气化炉粉煤燃烧器运行总结

2010年8月Aug.2010第33卷第4期Large Scale Nitrogenous Fertilizer IndustryVol.33 No.4气化炉粉煤燃烧器运行总结杨军(中国石油化工股份有限公司湖北化肥分公司,湖北枝江,443200)摘要分析影响壳牌粉煤气化炉燃烧器运行寿命的因素,介绍在运行中如何避免各种因素影响,从而提高粉煤燃烧器运行寿命。关键词粉煤气化炉粉煤燃烧器 运行 寿命中国石油化工股份有限公司湖北化肥分公司该燃烧器内部结构设计充分发挥干煤粉着力粉煤气化炉采用Shell粉煤气化技术,气化炉设计小的特点，避开了其千摩擦对燃烧器造成磨损缺能力为日处理煤2000t。粉煤气化装置于2006年点,具有良好的冷却功能。该燃烧器设计使用寿命12月10日投料试车成功后,对暴露的问题积极消8000h,有些企业使用寿命已达到10000h以上。化吸收，逐步实现粉煤气化装置长周期运行目标。1.2速度场分布当4个粉煤燃烧器正常燃烧时，氧气与蒸汽1粉煤燃烧器 结构及温度场速度场分布混合后的速度为70m/s以上，气化炉满负荷时氧1.1 粉煤燃烧 器结构气速度为最高。设计粉煤速度为7~12m/s,实际运粉煤燃烧器燃烧形式是两通道同轴形式,燃行要比设计值低。4个粉煤燃烧器对称分布,每个烧器端部设有冷却水盘管罩，原设计是7圈水盘粉煤燃烧器水平方向与中心对称线相差4.5°角。炉管,第二代是8圈,如图1,作用是保护燃烧器端膛内形成大旋转上升气流，炉膛内靠近水冷壁气部。燃烧器中心是氮气与粉煤,粉煤外侧环形通道流旋转线速度为7m/s以上,炉膛截面上升气流线是氧气和适量的蒸汽,小喷射角输人炉膛。从燃烧速度约0.77m/s,经估算反应气在炉内停留时间约器燃烧端部至后部有冷却水(12vh)。在实际运行5.19s。每个粉煤燃烧器氧气高速喷出后在燃烧器中观察发现，每个燃烧器的冷却水回水温度比进端部形成卷吸气流，卷吸气流与炉膛内大旋转气水温度要低，反复确认回水温度和进水温度显示流相叠加,在该处形成较复杂流场及温度场。是真实的。通过此现象可以得出一个结论,燃烧器1.3温度场分布的冷却水量在9~12t/h都能安全运行。炉膛内设计操作压力4MPa,设计温度1500~1700C(是炉膛内平均温度),实际操作希望控制在1500~1600C。煤种不同控制的温度范围不同。在运行中炉膛内温度分布是不均匀的，局部温度高|哥|达2630C,因炉膛中心相对贫氧，温度约1720C左右(燃烧器水平截面温度),火焰受气流旋转影响火焰外侧约2330左右(气流旋转方向外侧) ,两个中国煤化工:日期:2010-06-10。高级工程师,1978年毕业于华.YHCNMHG油化工股份有限公司湖北化肥分公司机械动力处从事技术管理工作。联系电话:0717-图1燃烧器组件4232236。258大氛配2010年第33 卷燃烧器之间气流旋转区1665C。.上述温度是燃烧器,第二次更换前燃烧器累计运行7618h,接近设器水平截面温度,该截面温度分布不均匀,如图2、计使用寿命8000h。2007 年6月以后粉煤气化炉图3,该图数据标示位置与实际有偏差。运行逐渐稳定,粉煤燃烧器运行趋于稳定,使用寿命增加。1*.3*、4* 粉煤燃烧器在2008年相继更换。3影响粉煤燃烧器使用寿命的因素0.5-2g003.1粉煤燃烧器频繁跳车.( 2900/粉煤燃烧器频繁跳车将产生不良影响。当4-0.5-个燃烧器正常运行时，燃烧器端部冷却水进水温B1928151800 ?度210C左右;进人燃烧器氧气与蒸汽混合后温度-1.5200C左右;粉煤温度70C左右;燃烧器喷口处的0X/m温度约190C左右。此时燃烧器罩内的气体温度比图2温度场分布炉膛温度相对低，燃烧器端部外圆处在一个较稳定的辐射高温区。当4个燃烧器其中一个跳车后,虽然有氮气注人,但量较小，炉膛内流场发生较大变化,温度分布也发生变化。高温气体瞬间涌人燃烧器罩内，使燃烧器端部瞬间暴露在高温气体之下，燃烧器喷口处由约190C左右突然上升至1350C以上，燃烧器喷口处承受非常大的温差变化。如果粉煤燃烧器频繁跳车，燃烧器喷口处将承受反复交变热应力,随着跳车次数增多,会使燃烧器端面产生疲劳裂纹和局部脆剥落,在剥落底部图3速度场分布产生针孔或裂纹。燃烧器喷口尖角处是应力集中点，严重时在尖角处产生较多的细小穿透裂纹。因2粉煤燃烧 器运行情况此,粉煤燃烧器频繁跳车对烧嘴损伤较大,使使用粉煤燃烧器运行时间及更换时间见表1。寿命缩短。损坏的燃烧器喷口见图4。表1粉煤燃烧器 运行时间及更换时间粉煤烧嘴投用时间损坏时间累计运行时间/h2006-12-10 2008-11-106275物煤通道2006-12-102007-01-131462006-12-10 2008- 10-085723氧气与蒸2008-11-10应力集中位新更换2°2007- -05-13 2009-04- 307618粉煤气化炉于2006年12月10 日投产试运图4燃烧器喷口行,受各种因素影响,运行初期不稳定。2006年123.2燃烧器 与炉膛内压差月10日至2007年4月6日期间气化炉开停10燃烧器与炉膛内压差过低及波动对端部有影次,累计运行约562h,此期间粉煤燃烧器氧气中没响。炉膛内压差低或压差波动大,燃烧器中心通道有加入适量的蒸汽。2*粉煤燃烧器原始安置后,投粉煤瞬间减少,燃烧器环行通道氧气保持不变(氧入使用仅146h,燃烧器端面就出现漏冷却水。气调节系统瞬间跟不上),在燃烧器喷口处瞬间过2007年1月13日对2*粉煤燃烧器端面漏点进行氧,这时燃烧器喷口处于高温工况,燃烧器端部金补焊,补焊后累计运行910h。2007年5月13日停中国煤化工长而逐渐减薄,最终车期间发现,2"粉煤燃烧器在补焊处的母材有细在设计的理想工况小裂纹,决定更换2"粉煤燃烧器,更换前累计运行，航的响p立周仅叫血仅是CHCNMHG是30左右，但在.1087.7h。2009 年4月30日再次更换2*粉煤燃烧实际运行过程中，根据燃烧器金属表面氧化的程第4期杨军.气化炉粉煤燃烧器运行总结259度判断,温度超过300C。所以要求控制燃烧器与与蒸汽混合后的速度为70~96 m/s; 72%负荷时粉炉膛内压差在设计范围内并且稳定，放料罐与给煤喷嘴流速为6m/s左右,氧气与蒸汽混合后的速料罐隔离切换时，阀内漏、单阀操作、控制程序自度下降30%左右;60%负荷时燃烧器氧气与蒸汽动带压除桥次数多等都是引起压差低或压差波动混合后的速度下降40%左右;当负荷低到50%时,大的因素,是操作控制要点。氧气的速度下降53%左右。从以上4种负荷可以3.3加人适量的蒸汽看出,负荷越低燃烧器喷口处的氧流速越低。低负粉煤燃烧器运行中不加入适量的蒸汽或加人荷运行带来的不利因素是燃烧器出口的氧气流速不及时都会影响到使用寿命。氧气与蒸汽混合后下降,燃烧黑区变短或消失。低负荷时粉煤在燃烧的速度为70~96 m/s,粉煤速度为7m/s左右。粉煤器喷口处燃烧,使端部处在高温区,加剧了金属材燃烧器喷口处在一定流速下产生燃烧黑区，此燃料表面氧化,因此减少使用寿命。更换下来的燃烧烧黑区长短与氧气加人蒸汽量有关。氧气中加蒸器经检查证实了，上述的分析,根据实践经验,粉煤汽与不加蒸汽在燃烧器喷口处速度相差约18 m/燃烧器的负荷应在70%以上为好。s,加入适量蒸汽时，燃烧黑区相对要长些,能够保3.6金属材料失效护燃烧器。但蒸汽加入汽量不能过多,否则炉膛温低负荷运行时，因燃烧器喷口端面处于高温度下降,有效气体浓度下降。蒸汽加入量可在实际环境,粉煤线大幅波动时瞬间过氧,金属表面会产运行中进行摸索。总之,加入适量蒸汽参加炉内反生氧化反应。在高温情况下,金属材料会产生一定应、控制炉内温度、保护燃烧器延长使用寿命,蒸渗碳。某研究机构对燃烧器喷口端面坑点分析结汽的作用在粉煤燃烧器上显得尤为重要。果表明,碳元素增加，含氧和铁的成分非常高,镍3.4粉煤燃烧 器运行不稳定金属元素几乎没有。金属材料失去镍金属元素后，粉煤气化炉操作是否稳定直接影响到粉煤燃将失去耐热性和韧性，在各种应力作用下会产生烧器的使用寿命。当粉煤线流速波动较大时,会使众多细小裂纹，裂纹长度和深度随着运行时间延燃烧器喷口处的火焰忽长忽短，同时发生频繁瞬长而不断发展直至失效。某些研究机构在探索如间过氧,造成燃烧黑区忽长忽短,致使燃烧器喷口何解决此问题,但目前还没有切实可行的方法。的温度忽高忽低,产生热交变应力,促使应力集中处产生裂纹。因此粉煤燃烧器燃烧稳定是延长粉煤燃烧器使用寿命的措施之-。引起粉煤线流速在没有更好的新材料和更新结构的情况下，要不稳定的因素:①粉煤线人口有异物使粉煤流动使粉煤燃烧器延长使用寿命,只有在优化操作参数不畅，设备安装或设备检修都要确保粉煤线的清方面做工作。①确保粉煤系统内清洁,不能有任何洁,不能有杂物。②放料罐与给料罐连通切换时压杂物，确保煤输线通气设备的氮气量稳定,避免煤力波动。③粉煤输送线通气设备的氮气量过高或线大幅度波动。②O/C控制在要求范围内,根据生过低,粉煤速度无法调节稳定。④确保粉煤粒度。产实际情况灵活掌握.③燃烧器与炉膛内压差控制3.5 粉煤气化炉负荷在0.06~0.1MPa,并保持稳定。④气化炉应在70%粉煤气化炉低负荷对粉煤燃烧器有影响。设以上负荷运行,满负荷有利于稳定。⑤粉煤燃烧器计正常负荷时燃烧器粉煤流速为7~12 m/s，氧气点燃运行正常后,尽快加入适量蒸汽(5%~8%)。A RUNNING SUMMARY OF GASIFIER PULVERIZED- COAL BURNERYang Jun(SINOPEC Hubei branch , Zhijiang,443200)Abstract Factors affecting running life of Shell rulverinpd_roa1 onifier burner are analyzed and how to avoid such affecting factors during op中国煤化工nning life of pul-verized-coal burner increased.fYHCNMHGKey words: pulverized- coal gasifer , pulverized-coal burmer , running life