提高氣化爐燒嘴使用壽命的實踐

敖曉輝

（中海石油華鶴煤化有限公司，黑龍江鶴崗 154100）

0 引言

煤氣化爐是工業生產領域的關鍵生產設備，總體結構復雜，氣化燒嘴是其重要構成。但因為氣化燒嘴處于特殊的生產環境下，高溫、高壓等極端環境條件都使其使用面臨較大的考驗，如外氧噴頭龜裂、煤漿環隙過大等都是出現頻次較高的問題。因此，為發揮其在生產領域的作用，專業人員應結合其使用壽命的影響因素，正確操作設備并做好相應的操作管理和參數控制。

1 工藝燒嘴壽命周期的確定

四噴嘴氣化爐（工藝）燒嘴是生產領域的重要設備，在使用過程中一般是將一組燒嘴的前期使用壽命周期平均值作為計劃檢修的參考周期，但因為生產工況有多種，且每種工況都有各自的特殊性，這導致工藝燒嘴的壽命周期有長有短[1]。燒嘴是否失效有多種判定依據，當燒嘴使用時出現了外氧噴頭冷卻水水室嚴重龜裂、煤漿噴頭出口磨損、孔壁沿軸向存在裂縫、中心氧噴頭出口內孔磨損并存在斷層腐蝕等情況時，需要立即更換燒嘴，否則將影響整個生產流程。

2 影響因素分析

2.1 原料煤成分對燒嘴壽命的影響

影響氣化爐燒嘴使用壽命的因素有很多，原料煤成分僅僅是其中的一個。在水煤漿氣化過程中，原料煤首先應經由特定工序制備成相應的煤漿，為提升煤漿性能，所選用原料煤的成漿性應符合要求。此外，原料煤選用時，灰分、灰熔點等均應該與氣化爐的結構、性能等要求完全一致，以使整個生產更加經濟。水煤漿氣化過程中對于溫度、原料煤灰分有著嚴格的標準，根據生產經驗，灰熔點溫度在1200℃以下、原料煤灰分在11%～14%時生產效果最佳。在原料煤配比相對穩定的條件下開展調查和分析，發現低灰分煤生產時燒嘴的使用壽命相對長一些，并且原料煤灰分經由對燒嘴腐蝕情況的影響而最終影響其使用壽命。但在使用高灰分煤的情況下，燒嘴內氧噴嘴、煤漿噴嘴前部將會在較短的時間內快速變薄，加劇煤漿噴頭處的燒蝕現象，極易引起噴頭內側肩部的縱向裂紋產生；外氧噴嘴端面同樣存在著一定的燒蝕，而此現象隨著大密度反射性裂紋的生成。如果使用的是低灰分煤，燒嘴噴頭處的磨損并未發生明顯的變化，但此種情況下的燒蝕程度并不明顯[2]。

2.2 燒嘴設計及質量問題

燒嘴設計、質量方面的問題同樣會影響氣化爐燒嘴的使用壽命。如果燒嘴存在結構設計不合理、使用劣質材料等問題，不僅在生產過程中將會出現各種問題，燒嘴的使用壽命也難以達到預期的設計標準。

2.3 惡劣的工作環境

氣化爐燒嘴的工作條件極端惡劣，高強度、長時間工作勢必會加劇其的腐蝕、磨損等問題。燒嘴通常處于1350～1450℃、8.5 MPa的高溫、高壓條件下，增大了其磨損、外氧噴頭龜裂等問題的概率，難以在設計壽命內保持最佳的使用性能。

3 提高氣化燒嘴使用壽命的措施

3.1 燒嘴頭部結構改進

在完成相應的生產作業時，燒嘴頭部直接與物料相接觸，因為處于極端苛刻的高溫、高速氣流等生產條件下，極易導致燒嘴頭部出現問題（圖1）。為避免燒嘴頭部異常影響使用壽命，應根據生產特點做好燒嘴頭部的結構優化，例如在燒嘴頭部設置對應的保護套，在燒嘴室形成一定的封閉空間、阻礙煤灰渣進入。保護燒嘴頭部，不僅可以減弱對燒嘴的腐蝕和沖刷、使拆裝更為便捷，還可以使其在設計壽命內保持最佳的工作狀態。氧化鋁空心球澆筑材料的強度合適、導熱系數小、隔熱效果好，即使處于高溫等惡劣條件下依舊可以保持良好的性能，因此將其包裹在燒嘴頭部可以實現保護的目的。

圖1 燒嘴頭部示意

3.2 確保煤炭質量

原煤質量對氣化爐燒嘴使用壽命也有一定影響，為避免原煤質量不達標導致燒嘴使用壽命縮短的問題，在生產過程中相關人員應加強對煤炭質量的控制，將煤炭中多余的鐵絲、鐵塊、石塊等雜物及時清除干凈[3]。

3.3 工藝燒嘴結構間隙尺寸

燒嘴的結構相對特殊，這使得間隙尺寸成為需要關注的一個重要參數，間隙過大或過小均不利于燒嘴的正常使用。基于燒嘴的結構特征，在高速的氧氣條件下，煤漿可以實現霧化，但環隙內氧氣流速最好保持在110～120 m/h。為保持燒嘴的最佳使用性能，應以系統負荷作為設計標準，科學控制燒嘴的三通道間隙并做好相應的優化工作，通過科學調整噴嘴氣流速度來達到最佳的霧化處理效果。以某工藝燒嘴的使用為例，該燒嘴在使用初期就存在龜裂問題，在運行40多天以后，龜裂問題愈發嚴重，燒嘴內氧氣交際流速非常小，在對這一參數實施相應的調整以后，燒嘴的運行狀態明顯改善。因此，間隙尺寸是影響工藝燒嘴的最重要因素，在對其進行調整時應綜合考慮多方面的因素，使其保持在合理區間。

3.4 負荷及工況的穩定性

衡量燒嘴性能的指標有很多，其中負荷彈性大小極為重要。在使用過程中，隨著操作負荷的變化，燒嘴的霧化性能也隨之變化。每個燒嘴都有對應的使用負荷范圍，在運行時一旦這些參數超出正常標準，燒嘴將難以保持其正常使用，使用壽命將大大縮短。因此，為延長燒嘴使用壽命，在生產過程中應盡量保持負荷與工況穩定，結合實際的生產條件要素，將負荷、工況的相關參數控制在正常標準內[4]。

3.5 優化操作與管理

生產作業過程中的操作是否規范、管理是否到位，同樣會影響到氣化爐燒嘴的使用壽命，因此應不斷優化操作和管理，具體可以從以下5個方面來進行。

（1）操作過程中盡量減少開車和停車次數，使爐況保持相對穩定，正常運行情況下最好不要停車，停爐以后需要做好相應的保溫處理，使投料時的爐膛溫度保持在正常范圍內，投料過程中盡量避免溫度的極端波動。

（2）加強對氣化爐負荷的調整和控制，一般以設計負荷的80%～100%為宜，盡量避免燒嘴在過低或過高的工況下長時間運轉，如果出現超負荷運行的情況，應進行燒嘴裝配尺寸的必要優化[5]。

（3）燒嘴運行過程中，有關人員要密切關注煤漿通道的壓差。根據生產經驗，當煤漿壓差異常升高時，煤漿通道內可能會出現一定的雜物，但當其壓差偏低時可能伴隨煤漿環隙的嚴重磨損。因此，應將壓差控制在正常范圍內。

（4）適當提高燒嘴噴頭的自冷卻能力，原先燒水冷卻水盤管在噴頭水室的位置保持著側進側出的方式，為提升燒嘴噴頭的自冷卻效果，應用下進上出的方式來取代側進側出的方式，在噴嘴修復時進行頭部水室尺寸的科學調整，使得在內外側厚度與端蓋厚度基本相同的情況下，外氧噴頭冷卻水水室的冷卻水流速超過冷卻盤管內的水流速度。

（5）燒嘴運行時應保持溫度的均勻性，避免出現局部溫度異常偏高的情況，當保持燒嘴冷卻水壓在氣化爐爐膛壓力以內時，應適當增大燒嘴冷卻水的流量。

4 結束語

作為水煤漿氣化過程中的重要設備，工藝燒嘴在使用過程中常常會由于操作不當、工藝參數設計不合理等而影響其使用壽命。為了使工藝燒嘴在設計年限內維持其最佳狀態，應根據影響其使用壽命的相關因素，做好相應的調整和優化。