气化炉工艺烧嘴新材料的开发与应用

兖矿鲁南化肥厂于1987年引进美国德士古水煤浆加压气化技术，建成我国第1套水煤浆加压气化装置。该装置运行以来，经过消化、吸收和创新，于2000年新建的第3台气化炉完全立足于国内，国产化率达到100%。工艺烧嘴是水煤浆煤气化技术的核心设备, 装置的大部分技术、经济指标都与工艺烧嘴有关，其性能的好坏、使用寿命的长短直接影响到整个装置的运行质量。

工艺烧嘴存在的问题

烧嘴属于周期性易损件，烧嘴到使用后期会出现煤浆喷头磨损大、雾化效果差等问题，从而导致气化反应工况变差、碳转化率降低、渣中含碳量升高；烧嘴磨损后还会引起煤浆偏流、冲刷气化炉耐火砖，加剧磨蚀而且不均匀，使得耐火砖寿命降低，直接导致经济效益降低；最终需要停车更换，而每次更换烧嘴的停开车过程中会造成一定量煤浆及其他原材料、物料的损失。因此，延长烧嘴使用寿命是提高气化炉运行周期、增加效益的有效途径之一。实际上影响烧嘴使用寿命的主要部件是煤浆喷头和一次氧喷头的运行周期。

工艺烧嘴的改造措施

（1）和山东大学陶瓷研究室共同开发、研制了特殊的耐高温、耐冲刷的复合型陶瓷内套，镶嵌在烧嘴的头部。

（2）根据实际生产数据，自行设计、更新图纸。

（3）和青岛科技大学合作研发外氧喷头端面的强化处理工艺，研发了激光改性喷涂技术，改善一次氧喷头端面大面积龟裂的现象。

（4）改变了原始工件焊缝的结构布置，把不易实施焊接的陶瓷内衬镶嵌到重要部位，使其喷头、耐磨材料达到耐温、耐蚀、耐冲刷，提高烧嘴的使用寿命。  

  （5）购置了先进的数控机床，采取数字控制加工，使其各部位加工精度更高。

（6）选择合适的焊接材料，购置触摸式数字化焊机，采用先进的触摸式TIG焊接技术和焊接工艺，保证焊接质量最佳。

（7）严格控制焊后机械加工精度，即数控车床的编程和操作加工。

（8）严格焊后的热处理，这关系到焊接应力的消除，尺寸、形状误差的控制，以及烧嘴机械性能的保证，如强度、硬度、耐高温、耐冲刷、耐磨损性能。

（9）在新型烧嘴使用期间，加强机、电、化、仪各专业的综合管理，尽量减少气化炉的停车次数，减少对新型烧嘴的影响和冲击，做好烧嘴备件管理，做到随时可以更换烧嘴，减少对生产的影响。

改造后的工艺烧嘴运行情况

工艺烧嘴通过以上改造，取得了较好的效果。原烧嘴运行时间一般为80～90 d，且运行到后期烧嘴雾化不好，严重影响气化炉的稳定运行，比氧耗高（生产1000 m3有效气消耗的氧气平均为382.5 m3），渣中可燃物高，吨氨耗煤高（平均为1368 t）。

（1）第1台新型烧嘴运行状况

首台烧嘴于2006年8月29日在B炉上使用，新型烧嘴在运行到120 d后，从各项工艺指标看，烧嘴没有出现以往烧嘴使用后期经常出现的产气量降低、渣口压差降低、比氧耗升高、渣可燃物升高等现象，气化炉渣口压差仅仅降低了0.03 MPa，说明煤浆喷头没有出现较为严重的磨损；与前60 d比，产量没有出现明显降低、吨氨耗煤没有升高，说明烧嘴的雾化效果仍保持良好的状态。

首台烧嘴至2007年1月13日更换退出，累计运行151 d，期间开停车5次（4次连投），烧嘴在使用期间未发生异常,当时创国内外烧嘴运行的最高纪录。生产1000 m3有效气消耗的氧气平均为354.25 m3，吨氨耗煤平均为1350 t。

 (2)第2台新型烧嘴运行状况

第2台新型工艺烧嘴于2007年5月制作完成，2007年6月9日在A炉上使用。第2台新型烧嘴充分吸取了第1台烧嘴的制作、运行经验，运行时间比第1台更长，运行效果更好，特别是运行到了150 d以后，并未出现烧嘴雾化状况恶化、产量下降、气化炉耐火砖局部冲刷加剧等现象，产品产量及消耗也没有出现较大变化（生产1000 m3有效气消耗的氧气平均为354.5 m3，吨氨耗煤平均为1359 t），气化炉炉壁温度维持在工艺指标范围内。

       2007年12月24日第2台新型工艺烧嘴退出，共计投料4次，烧嘴连续运行197 d，在同等压力下，第2台新型烧嘴创国内外烧嘴运行的最长纪录，该项目所采用的耐磨陶瓷衬里材料、焊接工艺和新型烧嘴结构形式达国际领先水平。