殼牌氣化爐煤燒嘴和燒嘴罩找正方法優(yōu)化

余孝勇

(云南大為制氨有限公司，云南 沾益 655338)

殼牌煤氣化技術(shù)是當(dāng)今世界上較為先進(jìn)的現(xiàn)代潔凈煤氣化技術(shù)[1-2]。氣化爐采用水冷壁結(jié)構(gòu)，燒嘴、燒嘴罩的安裝直接影響到裝置的穩(wěn)定運(yùn)行以及煤消耗。為解決這一難題，通過多次與殼牌公司溝通、交流，并結(jié)合國內(nèi)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況對燒嘴、燒嘴罩安裝的找正方法作出了優(yōu)化。

1 殼牌氣化爐開車流程

氣化爐用一體化燒嘴進(jìn)行開車，用泵送來的柴油作燃料，在氣化爐內(nèi)與高壓氧氣燃燒，給氣化爐升溫。系統(tǒng)工作過程中一旦壓力達(dá)到設(shè)定值之后，投入第一個粉煤燒嘴，點(diǎn)燃煤粉，隨后退出一體化燒嘴，4個煤燒嘴[3]全部投運(yùn)后轉(zhuǎn)入正常生產(chǎn)。初期不合格的煤氣經(jīng)火炬燃燒后放空。

2 煤燒嘴及燒嘴罩簡介

燒嘴罩又稱保護(hù)煤燒嘴，是殼牌氣化爐的一個關(guān)鍵部件，在氣化段的高溫環(huán)境中工作，安裝在煤燒嘴頭部，防止火焰偏流是供從煤燒嘴噴出的煤/氧氣流進(jìn)入氣化爐的一個水冷的、圓錐形的通道。燒嘴罩實(shí)際上是一個喇叭形的小廢熱鍋爐，環(huán)形管(共8圈)中通入冷卻水強(qiáng)制循環(huán)[3]，生成中壓蒸汽，把熱量移走，從而達(dá)到降低燒嘴頭部溫度的作用。氣化爐膜式壁、煤燒嘴與燒嘴罩之間的裝配關(guān)系如圖1所示：

圖1 氣化爐、燒嘴、燒嘴罩示意圖

殼牌氣化爐設(shè)計采用4臺煤燒嘴對稱布置，1#與2#、3#與4#交叉相對，氣化爐水冷壁中心距 3183 mm，爐體中心線與煤燒嘴中心偏差4.5°，煤燒嘴偏置中心線外切爐體中心圓直徑 264 mm ，4臺煤燒嘴理想中心位置相切于圓，且在同一水平高度上。

3 存在的問題

2021年8月5日，系統(tǒng)停車，氣化爐停車檢修主要更換了2#、3#煤燒嘴[4]；8月21日，系統(tǒng)開車，出現(xiàn)異常情況，主要表現(xiàn)為(工藝指標(biāo))：渣沫密度由2%～3%上升至5%～7%，濾餅量由30～60 t/d上升至150～200 t/d，t氨煤耗由1.26上升至1.32左右。從工藝指標(biāo)中看出，燃燒不充分。

4 原因分析

4.1 燒嘴頭質(zhì)量問題

我公司燒嘴頭使用后的管理方式采用返廠維修，對燒嘴頭部組件進(jìn)行更換。更換過程中因加工質(zhì)量問題，極有可能焊接形變和裝配指標(biāo)超標(biāo)。

在2022年4月2日系統(tǒng)停車，分別對燒嘴焊接變形量及裝配尺寸進(jìn)行復(fù)核，復(fù)核數(shù)據(jù)顯示，燒嘴焊接變形量及裝配尺寸在控制指標(biāo)內(nèi)。

現(xiàn)場檢查燒嘴，并未產(chǎn)生焊接形變及裝配指標(biāo)超標(biāo)，所以可以排除燒嘴頭質(zhì)量問題。

4.2 煤粉噴射管磨損

我公司煤粉的輸送主要采用高壓氮?dú)鈦硗瓿桑瑝毫?4.7 MPa，流速 7.9 m/S，在這種工況下運(yùn)行，氣體推動煤粉顆粒流動的同時沖刷燒嘴噴射管內(nèi)壁，極易造成管徑增大，流速降低及偏流。

停車后對煤粉噴射管進(jìn)行測量，均在指標(biāo)范圍內(nèi)，未見磨損，由此可排除磨損問題。

4.3 燒嘴安裝質(zhì)量問題

我公司在以往燒嘴檢修裝配過程中，通常采用的方法為(見圖2)：調(diào)整煤燒嘴與燒嘴罩第八圈環(huán)管徑向間隙，在燒嘴頭部圓周0°、90°、180°、270°方位記錄，用 0.1 mm 精度的楔形塞尺進(jìn)行測量，徑向誤差≤2 mm。燒嘴罩第八圈作為定位基準(zhǔn)管，中心環(huán)管在制作，組對過程中產(chǎn)生形狀誤差。

圖2 楔形塞尺找正圖

經(jīng)分析認(rèn)為，以上述方法可能導(dǎo)致燒嘴水平度存在偏差，4臺煤燒嘴噴射中心未在同一水平面，煤粉噴射不能在理想位置相切，個別燒嘴噴射中心極有可能向下傾斜，安裝圖見圖3。

圖3 燒嘴安裝示意圖

2022年4月2日系統(tǒng)停車，分別對燒嘴高差及相切圓進(jìn)行測量，測量數(shù)據(jù)見表1。

表1 燒嘴找正復(fù)核表

通過對安裝尺寸進(jìn)行復(fù)核，上下高差達(dá) 7 mm，水平偏差達(dá) 8 mm，嚴(yán)重高于設(shè)計值。由此，燒嘴安裝問題是主要原因。

5 解決方案

針對以上原因，重新對4個煤燒嘴進(jìn)行優(yōu)化找正。第一步：對燒嘴、調(diào)整環(huán)與設(shè)備主法蘭的安裝方位進(jìn)行定位標(biāo)記。第二步：抽出煤燒嘴及相關(guān)附件。第三步：以1#、2#、3#、4#燒嘴大蓋內(nèi)孔拉線找出交點(diǎn)，交叉點(diǎn)作為氣爐中心點(diǎn)(拉線與模具中心交叉重合點(diǎn))，煤燒嘴中心切線圓模板定位及固定，模板支架采用水平儀確定水平度，然后點(diǎn)焊固定見(見圖4)。第四步：煤燒嘴安裝找正中心點(diǎn)確定，用調(diào)節(jié)螺栓固定(見圖5)。第五步：在鋼平臺上劃出四根引入射線，做出四根線的切線圓水平面，切線圓的中心即為主基準(zhǔn)點(diǎn)(見圖6)。第六步：用紅外找正儀測繪渣口中心及激冷口中心偏差≤10 mm(測繪數(shù)據(jù)復(fù)核變形量同軸心度)，鎖定主中心點(diǎn)。第七步：煤燒嘴預(yù)組裝，按順序安裝調(diào)整環(huán)及煤燒嘴，調(diào)整環(huán)應(yīng)按拆卸時做的方位和定位標(biāo)記回裝，然后均勻緊固螺栓。第八步：分別從四個煤燒嘴煤燒嘴噴嘴端面中心引水平入射線，采用緊固螺栓方式與拉線切線圓(標(biāo)記)點(diǎn)重合。第九步：四只煤燒嘴噴射中心線在燒嘴安裝基準(zhǔn)水平面所形成的切線，水平相切于以氣化爐爐膛中心為圓心的直徑為φ264 mm 的模板圓周上，且位于氣化爐內(nèi)同一高度水平面上(水平儀復(fù)查)，噴射中心線與模板切線圓的切線偏差≤3 mm。第十步：煤燒嘴噴射中心線應(yīng)與安裝基準(zhǔn)水平面切線圓形成微小的向上噴射角，噴射中心線與基準(zhǔn)水平面切線圓高度偏差在0～3 mm 之間，不允許出現(xiàn)向下傾斜噴射角。第十一步：煤燒嘴噴射中心線應(yīng)與安裝基準(zhǔn)水平面切線圓形成微小的向上噴射角，噴射中心線與基準(zhǔn)水平面切線圓高度偏差在0～3 mm 之間，不允許出現(xiàn)向下傾斜噴射角。第十二步：檢查煤燒嘴和燒嘴罩對中尺寸。根據(jù)煤燒嘴相對于燒嘴罩偏差情況，緊固煤燒嘴連接法蘭螺栓調(diào)整燒嘴罩和煤燒嘴之間的間隙，調(diào)整后燒嘴罩內(nèi)側(cè)第一圈環(huán)管與煤燒嘴端部側(cè)壁的環(huán)隙，最小間隙大于 5 mm 為宜。

圖4 模具找正拉線

圖6 水平標(biāo)注示意圖

采用紅外找正法，只需從燒嘴頭部煤粉噴射管內(nèi)放入專用紅外找正儀(見圖7)，無需拆除任何管道，對紅外點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記記錄。更換新燒嘴后，紅外點(diǎn)與更換前標(biāo)記的紅外點(diǎn)重合即可，大大縮短檢修時間。

圖7 找正示意圖

6 效果檢查

優(yōu)化后偏差數(shù)據(jù)表見表2。

表2 優(yōu)化后數(shù)據(jù)表

從表2中看出，找正后燒嘴噴射中心基本處于同一水平面，上下高差僅為 2 mm，水平切圓偏差僅為 3 mm。

運(yùn)行消耗對比：2022年4月11日開車后，整個運(yùn)行工況較好，氣化爐原煤煤耗比檢修前下降4～5 t/h，煤泥產(chǎn)量下降至50～60 t/d。渣密度由4%～5%下降至2%～3%。