GE水煤漿氣化技術(shù)工藝燒嘴的探討

摘 要：為了在開(kāi)車(chē)投料期間更好更迅速的工藝燒嘴，保證氣化的投料成功以及平穩(wěn)運(yùn)行。文章對(duì)工藝燒嘴的管口方位的設(shè)置以及與工藝燒嘴所連接管道的設(shè)計(jì)中需要注意的地方做出了探討和闡述。

關(guān)鍵詞：氣化；工藝燒嘴；工藝

1 前言

我國(guó)是一個(gè)“富煤、貧油、少氣”的國(guó)家，這樣的能源特點(diǎn)決定了我國(guó)需要充分利用煤炭資源優(yōu)勢(shì)，大力發(fā)展現(xiàn)在煤化工。而煤氣化裝置是整個(gè)煤化工企業(yè)的一個(gè)核心裝置。目前我國(guó)已投產(chǎn)和在建的氣化爐多達(dá)近200臺(tái)，而其中主要使用的德士古水煤漿加壓氣化技術(shù)。

水煤漿加壓氣化裝置長(zhǎng)周期安全運(yùn)行對(duì)企業(yè)有著重要的意義，但是由于工藝燒嘴的使用壽命多在100天作用，最好的運(yùn)行周期也僅僅只有140天。因此在生產(chǎn)過(guò)程中不可避免的要頻繁更換燒嘴，因此燒嘴的更換速度特別對(duì)于企業(yè)的長(zhǎng)周期平穩(wěn)運(yùn)行有重要的意義。

本文以某采用GE水煤漿加壓氣化技術(shù)的60萬(wàn)噸/年甲醇項(xiàng)目的為例，說(shuō)明如何設(shè)置燒嘴管口方位以及周?chē)艿啦贾靡詽M(mǎn)足快速更換燒嘴的需要。

2 工藝燒嘴更換原理

在氣化爐開(kāi)車(chē)投料之前，需要用預(yù)熱燒嘴替換工藝燒嘴對(duì)氣化爐進(jìn)行升溫。當(dāng)氣化爐內(nèi)溫度達(dá)到1000～1200℃后，需要對(duì)氣化爐燒嘴進(jìn)行更換，首先將預(yù)熱燒嘴卸下用其中設(shè)備吊出氣化爐頂部，其次用起重設(shè)備將工藝燒嘴吊裝入氣化爐頂部后與氣化爐頂部法蘭安裝，然后待工藝燒嘴安裝完畢后開(kāi)始連接相應(yīng)的氧氣、煤漿和燒嘴冷卻水管道。在更換燒嘴的過(guò)程中，由于氣化爐爐溫溫降非常快，因此更換燒嘴時(shí)間的必須盡量的短，如果氣化爐爐溫將至1000℃以下，則需要重新用預(yù)熱燒嘴對(duì)氣化爐經(jīng)行升溫。

3 工藝燒嘴管口方位的設(shè)置

工藝燒嘴共有5個(gè)管口，從上到下依次為中心氧氣進(jìn)口、水煤漿進(jìn)口、外環(huán)氧進(jìn)口、燒嘴冷卻水進(jìn)口和燒嘴冷卻水出口。在更換燒嘴的時(shí)候，氣化爐燃燒室的溫度約為1000～1200℃，為了保護(hù)工藝燒嘴，在工藝燒嘴吊裝、安裝過(guò)程中需要用金屬軟管連接燒嘴冷卻水系統(tǒng)，如圖1。而工藝燒嘴本身只有1000kg，而所連接金屬軟管的重量相對(duì)與燒嘴本身，重量約為燒嘴的50%。而在吊裝燒嘴為必須保證燒嘴左右平衡，因此必須將燒嘴冷卻水進(jìn)出口成180°對(duì)稱(chēng)布置。另外由于燒嘴冷卻水盤(pán)管有一段是深入氣化爐內(nèi)（如圖2）因此燒嘴的必須豎直向上抬起一段高度后才能左右移動(dòng)，而燒嘴冷卻水進(jìn)口管口均連接有閥門(mén)，因此燒嘴冷水進(jìn)出口與中心氧氣進(jìn)口、水煤漿進(jìn)口、外環(huán)氧進(jìn)口的方位必須成一定角度。否則由于與中心氧氣進(jìn)口、水煤漿進(jìn)口、外環(huán)氧進(jìn)口所連接管道均為已經(jīng)安裝固定，如果管口設(shè)置不合理，則燒嘴冷卻水進(jìn)出口閥門(mén)與中心氧氣進(jìn)口、水煤漿進(jìn)口、外環(huán)氧進(jìn)口所連接管道相碰，燒嘴無(wú)法正常取出。

由于要?dú)饣癄t工作溫度一般為1350℃，而工藝燒嘴與氣化爐連接處一般為法蘭連接。為了防止工藝燒嘴在工作溫度下因受到熱膨脹導(dǎo)致可拆連接處泄露，因此要對(duì)工藝燒嘴經(jīng)行熱太緊固處理。由于連接的法蘭等級(jí)較高，不好拆卸。因此在設(shè)置管口方位時(shí)需要盡可能多的給操作工留出很大的操作空間以滿(mǎn)足拆裝需要。

圖1 燒嘴冷卻水PID簡(jiǎn)圖

4 工藝燒嘴連接管道的設(shè)置

在用預(yù)熱燒嘴對(duì)氣化爐進(jìn)行預(yù)熱時(shí)，氣化爐爐內(nèi)溫度由室溫升至1000～1200℃，氣化爐爐壁溫度由室溫上升至240～250℃。由于金屬有膨脹，因此氣化爐整體從底部支座出開(kāi)始向上膨脹，當(dāng)更換好工藝燒嘴時(shí)，工藝燒嘴管口相對(duì)于冷態(tài)安裝時(shí)已經(jīng)向上膨脹了40～50mm。如果在初始安裝的時(shí)沒(méi)有考慮氣化爐整體的熱膨脹，那么當(dāng)在熱態(tài)安裝好工藝燒嘴后，工藝燒嘴與煤漿、氧氣、燒嘴冷卻水管道均無(wú)法連接。特別是工藝燒嘴所接的煤漿和外環(huán)氧管道法蘭等級(jí)均為900LB，管徑均在DN100以上，即使現(xiàn)場(chǎng)能強(qiáng)行安裝，也會(huì)對(duì)燒嘴管口造成損壞，還可能出現(xiàn)法蘭處泄露的情況。因此在設(shè)計(jì)時(shí)，需要根據(jù)氣化爐的支撐高度計(jì)算出工藝燒嘴安裝后的管口熱膨脹值。在設(shè)計(jì)管道時(shí)，提前將與工藝燒嘴連接管道的標(biāo)高設(shè)計(jì)成熱態(tài)安裝的標(biāo)高。而且初始安裝時(shí)，上述管道與工藝燒嘴之間不先連接。

當(dāng)氣化爐停爐時(shí)，此時(shí)由于工藝燒嘴已經(jīng)與氣化爐用螺栓連接。因此當(dāng)氣化爐由工作溫度降至室溫，其爐壁溫度也由240～250℃下降至室溫時(shí)，氣化爐整體帶動(dòng)工藝燒嘴以及其所連接管道會(huì)有豎直向下約40～50mm的位移。為了保護(hù)工藝燒嘴管口不泄露，需要在與工藝燒嘴所連接的管道上設(shè)置彈簧支架，以保證與工藝燒嘴連接管道與氣化爐一起位移。

本項(xiàng)目工藝燒嘴的燒嘴冷卻水進(jìn)出管口為DN40、900LB，并且從圖2可以看出，燒嘴冷卻水進(jìn)出管口僅僅只是由一小段DN40管道提供管口剛性，從手冊(cè)中可以查出，該管口的許用彎矩僅僅為1.0125KN/M。而在實(shí)際更換燒嘴的過(guò)程中，為了保護(hù)燒嘴為了保護(hù)工藝燒嘴在工藝燒嘴安裝過(guò)程中需要用金屬軟管連接燒嘴冷卻水系統(tǒng)。因此在吊裝燒嘴時(shí)需要連同三通閥一起吊裝，如果三通閥離工藝燒嘴過(guò)遠(yuǎn)，由于三通閥本身重量超過(guò)燒嘴冷卻進(jìn)出口管口所能承受的最大彎矩，在實(shí)際吊裝過(guò)程中就會(huì)將工藝燒嘴進(jìn)出口壓彎（如圖3）。從圖3中可以看出工藝燒嘴的燒嘴冷卻水進(jìn)出口僅僅只有用一個(gè)角鋼支撐，而三通閥門(mén)距離工藝燒嘴較遠(yuǎn)，在整體吊裝時(shí)燒嘴冷卻水進(jìn)出管口被三通閥門(mén)壓彎造成對(duì)工藝燒嘴的損壞，從而造成氣化爐停車(chē)。因此在設(shè)計(jì)燒嘴冷卻水進(jìn)出口管道時(shí)，需要將三通閥設(shè)置在距離燒嘴的最近處。

圖3 工藝燒嘴燒嘴冷卻水管口損壞情況

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)上述問(wèn)題的改進(jìn)，可以更加方便的更換燒嘴，不僅可以確保氣化爐的一次投料成功，而且可以保護(hù)燒嘴的正常工作，以保證氣化工段長(zhǎng)期平穩(wěn)的運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè).第四版.中國(guó)石化集團(tuán)上海工程有限公司.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.6 372～373.

[2]GB50235-2010.北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2010.