安裝的困難性。而且燒嘴使用經過一個周期之后需要進行拆卸，其過程也十分困難，必須使用2 t倒鏈進行外拉，但這一操作可能引起冷卻水盤管的損壞，并且經過仔細檢查盤管會由于外拉作用，長度被拉長損壞而且盤管的外部會堆積大量殘渣，其主要原因是氣化爐停車后，在燒嘴室內堆積大量熔渣，大量殘渣包住燒嘴的盤管經過冷卻凝固為一體，嚴重影響拆卸工作，增加了盤管被拉壞的幾率。

2.2 燒嘴盤管損壞的原因

根據研究得出影響燒嘴穩定運行周期長短的主要原因是，燒嘴冷卻水盤管的使用壽命。通常燒嘴冷卻水盤管損壞的表現為，其前部彎頭與噴頭連接處等焊接縫的開裂，導致其冷卻水的泄露，必須停車更換新的燒嘴配件，影響燒嘴穩定運行的有效周期，對氣化系統的安全運行周期有限制作用。曾經更換燒嘴的最短周期僅為14 d，由此可見盤管損壞幾率之高。主要原因是焊接處存在應力作用，并且焊接縫處使用的是角焊的方法，由于厚度和使用材料的不同，氣體、殘渣具有腐蝕性，經過長期使用會產生細小的裂紋，這些裂紋會逐漸擴大最終造成開裂，這些都是造成開裂的主要原因[2]。

2.3 外噴頭表面龜裂

在燒嘴的正常使用中，隨著時間的推移，在燒嘴外噴扣邊緣會出現密集性的徑向放射裂紋和及不規則的龜裂，當龜裂面積超過斷面壁厚的50%時，則需要更換新的配件。噴頭的材質為Co50在選取材料時一定要進行嚴格審查，因為其表面長期受到高溫熱輻射影響，使用壽命受到其影響。

3 工藝燒嘴的改進方案

3.1 優化工藝燒嘴的安裝方法

為了降低盤管在安裝燒嘴時損壞的幾率，應當優化、簡化燒嘴的安裝方法。可以根據燒嘴結構的特點和安裝時應注意的事項，定制專門安裝燒嘴的推車，要求能夠在安裝燒嘴時簡單便捷地調整燒嘴位置，通過使用液壓裝置調整燒嘴位置，前段底部應裝有萬向調整輪便于調整方向，并且在氣化爐附近鋪設專用的安裝平臺，以確保地面的平整性，提高燒嘴安裝時推車前進時的平穩性，能夠平穩地安裝燒嘴。安裝工藝燒嘴通過采用專用推車的方案，能夠有效縮短安裝燒嘴的時間，減少安裝意外的幾率，使安裝燒嘴的質量得到了提高，在拆卸燒嘴時也有著相同的功效，能夠有效降低了拆卸燒嘴時燒嘴頭部和外拉盤管的損壞幾率[3]。

3.2 針對冷卻水盤管的改進方案

在燒嘴冷卻水的進、出水管之間存在著間距，為了對其進行改造縮短了進、出水管的間距如表2所示。

表2 改進前后出水管與進水管的間距對比表

經過改良之后對盤管的工藝要求更加嚴格了，能夠增加冷卻面積以提高對盤管的保護性能，同時增加了外氧噴頭的安全性，達到了有效提升冷卻盤管壽命的重大作用。同時由于減小了燒嘴頭部的體積，便于安裝，能夠降低安裝、拆卸時損壞的幾率，減輕了焊接縫的應力，降低了焊接縫開裂的可能性。冷卻水的進水管從大角度彎管改成90°彎頭進入冷卻水夾套，如圖3所示，能夠減輕由于受熱后受拉伸力的不同而產生裂紋、開裂等問題。

圖3 燒嘴頭部示意圖

3.3 為冷卻水盤管前焊接擋板

可以通過在燒嘴噴嘴前方焊接金屬擋板，其具體參數參考表3。

表3 金屬擋板詳細參數表

通過額外焊接金屬擋板如圖4，使用120 d之后損傷輕微如圖5，能夠有效保護山嘴前段的焊接縫，從而提高燒嘴的使用壽命，延長氣化爐的工作周期。

圖4 燒嘴使用前的照片 圖5 使用120 d以后燒嘴的照片

4 改進操作避免冷卻水室開裂

通過控制燒嘴的冷卻水進入量，提升其頭部的換熱量，能夠有效降低燒嘴頭部的溫度，提高外氧噴嘴的使用壽命；更改煤槳出口的大小，控制噴口煤槳的流動速度，在規定的前提下降低出口煤槳的流出量，能夠有效延長噴頭的使用壽命。

5 對冷卻水盤管和外氧管的保護措施

在燒嘴的頭部位置進行澆筑模具，在其凝固后進行修整，能夠發現在經過長時間使用之后燒嘴部分基本無損壞，無腐蝕，詳見圖5，這樣既能保護水盤管，又能保護盤管間的焊接縫，提升燒嘴拆卸的便捷性。同時在燒嘴的安裝前，應當使用20 mm的厚巖棉包裹外氧管，能夠減輕氣體、殘渣對外氧管的腐蝕。最應該注意的一點是對燒嘴維修的嚴格審查，在確定維修過程中，各項操作都必須符合規范的要求，維修后進行嚴格的檢測以確保燒嘴維修的質量[4]。

6 結束語

本文針對工藝燒嘴損壞的原因提出改進方案，并取得了明顯的提升效果。有效提升了燒嘴安裝的便捷性，延長了燒嘴的使用壽命和氣化爐的工作周期，減少停車次數，提升了工作效率，領先同類燒嘴的平均壽命，在提升生產系統收益的同時給生產運行帶來了優質的保障。