GE水煤浆气化工艺烧嘴修复与改进

2012年10月第35卷第5期Oct 2012Large Scale Nitrogenous Fertilizer IndustryVol 35 No5GE水煤浆气化工艺烧嘴修复与改进李聿营(中国石化齐鲁分公司第二化肥厂,山东淄博255400)摘要:简要介绍CE水煤浆气化炉工艺烧嘴的使用条件、结构特点及工作机理,归纳工艺烧嘴的烧损模式主要为外喷嘴表面材料发生龟裂、中喷嘴的冲蚀磨损及冷却盘管焊缝热应力开裂等分析烧毁模式产生的原因,针对烧毁机理,结合实践经验,提出工艺烧嘴修复及改进的措施关键词:工艺烧嘴修复改进1概述浆、外环氧气。从烧嘴头部结构(如图2)可以看出,中国石化齐鲁分公司第二化肥厂煤气化装置中间喷头比外部大喷头轴向内缩几个毫米,而内采用美国GE公司煤气化技术,设计压力为6.5部小喷头比外部大喷头轴向内缩几十毫米。烧嘴MPa。水煤浆气化采用顶置单喷嘴气流雾化技术,头部设置了水夹套和冷却水盘管,以抵御炉内高烧嘴采用三通道内外混水煤浆气化工艺烧嘴,如温对外部大喷头的灼烧。65 MPa ge水煤浆气化装图1。工艺烧嘴通常工作在高温高压的苛刻条件置氧气压力为85MPa,煤浆压力为7.5MPa,工艺下,在1350℃左右的高温炉膛内,承受火焰舔烧、烧嘴材质为 Incoloy600o高温热辐射以及三相(氧气、水、煤颗粒)物料流的冷却水盘管外喷管中喷头内喷头高速冲刷,使工艺烧嘴经常产生不同形式的烧损,进而影响工艺生产的正常运行。目前工艺烧嘴平均使用寿命为60d左右,损坏主要集中在伸入炉膛内部的烧嘴头部。因此,结合工艺烧嘴运行经预混合腔验,对烧嘴进行局部修复和改进,不仅大大降低备件成本,还可以延长烧嘴使用寿命以提高气化炉运行周期,实现装置长周期经济运行。圈的的a图2齐鲁I型烧嘴头部结构2.2工作机理水煤浆加压气化所用工艺烧嘴属于介质雾化式喷嘴,利用高速的氧气与较低速度的水煤浆相互冲击、摩擦,将水煤浆破碎为细小雾滴。由于外中心氧入媒浆入口外环氧入口力(冲击力、摩擦力等)大于水煤浆的内力(表面张图1三流道内外混工艺烧嘴总体结构力和黏性力)的作用,将水煤浆流股破碎。水煤浆2工艺烧嘴结构特点与工作机理收稿日期:2012-05-16;收到修改稿日期:2012-08-31。21结构特点作者简介:李聿营,男,1972年出生,高级工程师,1994年毕业CE水煤浆三通道内外混气化工艺烧嘴结构于大连理工大学化工机械系,现任中国石化齐鲁分公司第二化肥厂副总工程师。联系电话:0533-7583633:E- mail: glehjdb@163从内至外3个通道内介质依次为中心氧气、水煤cm。第5期李聿营.CE水煤浆气化工艺烧嘴修复与改进299流经中间管与中心管形成的环隙首先与中心管管3.2中喷嘴内径冲蚀磨损内的中心氧在烧嘴头部内腔中的小型混合室里以为了使水煤浆中的煤粉在气化炉中充分气定交角相互撞击,实现预混合,高黏度水煤浆被化,必须用相应数量的氧气对水煤浆进行有效雾初步雾化;氧气、水、煤粉颗粒的混合湍流喷出中化,且为了达到良好的雾化效果,气体的流速必须间喷头时,又受到了外环氧的冲击、剪切和摩擦等达到一定的数值(平均流速12~20m/s),但由于混作用,气液固三相流之间发生剧烈碰撞、合并、穿合物中含有大量的煤粉固体颗粒,从而造成中喷插和分离,已经被初步雾化的水煤浆又被外环隙头内腔冲蚀磨损。来的氧气进一步冲散,从而氧气与水煤浆之间实33冷却盘管焊缝开裂现了充分混合,给进炉后煤的气化创造了良好条冷却水盘管和外喷头焊接处的焊缝(图4)受件热应力破坏,原因是2个零件之间的焊接方式为角焊缝,壁厚差别较大,使用材料也不同,又处于3工艺烧嘴的烧损模式及产生的原因烧嘴的端部,在使用过程中容易产生裂纹(主要是根据水煤浆气化工艺烧嘴的运行经验,工艺热应力的影响)形式的破坏;另外,冷却水盘管内烧嘴产生不同情形的烧损,绝大部分发生在三层的冷却水温度控制不当,造成盘管表面的低温腐喷头的头部,而三层喷头的后半段很少有损坏的蚀,在焊缝薄弱处开裂。现象发生。工艺烧嘴头部损坏主要表现为外喷嘴表面材料发生龟裂(如图3)、中喷嘴的冲蚀磨损及4工艺烧嘴修复与改进冷却盘管焊缝热应力开裂(如图4)等。基于GE水煤浆工艺烧嘴头部的结构特点,以及产生各种损坏的原因分析,有针对性地制定维重龟裂并脱修策略和修复方案,在材料的机械性能、工艺处理以及喷嘴结构形式等方面加以改进,从而有效地延长工艺烧嘴的连续使用时间,实现气化炉的安全、长周期、经济运行冷却水盘管角焊缝4.1工艺烧嘴修复前的外观检查、检测按照图纸结构尺寸及技术要求,对烧嘴进行图3运行79d烧嘴外观检查和数据复测,找出损坏的部件及偏差。对盘管进行水压试验,在143MPa压力下,保压30min,检查无泄漏。中喷嘴的冲蚀磨损4.2外喷嘴的修复与改进外喷嘴水室端面(向火面)龟裂深度小于端面壁厚的40%时可考虑修复。车削外喷头有径向裂热应力开裂纹部分,至肉眼观察不到裂纹后,进行渗透试验,检查是否存在表面裂纹,如果仍然存在表面裂纹图4运行36d烧嘴继续进行车削、渗透试验,直至表面裂纹完全排除3.1外喷嘴表面龟裂(车削深度不小于2.5mm)。采用手工氩弧焊,堆焊外喷嘴表面龟裂的主要原因是外喷头承受火外喷头表面及喷头出口部分,焊丝选用Co-50,注焰舔烧、高温热辐射以及三相(氧气、水、煤颗粒)意控制堆焊质量和堆焊层数、堆焊余量以及堆焊物料流的高速冲刷,造成外喷头端面的径向放射后的冷却处理。按照设计图纸加工外喷头到要求性裂纹及不规则龟裂纹,部分堆焊层脱落;外喷头尺寸。处的氧气浓度较高,金属材料在高温的氧化环境针对外喷嘴抗热应力裂纹进行改进,在工艺中会发生氧化反应且会有一定的渗碳效应,使金烧嘴外喷嘴(UMC∞50)端面进行航天表面处理技属材料的成分和性能发生变化;另外,煤中含有的术喷涂,应用抗热材料Ni-Cr-C,喷涂层厚度在1硫也会使金属表面发生高温硫化腐蚀。mm以内,减少了工艺烧嘴外喷嘴端面裂纹的产300大韶2012年第35卷生,平均使用寿命延长了30d左右(图5使用情况头结构如图6所示。较图3表面龟裂及剥落现象明显改善)。外氧喷头一体锻造成型消除角焊缝热应力影响外喷嘴表面色裂状况明显改图6改进后的外氧喷头结构图5运行84d外喷嘴及中喷嘴4.5中心氧喷头的修复43煤浆中喷嘴的改进中心氧喷头内孔一般不磨损,只对外部锥度中喷嘴的原始修复也采用手工氩弧焊堆焊部分堆焊修复即可。用四氯化碳清洗需堆焊部位(Co-50),车削加工达到图纸尺寸要求的方法。后,手工氫弧焊进行堆焊,焊丝选用Co-50。2010年以来,对工艺烧嘴中喷嘴(UMCo50)内腔加衬航天耐磨材料HT10802,大大降低了工艺烧嘴5工艺烧嘴的组装在运行过程中煤浆对中喷嘴内腔(内径)的冲蚀磨工艺烧嘴的整体要求是:安装长度(包括垫损,烧嘴平均运行90d后中喷嘴无明显冲蚀。图5片)允差±2mm,垂直度全长允差±1mm,同心度允为运行84d中喷嘴无明显磨损;图4为仅运行36差±0.5mm,方位角度允差±1.5mm。所以在制作装d中喷嘴呈刀片状。配工装时,制定的保证条件是:角度限位的方位偏其中,抗热材料Ni-CrC、耐磨材料HT0802差不大于±10′,垂直度公差不大于±0.5mm,同心度具有如下性能公差不大于±03mm1)较高的硬度(HV0.3>1000)、较好的机械加1)烧嘴装配前,用四氯化碳对烧嘴接管法兰、工性能、与外喷嘴基体较高的结合强度。八角垫、环形密封槽及各通道进行彻底清理,不可2)高温条件下具有耐磨损、耐冲蚀、气蚀和微有脏物、油脂等杂质。振等特性,同时也抗高温气体(包括含S气体)腐2)外氧管固定在装配工装上,将各管道回装蚀及高温氧化。对称紧固各通道法兰紧固件,测量出喷头环隙和3)尤其适合在较高温度下使用(工作温度可深度。达980℃),涂层在高低温度变化下性能稳定、结合3)若各喷头间环隙有偏差,用修补喷头定位强度高,是优良的减摩耐磨材料。块的方法来校正。喷头深度则靠减薄或更换较厚44冷却水盘管的修复与改进八角垫调整。烧嘴组装完毕后,喷头环隙和深度偏针对盘管表面因低温腐蚀造成的焊缝薄弱处差为±O.1mm2。开裂,修复时需将盘管前部从与外氧喷头冷却水夹套焊接处切开,后部从与冷却水母管焊接处切6水压试验、雾化试验、脱脂及密封开,将盘管从烧嘴上取下。将盘管前部腐蚀减薄部1)烧嘴装配合格后,对烧嘴本体及冷却水盘分切除,制作与切除部分相同尺寸的前部弯头,焊管进行水压试验,要求在保压过程中不得有任何缝倒出坡口进行焊接。焊接采用手工氩弧焊,焊丝渗漏现象。材质H188,最后与烧嘴头部冷却夹套进出口进行2)对气化炉工艺烧嘴进行冷态模拟试验,观角焊缝焊接。察水与高压空气混合后的雾化效果;在设计参数针对盘管与外氧喷头冷却水夹套焊接处产生状态下,从烧嘴喷射出来的反应物气流的张角开的热应力裂纹缺陷,2011年改进了外氧喷头的制度一般以45°~60°为宜。观察冷态下的水流对中情作工艺,将冷却水夹套接管与外氧喷头一体锻造况,以检验烧嘴的对中情况。成型,改接管角焊缝为对接焊缝,有效地消除了热3)以上试验完毕后,用空气将水渍吹净;用四应力的影响,避免了裂纹的产生。改进后的外氧喷(下转第323页)第5期钱丽霞.输煤栈桥结构中主要构件的设计323要求。总结、研究和改进,制定出专门的结构规范,为栈桥设计安全可靠、经济适用和外形美观提供更全6结束语面、准确的保证。由于影响栈桥设计的因素很多,构件选型和参考文献布置比较繁琐,需要结合实际条件对不同的情况1DL5022-2012.火力发电厂土建结构设计技术规程具体分析,合理布置正确计算,确定构件型号及几[2]GB5004994.小型火力发电厂设计规范[3]GB50009-2001.2006年版.建筑结构荷载规范何尺寸。希望以工程设计、施工经验为前提,不断41GB50112010.建筑抗震设计规范DESIGN OF PRIMARY MEMBERS IN STRUCTUREOF COAL-CONVEYING TRESTLEQian lixia( SINOPEC Ningbo Engineering Co, Ltd, Ningbo 315103)Abstract: For a long time there is no any specific specification to rely on in the trestle structure forcoal-conveying and therefore, the arrangement, type of members and selection of materials thereof are variedThis paper will make a summary in the trestle design on the principle in arrangement, type of primary mem-bers and their selection and floors in different form in particular as references for designers in their subsequent work.Key words: coal-conveying trestle; support of trestle; bridge body; floor; envelop enclosure弋心c(上接第300页)的65 MPa gE水煤浆工艺烧嘴使用寿命比原来延氯化碳对烧嘴各个通道进行清洗,并将烧嘴所有长30d以上,从而大大提高了气化炉的运行周期接管法兰及烧嘴头部封闭,防止氧气通道被油脂为煤气化装置的经济运行奠定了基础。及其他脏物污染。参考文献[1]周夏.三流道内外混水煤浆气化工艺烧嘴浅析.化肥设计7结论2008,46(2):27-30通过对烧嘴头部结构形式、表面工艺处理的2]邯明才,江传国.德士古工艺烧嘴修复浅谈煤矿现代化改进以及对中喷嘴材料机槭性能的提升,修复后2010(2):97-98REPAIR AND IMPROVEMENT OF PROCES BURNERIN GE COAL-SLURRY GASIFICATIONLi Yuying(The Second Fertilizer Works, SINOPEC Qilu Branch, Zibo 255400)Abstract: Service condition, structural features and working principle for process burner on GE coaslurry gasifier are briefly introduced, the mode of burning loss of process burner is chiefly concluded as cracksppeared on facing material of outer nozzle, washout abrasion of middle nozzle and heat stress cracking onwelding joint of cooling coil; with the analysis of causes for the mode burn through and based on the burnthrough mechanism and practical experiences, the measures for both repair and improvement of process burnerare proposedKey words: process burner: repair; improvement