22氨肥技術(shù)2010年第31卷第6期創(chuàng)新氣化爐工藝燒嘴技術(shù)小結(jié)尹潤生李兵科(陜西渭河煤化工集團(tuán)有限責(zé)任公司渭南714000 北京航天動力研究所100076)摘要簡要介紹水煤漿加壓氣化裝置在我國雖然得到越來越廣~泛地應(yīng)用,但尚有很大的節(jié)能潛力可挖。并探討了水煤漿加壓氣化裝置的節(jié)能途徑,結(jié)合該公司氣化裝置的特點,確定了改進(jìn)I藝燒嘴的節(jié)能降耗方案,并分析了可預(yù)期的經(jīng)濟(jì)效益。關(guān)鍵詞水煤漿氣化燒嘴節(jié)能1引言現(xiàn)階段，水煤漿加壓氣化爐的氣化壓力有隨著世界石油、天然氣能源的日益枯竭,尤4.0MMa.6.5MPa和8.5MPa,其配套工藝燒嘴的連其對于我國少油貧氣多煤的能源格局，新型煤化續(xù)運行壽命一般在45 ~ 60天左右。水煤漿加壓工產(chǎn)業(yè)在我國得到了蓬勃發(fā)展,煤氣化是新型煤氣化裝置連續(xù)運行周期相對較短成了節(jié)能降耗化工發(fā)展的重要單元技術(shù),而水煤漿氣化工藝是的主要“瓶頸"。新型煤化工的主流工藝之- -。國內(nèi)大型先進(jìn)煤氣水煤漿加壓氣化裝置實現(xiàn)長周期運行對企化技術(shù)與國外相比雖還有-一定差距,但近年來加業(yè)有著特別的意義,不但能避免因停爐或倒?fàn)t期快了開發(fā)速度?！笆?期間,分別對具有自主知間影響的產(chǎn)量和原料及能源消耗,而且能大大降識產(chǎn)權(quán)的多噴嘴水煤漿氣化、干煤粉氣流床氣化低水煤漿氣化爐生產(chǎn)線運行和維護(hù)費用,給企業(yè)技術(shù)進(jìn)行了工業(yè)示范開發(fā)和放大研究。目前煤制帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。油項目,煤制甲醇、合成氨、二甲醚等項目在我國從國外和國內(nèi)工業(yè)化裝置上看,在系統(tǒng)設(shè)已蓬勃開展。計.工藝運行、設(shè)備等方面還存在不少問題,影響自從美國德士古公司在重油氣化工藝的基著裝置長周期安全穩(wěn)定滿負(fù)荷運行。礎(chǔ)上開發(fā)出水煤漿加壓氣化工藝技術(shù)以來,因該(1)氣化工藝系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)具有煤種適應(yīng)性廣、碳轉(zhuǎn)化率高、氣體質(zhì)量水煤漿加壓氣化裝置用水煤漿和純氧作為好、生產(chǎn)連續(xù)性強(qiáng)、可高壓運行、單爐生產(chǎn)能力原料進(jìn)行加壓燃燒實現(xiàn)氣化,工藝系統(tǒng)設(shè)計對水大、可實現(xiàn)遠(yuǎn)程計算機(jī)控制和最優(yōu)化操作、相對煤漿和純氧的配比、壓力、流量、溫度都有具體的節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點,在許多煤藏量大國(尤其是我要求,同時對氣化系統(tǒng)各組成設(shè)備有著嚴(yán)格的技國)得到了廣泛應(yīng)用。國產(chǎn)化的華東理工大學(xué)四術(shù)要求。企業(yè)-般要嚴(yán)格按照氣化工藝系統(tǒng)設(shè)計對沖氣化工藝、西北化工研究院多元料漿氣化工要求,應(yīng)用符合要求的設(shè)備和原料來實現(xiàn)氣化生藝達(dá)力科非熔渣-熔渣分級氣化工藝也在國內(nèi)產(chǎn)的穩(wěn)定運行。煤化工行業(yè)占有了一席之地。水煤漿氣化工藝系統(tǒng)復(fù)雜,由于考慮水煤漿隨著水煤漿加，壓氣化工藝技術(shù)在國內(nèi)應(yīng)用氣化爐生產(chǎn)線安全運行的重要性, - -般不通過改的日益成熟,生產(chǎn)和節(jié)能環(huán)保方面對該技術(shù)的要動氣化工藝配置來實現(xiàn)節(jié)能降耗。但隨著殼牌、求也越來越高,在國產(chǎn)化的基礎(chǔ)上,突破該技術(shù)CSP等干煤粉氣化工藝系統(tǒng)運行的8漸增多,水現(xiàn)有的一些問題和發(fā)展“瓶頸”,探索水煤漿加壓煤漿加壓氣化工藝系統(tǒng)改進(jìn)可以借鑒干煤粉氣化氣化裝置的節(jié)能途徑,將是非常有意義的。工藝系統(tǒng)的許多優(yōu)點,從而實現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能降耗。陜西渭河煤化工集團(tuán)有限責(zé)任公司于1996(2)氣化系統(tǒng)工藝運行年引進(jìn)水煤漿加壓氣化裝置，采用氣化壓力水煤漿加壓氣化系統(tǒng)對煤種、水、氧氣的要6.5MPa、直徑2.8m的氣化爐4臺。其主要特點是.求具中國煤化工作人員的操作氣化壓力高、氣化產(chǎn)品產(chǎn)量大。水平1HCNM H G.2水煤漿加壓氣化裝置 節(jié)能途徑的分析在兒弓地紅o仕時朋正r ,對于工藝系統(tǒng)第6期尹潤生等:創(chuàng)新氣化爐工藝燒嘴技術(shù)小結(jié)23運行,選用性能更佳的煤種、水、氧氣,提升工藝年與北京航天石化技術(shù)裝備工程公司就開始了操作人員的操作水平，制定優(yōu)化的停爐倒?fàn)t周工藝燒嘴方面的合作,已經(jīng)共同研制開發(fā)了十余期,實現(xiàn)氣化參數(shù)的優(yōu)化運行,也是節(jié)能降耗的臺工藝燒嘴。-條途徑。由北京航天石化技術(shù)裝置工程公司研發(fā)的(3)氣化裝置設(shè)備新型工藝燒嘴,首先實現(xiàn)單臺氣化爐每次運行周設(shè)備的技術(shù)水平是保證系統(tǒng)性能的關(guān)鍵,也、 期達(dá)到70~85天，逐步實現(xiàn)每次運行周期達(dá)到是提升系統(tǒng)性能最切實可行的途徑。水煤漿加壓90天以上。氣化裝置由數(shù)量龐大的設(shè)備組成,根據(jù)氣化裝置4創(chuàng)新型工藝燒嘴的特點,可以分析出水煤漿加壓氣化裝置的主要水煤漿氣化工藝燒嘴為三流道式內(nèi)外混合關(guān)鍵設(shè)備。通過對這些主要設(shè)備進(jìn)行改進(jìn),可以霧化形式,外流道和內(nèi)流道輸送高壓氧氣,中流較容易、較快提升氣化裝置的可靠性來實現(xiàn)節(jié)能道輸送高壓水煤漿,二次氧氣(中心氧)與煤漿半降耗。預(yù)混后,再與一次氧氣(外環(huán)氧)外混合進(jìn)行霧化影響水煤漿加壓氣化裝置長周期運行的設(shè)備燃燒氣化,工藝燒嘴頭部示意圖見圖1。方面的主要因素除工藝燒嘴運行周期短外,還包括:合成氣帶水帶灰現(xiàn)象、耐火磚壽命短(約- -年左右)熱電偶使用壽命短、激冷環(huán)結(jié)垢、系統(tǒng)堵塞水煤聚等問題。這些問題可分別通過采用混合器、旋風(fēng)分離器、水洗塔三單元組合;使用新型材料制作耐火二次氧氣一一十磚;鉬保護(hù)管熱電偶與磚后熱電偶結(jié)合使用;改w變激冷環(huán)結(jié)構(gòu);對灰熔點和成漿性能等不同的煤水煤漿種進(jìn)行混合配制,選擇最優(yōu)化的配煤組合等措施得到有效地解決。氣化爐工藝燒嘴的使用壽命相一次氧氣對較短,成為水煤漿加壓氣化生產(chǎn)線長周期運行的“瓶頸”,也是現(xiàn)階段業(yè)界的-一個技術(shù)難題。圍1工藝燒嘴頭部示意圉工藝燒嘴的性能直接影響氣化產(chǎn)品的品質(zhì)，工藝燒嘴通常工作在高溫高壓的苛刻條件加壓氣化裝置的大部分技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)都與工藝下,在1200公以上的高溫爐膛內(nèi),燒嘴承受爐內(nèi)噴嘴有關(guān)。工藝饒嘴的一次性連續(xù)使用壽命較火焰的熱輻射和含固體顆粒的水煤漿的沖刷，熱短,直接決定了加壓氣化爐的停1倒周期較短,影腐蝕和物料磨損是影響工藝燒嘴性能的主要原響了產(chǎn)量,增加了維護(hù)和運行費用,也消耗了大因。正常情況下,工藝燒嘴~般使用40~ 60天需量的能源。要維修。工藝燒嘴損壞- -般是燒嘴外嘴和中嘴受3水煤漿加壓氣化裝置 節(jié)能途徑的選擇損:外嘴表面材料發(fā)生龜裂、磨蝕受損,中嘴頭部陜西渭河煤化工集團(tuán)有限責(zé)任公司從1996材料受煤漿沖蝕變薄(不足1mm),見圖2。圍2某工藝燒嘴頭使用一 -個中國煤化工氣化爐工藝燒嘴的損壞形式主要是:YHCNMHGo(1)外燒嘴外表面的高溫火焰燒蝕;提高外噴嘴迎火端面耐高溫性能、提高中噴_24氮肥技術(shù)2010年第31卷嘴內(nèi)表面耐磨性能，可以有效地減少這兩種損熱障材料壞,就可以提高工藝燒嘴的整體運行壽命,從而達(dá)到水煤漿加壓氣化裝置的節(jié)能降耗。水煤漿一氣化爐工藝燒嘴頭部通常使用的是高溫鈷基合金(UMCo50或HAYNES188),但是由于其工中心氧氣→耐磨材料 ]作環(huán)境的極度惡劣,使得燒嘴的使用壽命依然很短。為此，我們利用航天器上采用的特有熱噴涂水煤漿-技術(shù),研制了相應(yīng)的系列熱噴涂材料,以期使工藝燒嘴整體具有更好的耐磨耐蝕性能。(1)改進(jìn)外噴嘴耐熱性能對外燒嘴進(jìn)行噴涂處理，在其接觸火焰的外圖3創(chuàng)新型工藝燒嘴示意圉表面噴涂- -層約2mm厚的HT1101航天熱障材使得煤漿的流動更加順暢,減小了對中燒嘴的沖料，從而有效地減少火焰燒蝕對外燒嘴帶來的損壞。蝕;另--方面在保證煤漿霧化要求的同時,降低(2)改進(jìn)中噴嘴耐磨性能火焰的擾流強(qiáng)度,以保護(hù)外燒嘴。并在氣化壓力對中燒嘴內(nèi)表面應(yīng)用熱噴涂約3mm厚的6.5MPa,直徑2.8m的氣化爐上做了實際運行試HT1302航天耐磨材料,有更優(yōu)良的耐沖蝕性能，驗,得出的結(jié)論是:經(jīng)過同樣的運行周期,創(chuàng)新工大大降低中燒嘴的磨損速率,提高工藝燒嘴使用藝燒嘴外噴嘴端面裂紋明顯減少,中噴嘴磨損速壽命。率大大降低(第一次使用45天后中噴嘴前部內(nèi)改進(jìn)后的工藝燒嘴結(jié)構(gòu)示意圖見圖3。徑磨損<2mm,經(jīng)改進(jìn)熱噴涂材料和工藝,第二次工藝燒嘴的內(nèi)部結(jié)構(gòu)不僅影響煤漿和氧氣使用45天后中噴嘴前部內(nèi)徑磨損< < lmm)。的流量及流速,更影響煤漿、氧氣以及火焰的流創(chuàng)新工 藝燒嘴與原工藝燒嘴使用后同周期場。煤漿流場會影響煤漿對中燒嘴的沖蝕強(qiáng)度,的外噴嘴端面比較圖見圖4、中噴嘴磨損速率比而氧氣流場則會影響霧化效果,從而影響火焰形較見圖5。狀。我們對燒嘴結(jié)構(gòu)進(jìn)行了調(diào)整優(yōu)化后,- -方面根據(jù)三臺創(chuàng)新工藝燒嘴前后使用效果對比，圍4工藝燒嘴外噴嘴端面比較圖磨損速竄輕,2*材料經(jīng)過改進(jìn)噴涂工藝后磨損率最低、耐( mm/d)磨性能最好。0.050.04I°材料渭化創(chuàng)新工藝燒嘴最后一次試驗實現(xiàn)連續(xù)0.03+-2* 材料運行55天，檢查結(jié)果證明工藝燒嘴創(chuàng)新工作行0.02◆3*材料之有效，對延長工藝燒嘴連續(xù)使用有實際效果,0.01達(dá)到延長氣化爐連續(xù)運行周期的目的。改造前第-次試驗第二次試驗第三次試驗5創(chuàng)新型工藝燒嘴經(jīng)濟(jì)效益分析圍5工藝燒嘴中噴嘴磨 損速率比較囝中國煤化工,制約了水煤新研發(fā)的三種材料耐損性能均大幅度提高,使用漿氣IHCNMHG用爐來進(jìn)行倒后工藝燒嘴外噴嘴、中噴嘴損壞現(xiàn)象都比原來爐保證土廠比坡比,呼以丈伏死哺i下轉(zhuǎn)第38頁)38氦肥技術(shù)2010年第31卷(3)以二氧化碳原料為羧化劑制取系列化有展低碳經(jīng)濟(jì)的策略。若2020年能通過二氧化碳機(jī)產(chǎn)品;綠色化利用將360 x 10t二氧化碳轉(zhuǎn)化為1 300(4)CO2甲烷化;多萬噸精細(xì)化工產(chǎn)品和功能新材料，每年可增(5)天然氣和二二氧化碳轉(zhuǎn)化成- -氧化碳和氫;加2 000~3 000萬元的產(chǎn)值。(6)用二氧化碳生產(chǎn)雙氰胺;我們堅信,“十七大”提出的“建設(shè)資源節(jié)約(7 )用二氧化碳生產(chǎn)碳酸丙烯酯;型、環(huán)境友好型社會,實現(xiàn)速度和結(jié)構(gòu)質(zhì)量效益(8)由二氧化碳1甲烷制取二甲醚(DME);相統(tǒng)一、經(jīng)濟(jì)發(fā)展與人口資源環(huán)境相協(xié)調(diào),使人(9)用二氧化碳生產(chǎn)碳酸乙二醇酯;民在良好生態(tài)環(huán)境中生產(chǎn)生活,實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會永(10)用二氧化碳合成乙烯。續(xù)發(fā)展”的目標(biāo)- -定能實現(xiàn)。.以上是部分例子,正在開發(fā)的還有很多，以二氧化碳為原料發(fā)展有機(jī)產(chǎn)品前最十分廣闊。參考文獻(xiàn)4結(jié)語1第十屆中國科協(xié)年會第 18分會《論文集》.2008.09.19在2008年9月19日結(jié)束的第十屆中國科2《中國應(yīng)對氣候變化國家方案).2007.06.04.協(xié)年會二氧化碳減排和綠色化利用與發(fā)展研討3《中國應(yīng)對氣候變化的政策與行動2.2008.11.06會上,專家表示,二氧化碳綠色化利用不僅是履4《我國發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)須破兩重關(guān)》.中國化工報.2008.11.27行《聯(lián)合國氣候變化框架公約》和《京都議定書》(收稿日期:2010-10-28)的最佳途徑，也是緩解石油資源逐漸匱乏和發(fā)(上接第24頁)都需要停爐(或倒?fàn)t),每次停爐倒?fàn)t表1氣化爐創(chuàng)新型燒嘴年 運行節(jié)約費用表由于減負(fù)荷消耗燃料等,平均損失高達(dá)百萬元。原常規(guī)工藝燒嘴創(chuàng)新工藝燒嘴年節(jié)省運行(3開1以渭河煤化工集團(tuán)有限責(zé)任公司水煤漿加停爐倒?fàn)t年均停爐倒停爐倒?fàn)t年均停爐倒備)費用，壓氣化系統(tǒng)為例，氣化裝置4臺氣化爐3開1備,周期,月爐次數(shù),次周期,月爐次數(shù),次 萬元單臺氣化爐按以往平均每次運行周期40天計算。.52(3)5(3)600(1 200)以每臺氣化爐每次停爐倒?fàn)t平均費用100萬元計常規(guī)工藝燒嘴每次維修(不更換噴頭等易損算,采用創(chuàng)新型工藝燒嘴的經(jīng)濟(jì)效益分析如下。件,下同)費用2萬元左右,以每臺氣化爐年停爐(1)氣化爐年運行費用大幅度降低次數(shù)為7次計算,單臺燒嘴維修花費14萬元。采用創(chuàng)新型工藝燒嘴后,若實現(xiàn)單臺氣化爐創(chuàng)新型工藝燒嘴使用2(3)個月后每次維修每次運行周期達(dá)到70(90)天,停爐倒?fàn)t周期可由費用2.5(3.5)萬元左右,以每臺氣化爐年停爐次1.5個月左右延長到2(3)個月以上,氣化爐年運數(shù)為5 (3)次計算，單臺爐燒嘴維修花費12.5行節(jié)約費用見表1。(10.5)萬元。氣化爐3開1備,每年可節(jié)省燒嘴維(2)氣化爐燒嘴檢修費用降低修費用見表2。表2氣化爐創(chuàng)新型燒嘴年節(jié)約維修費用表原常規(guī)工藝燒喘年節(jié)省燒停爐倒?fàn)t年均停爐倒單爐燒嘴維停爐倒?fàn)t 年均停爐倒單爐燒嘴維嘴維修費用，萬元周期,月爐次數(shù),次修費用,萬元_周期,月 爐次數(shù),次修費用,萬元1412.5(10.5)4.5(10.5)6結(jié)束語隨著創(chuàng)新工藝燒嘴技術(shù)的日趨成熟,在水煤漿加壓氣化裝置上的日益廣泛使用,必將突破氣1 劉孝弟,王岳,李兵科.水煤漿氣化爐工藝燒嘴有關(guān)問化裝置長周期運行的“瓶頸" ,帶動水煤漿加壓氣題的探討《化肥T業(yè)) 2nn0(21中國煤化工裝置的一-些思考.化裝置多種節(jié)能途徑的實現(xiàn),給企業(yè)帶來顯著的YHCNMHG經(jīng)濟(jì)效益。(收稿日期:2010 -10-28)