GE水煤漿氣化工藝燒嘴問題與處置分析

＊姚永福

（國能榆林化工有限公司 陜西 719300）

1.GE水煤漿加壓氣化爐工藝結構

水煤漿加壓氣化爐工藝燒嘴一般采取的是同心三套管，即，三流道外混式結構，燒嘴頭部設有冷卻水盤管，前端有水夾套，形成中心氧管-煤漿管-外環氧管的基本構造體系，而在工藝燒嘴中心位置，中心氧管要設計為縮口結構，能在提升中心氧加速效果的同時，確保出口流速能被控制在150m/s到180m/s之間，具備良好的應用效果[1]。

圖1 GE水煤漿加壓氣化爐工藝燒嘴結構

另外，端面距離燒嘴端面的基準面要維持在良好的結構模式上，并且維持固定的縮入量，配合應用要求就能形成水煤漿和中心氧結構匹配的預混合腔結構。并且，借助中心氧就能對水煤漿予以稀釋處理，在改變流變性能的同時還能將其轉變為霧化效果。

2.GE水煤漿氣化工藝燒嘴問題及原因

本文以A公司某臺GE水煤漿加壓氣化爐為例，在其運行過程中，具體參數如表1所示。

表1 設備運行關鍵參數一覽表

(1)運行變化

在運行一段時間后，對參數變化動態進行了分析。

第一，在使用3天到7天后，煤漿的壓差出現了變動，從0.4MPa降低到0.2MPa，甚至會偶爾出現負壓差的問題[2]。操作人員在進行對比分析后發現，在出現壓差波動前，對應的生產裝置工藝運行指標并沒有明顯的異動情況。并且，在壓差出現波動的瞬間，氧氣閥門的開度沒有變化，但是氧氣的瞬時流量卻出現了驟升現象，而對應的氣化爐燃燒室高溫熱電偶升高到1350℃，造成對應的警告信息。

第二，燒嘴在壓差出現波動后，冷卻水盤管的進出口流量也伴有異動，表現為參數的上下跳動，與此同時，冷卻水回水分離罐也伴有間斷式的CO報警信息，使得整個系統出現被迫停爐的現象。

第三，設備的總氧量也會產生波動，使得粗煤氣中的一氧化碳組分出現變動，依據其進行運行工況的判定，發現運行狀態并不穩定[3]。

(2)產生的問題和原因

為了提升GE水煤漿氣化工藝燒嘴應用質量，要結合數據以及對比分析結果全面分析燒嘴出現的問題，并結合問題的表現形式和具體情況評估產生問題的原因，從而結合具體問題落實相應的處理工序，減少操作不當或者是設備運行狀態不好造成的經濟損失，全面提升設備的應用水平，實現經濟效益的最優化。

①產生的問題。停爐后，檢查燒嘴結構，發現燒嘴結構的頭部位置龜裂問題較為嚴重，且對應的龜裂問題呈現出的是放射狀態，數量隨著爐內運行時長的增長加深。受到壓差波動頻繁的影響，坑面數量和深度有所差異，表現為持續時間越長，焊縫損傷越為明顯和突出。另外，中心氧噴嘴的頭部縮徑沖刷磨損也較為嚴重，這就使得中心氧管出現了嚴重的晃動現象，逐漸和煤漿噴頭的軸向同心度出現了偏離[4]。除此之外，煤漿噴頭沖刷磨損較為嚴重，這就使得內徑尺寸出現了明顯增大的問題，尤其是內側的斜面，磨損非常明顯。燒嘴的運行周期也隨之縮短，標準燒嘴運行周期一般為80天，而出現故障后的燒嘴運行時間平均為15天到30天。

②原因分析。為了更好地分析工藝燒嘴產生問題的原因，對同規模的水煤漿氣化裝置進行了操作參數和燒嘴關鍵參數的對比分析。

第一，結合表2的數據分析可知，目前同行業中裝置的氧氣壓差一般集中在1.2MPa左右，A公司的氧氣壓差為1.6MPa，明顯高于同行業。參數的差異使得裝置的預混合腔水煤漿的流速明顯出現了增大的問題，也加劇了燒嘴煤漿噴頭的磨損程度[5]。

表2 裝置工藝運行參數對比

第二，結合表3的相關數據可知，在其他參數相差較小范圍內，燒嘴的長度A公司要明顯較長，且伸出量存在較大的差異，表現為燒嘴過度深入到爐膛，使得燒嘴頭部的大部分面積都直接暴露在高溫高壓環境和高還原性介質環境中，難免會造成局部過熱問題增多，甚至會出現熱腐蝕問題。

表3 燒嘴運行參數對比

第三，燒嘴使用時間的增長就會造成金屬內部的鎳元素在化學反應作用下形成析出效果，這就大大影響了金屬材料性能，使得金屬疲勞強度降低，抗疲勞能力下降。在氣化爐運行期間，由于燒嘴壓差出現頻繁波動，甚至出現負壓差的狀態，導致燒嘴內部煤漿和氧氣因壓差波動，噴出后的煤漿不能達到良好的霧化效果，氧氣與煤漿不能充分混合，出現局部氧量過大，致使燒嘴頭部受到過氧燃燒而產生龜裂，嚴重影響燒嘴的使用壽命[6]。

第四，隨著燒嘴頭部龜裂加劇，產生斷裂，形成裂縫，由于爐內高壓狀態，可燃氣體通過裂縫倒竄進入燒嘴冷卻水盤管內，使得燒嘴冷卻水出口位置直接出現一氧化碳報警信息，問題嚴重也會造成冷卻水大量泄漏，冷卻水流量下降，水溫上漲，進一步觸發系統三選二聯鎖氣化爐跳車。

3.GE水煤漿氣化工藝燒嘴問題處置建議

為了全面提升GE水煤漿氣化工藝燒嘴應用質量，要結合實際情況落實更加合理的參數優化處理機制，完善問題處理水平，確保技術操作和設備應用管理工作都能滿足運行質量標準，最大程度上實現經濟效益和管理效益的共贏。

（1）提高燒嘴煤漿壓差。對于煤氣化工作而言，煤漿壓差是衡量其正常水準的關鍵指標，因此，為了保證GE水煤漿氣化工藝燒嘴綜合控制效果，就要對其予以集中管理，有效維持應用效果。避免不當操作對燒嘴霧化效果產生影響。結合設備的實際運行經驗，要適當對煤漿口徑予以調控，并且在燒嘴煤漿噴頭的內部增加一些硬質合金，能有效維持耐磨效果，并且將煤漿噴頭的深度從7mm縮小到6mm，中心氧噴頭深度也要有效縮短，維持良好的處理流程，確保工藝指標和燒嘴運行周期都能滿足應用效果。

（2）降低燒嘴氧氣壓差。前文提到A公司GE水煤漿氣化工藝燒嘴氧氣壓差較高，為了更好地提升其運行質量，要對壓差參數進行合理性的控制，將其約束在規定的數值范圍內，從而維持綜合處理水平，盡量避免壓差參數不當產生的不良影響。第一，將燒嘴壓差控制在1.1MPa到1.2MPa之間，就能合理性控制氧氣流速，避免熱反流問題，也能減少燒嘴頭部溫度升高造成的龜裂問題。第二，合理性控制壓差參數還能有效提升燒嘴霧化效果，避免煤氣化運行中有效氣體含量不符合指標要求，依據具體的操作流程和控制模塊提升參數應用效果。第三，中外噴頭的環隙要從4.2mm升高到4.8mm，保證尺寸結構和煤漿流速相匹配，維持穩定燒嘴壓差的同時，有效延長結構的運行時長。

（3）增設保護措施。在GE水煤漿氣化工藝燒嘴工藝升級的過程中，要結合燒嘴盤管的具體情況和應用要求，利用焊縫增設保護裝置的方式減少不良因素對其安全運行造成的影響。因為工藝燒嘴的外部冷卻水盤管會在氣化爐內收到熱輻射作用，甚至會受到硫元素的腐蝕，冷卻水盤管和燒嘴外氧噴頭的處理能盡量減少斷裂的問題。與此同時，要盡量縮短燒嘴的長度，將其控制在935mm左右，配合參數優化改造就能大大提升燒嘴的使用壽命，從而減少頻繁波動問題對運行質量產生的影響。A公司在對GE水煤漿氣化工藝燒嘴進行升級處理后，燒嘴的壽命提升到62天左右，也減少了盤管破裂以及壓差波動產生的停車事故，為安全運行穩定操作提供了保障。

4.結束語

總而言之，GE水煤漿氣化工藝燒嘴應用管理工作中，要將工藝燒嘴的壽命和應用質量作為關鍵，其對生產系統的穩定運行以及企業運營成本具有重要的影響，除了受到工藝操作的影響，也要對運行環境以及運行參數等進行集中處理，全面提升技術應用和改造效果，延長使用壽命，提升設備運行的經濟效益。