水煤浆气化氧气流速对烧嘴压差的影响

　　摘要：通过对工艺烧嘴的改造，提升了气化炉的生产能力，烧嘴压差前后也发生变化，本文就烧嘴压差的降低进行分析。

　　关键词：烧嘴;烧嘴压差;氧气流速

　　中海石油华鹤煤化有限公司(简称华鹤公司)年产30万吨合成氨、52万吨大颗粒尿素项目坐落于黑龙江省鹤岗市，于2014年建设成功投产，气化技术使用美国通用电气公司水煤浆加压气化技术，合成氨采用丹麦托普索公司S-300合成塔，日本三菱重工公司合成气压缩机，尿素采用荷兰斯塔米卡帮公司2000+超优二氧化碳气提、池式反应技术。共设计3台气化炉，2开1备。气化系统日投煤量1500吨，气化压力6.5Mpa(G)，四级闪蒸技术。

　　1、工艺烧嘴使用情况

　　1.1 工艺烧嘴的运行

　　水煤浆由于需要将液体原料(含高浓度的固体煤粉)通过工艺烧嘴进行雾化，工作条件非常恶劣，因此，烧嘴的连续使用寿命制约了整个气化炉的连续运行周期。

　　工艺烧嘴为美国通用电气公司生产，在国内进行维修。由于较高的石灰石添加量，在工艺操作上进行精细化管理，制定了专门的烧嘴检维修台账，并根据烧嘴实际检修情况制定科学的气化炉运行周期，烧嘴头部端面加工两次后必须进行更换，对烧嘴维修不断提高要求，烧嘴的使用寿命均在70天以上，由于烧嘴外环氧环隙设计较小，导致氧气炉头压力升高至8.5Mpa(G)，系统负荷较高时，全部打开后氧气量仍然无法增加，因此通过改造外环氧烧嘴环隙的办法来增加操作的弹性。

　　1.2 工艺烧嘴的结构与性能

　　结构形式为同心三套管形式，烧嘴中心氧管的出口设计成缩口形式，目的是对中心氧进行加速，同时其端面距烧嘴断面基准面有一定的缩入量，形成一个水煤浆和中心氧的预混合腔，水煤浆的出口管路也设计成缩口形式，使进入预混合腔的水煤浆具备一定的速度[1]。在预混合腔内，利用中心氧对水煤浆进行稀释和初加速，改善水煤浆的流变性能，共同的作用就是为了保证水煤浆在离开烧嘴后的雾化效果[2]。外氧管口的缩口比例更大一些，目的是提供更高流速的氧气，对于通过预混腔的水煤浆混合物进行良好的雾化，以便在气化炉内达到良好的气化效果。

　　2、工艺烧嘴氧气流量增加受限的原因分析

　　2.1 运行数据的分析

　　气化炉氧气流量17900Nm3情况下，氧气流量调节阀开度为85%，气化炉煤浆运行流量为36方/时。为保证气化炉运行负荷，只能由采取提升空分氧气压力的方法，又引发液氧泵运行不稳定等原因。氧气量无法提升是限制气化炉负荷不能提高的主要原因，也是系统操作弹性较小的主要原因[3]。

　　对氧气流量调节阀压差进行分析，同行业某企业氧气调节阀前后压差为0.912 Mpa(G)，本单位调节阀前后压差0.175 Mpa(G)，同行业某企业氧气入炉前压力为7.365 Mpa(G)，本单位氧气入炉前压力为8.51Mpa(G)。

　　2.2 改造方法

　　改造采取改变烧嘴外环氧法兰垫片厚度的方法，通过该措施，将工艺烧嘴中喷头上移，以增大外环氧通道流通面积，根据专利商要求，氧气炉头压力不得低于8.36 Mpa(G)，经过与专利商确定，将工艺烧嘴外环氧流通环隙尺寸增加0.705mm[3]。

　　3 工艺烧嘴外环氧流通道调整后运行情况

　　经过烧嘴改造，氧气流量调节阀开度50%，前后压差1.71 Mpa(G)，氧气流量可以加至19000 Nm3，气化炉负荷也有之前的35方/时增加到38.5方/时，气化系统运行稳定，气化炉壁温度分布正常，系统排渣情况正常。

　　3.1 烧嘴调整后烧嘴压差变化对比

　　改造前气化炉的烧嘴压差为460 kpa(G)，改造后气化炉烧嘴压差为340 kpa(G)，前后比较，压差有明显降低。

　　3.2 烧嘴压差降低原因分析

　　出工艺烧嘴介质流动速度一般为，中心氧的出口流速150~180米/秒，煤浆出口流速2~4米/秒，预混合腔出口平均流速一般为12-20米/秒，外氧的出口流速160~200米/秒。

　　烧嘴环隙经过更改由2.47mm增加到3.175mm，烧嘴压差降低。外环氧压力由之前8.5 Mpa(G)降低到6.96 Mpa(G)，其中外环氧管线为DN120，中心氧管线为DN80，进管线流量流速计算软件计算：

　　烧嘴改变之前外环氧管线内氧气平均流速为：180米/秒;

　　中心氧管线内氧气平均流速为：170米/秒;

　　烧嘴改变之后外环氧管线内氧气平均流速为：160米/秒;

　　中心氧管线内氧气平均流速为：150米/秒。

　　由于改造后氧气的喷射速度降低，对煤浆产生的阻力减少，直接造成烧嘴更改后的烧嘴压差小于之前。因为氧气流速的变化进而影响到烧嘴压差。

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　　4 结束语

　　对工艺烧嘴的改造后，烧嘴压差与之前相比有一定幅度的降低，当前生产工况稳定，在气化炉检修期间耐火砖情况良好，炉内流场分布合理，该项改造带来了积极效果，并明显提升了气化系统的操作弹性。

　　参考文献：

　　[1] 现代煤化工技术手册 贺永德 化学工业出版社 2004年3月第1版

　　[2] 气化炉工艺烧嘴扩产改造小结 李兵科等 全国氮肥与甲醇技术交流及业务洽谈年会论文汇编 2008年9月

　　[3] GE水煤浆气化工艺烧嘴的运行与改造 贾喆 化工设计通讯 2016年

　　作者简介：贾喆