殼牌氣化爐粉煤燒嘴使用及損壞原因分析

姜 楊

(同煤廣發(fā)化學(xué)工業(yè)有限公司，山西 大同 037000)

引 言

殼牌煤氣化技術(shù)是目前世界上最為先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念，技術(shù)的使用也為我國的國產(chǎn)化程度貢獻(xiàn)了積極的力量。盡管殼牌氣化技術(shù)的理念在目前來說十分先進(jìn)，并且被正式地投入到了規(guī)模化的生產(chǎn)，但其中仍舊存在一些問題，這些問題中包括人為因素也包括技術(shù)本身的因素。例如運(yùn)行穩(wěn)定性較差以及技術(shù)出現(xiàn)故障的概率過高所引發(fā)的開工燒嘴直接性的堵死以及激冷氣壓縮機(jī)等部件頻繁出現(xiàn)故障等。

1 殼牌氣化技術(shù)的設(shè)計(jì)理念

傳統(tǒng)氣化爐運(yùn)行中主要是依照氣化工藝的具體要求，對氣化爐內(nèi)的煙氣進(jìn)行充壓，基本是將壓強(qiáng)充至1 MPa后投進(jìn)煤粉，而這種工藝手段往往使得氣化爐的點(diǎn)火難度大大增加，很不利于工藝的發(fā)展與進(jìn)程。在殼牌煤氣化技術(shù)投入使用后則將傳統(tǒng)的工藝進(jìn)行改善，并采取分級點(diǎn)火的方式對其進(jìn)行操作。殼牌煤氣化技術(shù)主要將點(diǎn)火等級分為三級，并同時設(shè)置了三個不同位置的點(diǎn)火燒嘴，分別是點(diǎn)火燒嘴、開工燒嘴以及粉煤燒嘴，從而用來適應(yīng)爐內(nèi)不同強(qiáng)度的壓力。粉煤燒嘴是殼牌煤氣化爐中較為關(guān)鍵的設(shè)備，主要用于將煤粉和氣化劑輸送至氣化爐內(nèi)將其氣化從而形成粗合成氣，而煤嘴燒主要由粉煤通道、氣化劑通道和冷卻水夾套組成。

2 殼牌煤氣化技術(shù)的使用

2.1 殼牌煤氣化爐的三級點(diǎn)火過程

殼牌煤氣化技術(shù)主要將點(diǎn)火等級分為三級，首先高壓氮?dú)鈺钕韧瓿蓪饣癄t是吹掃，進(jìn)而將點(diǎn)火燒嘴點(diǎn)燃，一旦點(diǎn)火燒嘴被點(diǎn)燃就會啟動系統(tǒng)的引氧裝置，從而使得氧氣在一定的壓強(qiáng)下啟動開工燒嘴。當(dāng)開工燒嘴啟動后，點(diǎn)火燒嘴會自動進(jìn)行引退，進(jìn)而使得開工燒嘴可以順利將粉煤燒嘴進(jìn)行點(diǎn)燃，從而引燃系統(tǒng)中的粉煤。與此同時，氣化系統(tǒng)會自動進(jìn)行升壓，而壓力的調(diào)節(jié)閥此時會對爐內(nèi)的壓強(qiáng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，保障壓力值可以達(dá)到開始啟動激冷氣循環(huán)壓縮機(jī)從而保障其穩(wěn)定性與平衡性。系統(tǒng)工作過程中一旦壓力達(dá)到設(shè)定值之后就會使得設(shè)備自動投入第一個粉煤燒嘴，隨后的幾分鐘就會將第二個粉煤燒嘴點(diǎn)燃，與此同時開工燒嘴就會自動退出，進(jìn)而點(diǎn)燃下一個燒嘴，直到爐內(nèi)點(diǎn)火過程的整體結(jié)束，殼牌煤氣化技術(shù)的三級點(diǎn)火過程全部完成[1]。

2.2 開工燒嘴的工作原理

氣化爐中的燒嘴主要依靠爐內(nèi)的氣壓值變化從而進(jìn)行工作，從而使之投入到開工階段給主粉煤點(diǎn)燃的工作當(dāng)中。開工燒嘴多數(shù)為插入式的結(jié)構(gòu)，并配有遙控機(jī)械的插入裝置。開工燒嘴主要由燒嘴支架、驅(qū)動電機(jī)、滑車、滑軌以及限位等結(jié)構(gòu)組成，整個結(jié)構(gòu)由燒嘴支架進(jìn)行主體支撐。當(dāng)燒嘴退出氣化爐的整個運(yùn)行過程時，滑車會通過帶動燒嘴從而使得填料函和密封球閥進(jìn)入并退出氣爐工作流程中。而此時，驅(qū)動電機(jī)則是負(fù)責(zé)通過傳動鏈條帶動滑車的行進(jìn)。其主要作用是避免燒嘴在退出工作流程時爐內(nèi)的高壓氣體從燒嘴處竄出而破壞整個燒嘴，防止意外的發(fā)生，保障整個工作進(jìn)程安全性。開工燒嘴的主要工作部位是其燒嘴頭，而燒嘴頭由水夾套和銅頭構(gòu)成。通常冷卻水進(jìn)入燒嘴頭后會被分為兩股水流，分別用來冷卻水夾套和銅頭。當(dāng)開工燒嘴進(jìn)行工作時，氧氣會以極高的速度夾帶著柴油從銅頭以及水夾套的縫隙之間噴出，從而進(jìn)行霧化，被霧化的氧氣一旦遇到點(diǎn)火燒嘴噴出的火焰便會被點(diǎn)燃，從而形成體積較大的火焰環(huán)。而銅頭與水夾套之間形成的空隙被稱為環(huán)形空間，此空間是有氧通道，為火焰的點(diǎn)燃提供氧氣及空間。

2.3 粉煤燒嘴的工作原理

粉煤燒嘴主要由粉煤通道、氣化劑通道以及冷卻水夾三部分構(gòu)成，主要工作原理是依靠粉煤和氣化劑運(yùn)輸適當(dāng)?shù)臍饣癄t內(nèi)的氣體進(jìn)行氣化反應(yīng)，從而制取粗合成氣。通過更新?lián)Q代的粉煤燒嘴較以往更加具有穩(wěn)定性及抗腐蝕性，并且使用壽命也得到了提升。粉煤燒嘴主要通過三個不同的通道到達(dá)運(yùn)輸三種不同物質(zhì)的目的，內(nèi)環(huán)通道主要是煤粉，中環(huán)主要是氣化劑，而外環(huán)則是冷卻水，這三種物質(zhì)都必須控制在固定的范圍值內(nèi)。粉煤燒嘴的投煤程序主要是依據(jù)已有的設(shè)定值進(jìn)行投煤，從而起到保護(hù)煤燒嘴的功能，避免由于意外而燒壞設(shè)備。同時設(shè)備還設(shè)置有聯(lián)鎖跳車的保護(hù)系統(tǒng)，從而為整個粉煤燒嘴帶來更為穩(wěn)定的保障[2]。

3 粉煤燒嘴損壞的主要原因

殼牌汽化爐粉煤技術(shù)使用至今，在整個工程之中還會頻繁的出現(xiàn)煤燒嘴跳車的現(xiàn)象，使得整個工作流程受損。燒嘴損壞多發(fā)生于燒嘴頭頂部水冷套錐形體的尖端，常見的是裂紋穿孔，如圖1燒嘴損壞示意圖所示，通過深入的研究分析，得出以下?lián)p壞原因。

圖1 燒嘴損壞示意圖

3.1 粉煤管線溫度不達(dá)標(biāo)

由于粉煤管道中粉煤的投放屬于一個內(nèi)循環(huán)的過程，因而對一切固定值都有嚴(yán)格的要求。目前的工作程序中只有保證恒溫的系統(tǒng)，無法對其進(jìn)行伴熱，使得氣化爐中的管線溫度通常呈現(xiàn)常溫的形式，一旦到了較冷的天氣，管道內(nèi)線則會產(chǎn)生降溫的現(xiàn)象，因而導(dǎo)致煤燒嘴出現(xiàn)跳車的現(xiàn)象，影響整個粉煤的運(yùn)輸與傳送[3]。并且當(dāng)整個粉煤嘴呈現(xiàn)串聯(lián)的狀態(tài)時，一臺煤燒嘴出現(xiàn)問題會影響另外一臺，甚至是整個煤燒嘴的系統(tǒng)，這是導(dǎo)致粉煤燒嘴損壞的最為常見的原因之一。

3.2 管道內(nèi)雜物堆積

粉煤的輸送主要通過高壓氮?dú)鈦硗瓿?，而這些粉煤在管道中會形成顆粒狀，因?yàn)槿菀拙奂梢恍腋〉臍堅(jiān)瑥亩鴮Ψ勖汗艿涝斐捎绊?。而粉煤自身也是由鐵絲、鐵皮等物質(zhì)組成，盡管這些物質(zhì)都受到了或多或少的處理和消化，但仍舊會有一部分物質(zhì)殘留在粉煤之中，并隨著粉煤的輸入進(jìn)入到粉煤的管道之中，從而形成堆積的現(xiàn)象。這些雜物的堆積使得粉煤的流量不符合最初設(shè)定的值，并且由于粉煤流量的調(diào)節(jié)閥始終處于被擠的狀態(tài)，導(dǎo)致閥門的通道過小，從而無法提供充足的粉煤流量，進(jìn)而影響整個系統(tǒng)的進(jìn)行，并對設(shè)備閥門等造成損傷。

3.3 內(nèi)部部件出現(xiàn)故障

氣化爐由許多的部件構(gòu)成，而這些部件會產(chǎn)生各種各樣的故障導(dǎo)致整個運(yùn)行系統(tǒng)受到影響。其中就包括速度計(jì)與密度計(jì)等部件發(fā)生故障的可能性。粉煤管道一般由2個速度計(jì)與2個密度計(jì)構(gòu)成，這兩種零部件主要對粉煤的流量進(jìn)行計(jì)算與監(jiān)控，并且兩者之間是由串聯(lián)組成，并受到聯(lián)鎖保護(hù)。一旦粉煤的流動速度出現(xiàn)偏差也會導(dǎo)致煤燒嘴損壞，而粉煤的流動速度則是由氮?dú)饬髁靠刂?，兩者依靠流量的調(diào)節(jié)閥對其進(jìn)行調(diào)節(jié)，一旦其中的速度計(jì)與密度計(jì)出現(xiàn)偏差，粉煤的流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)則會出現(xiàn)故障，嚴(yán)重時則會產(chǎn)生跳車的現(xiàn)象發(fā)生。除了速度計(jì)與密度計(jì)的故障外，閥門也是極其容易產(chǎn)生損傷的。反復(fù)的開關(guān)對整個閥門造成影響，并導(dǎo)致煤粉本質(zhì)的泄露，則會使的閥門被擠壓，從而造成損傷。

4 結(jié)語

隨著產(chǎn)業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，殼牌氣化爐粉煤燒嘴技術(shù)逐漸被用于施工之中。而由于粉煤燒嘴中的零部件或是雜物堆積導(dǎo)致粉煤管道造成堵塞則嚴(yán)重影響了整個系統(tǒng)的正常運(yùn)作。因此，必須根據(jù)粉煤燒嘴的工作原理對其進(jìn)行進(jìn)一步完善技術(shù)手段，提升系統(tǒng)零部件的耐用程度，加強(qiáng)對粉煤管道溫度的掌控，從而使得該技術(shù)可以更好地保障粉煤燒嘴的耐用程度。

參考文獻(xiàn)：

[1] 閆 昭,劉 燕,尚亞國,等.殼牌技術(shù)開工燒嘴工藝控制研究[J].山東化工,2015,44(13):98-99,102.

[2] 李文杰.殼牌氣化爐開工燒嘴工藝控制研究[J].中國化工貿(mào)易,2015,(28):143.

[3] 丁志云.淺談一體化開工燒嘴在干煤粉氣化爐中的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2014,(20):35-36.