杨林，王军龙
（陕西延长中煤榆林能源化工有限公司，陕西 榆林718500）
［摘 要］工艺烧嘴使用寿命短是水煤浆加压气化技术的一项弱点，工艺烧嘴性能的优劣、质量的好坏、寿命的长短直接影响着气化炉的运行效率和运行周期。据陕西延长中煤榆林能源化工有限公司多元料浆气化装置B炉联锁停车检查时烧嘴的损伤情况，对可能造成气化炉工艺烧嘴损伤的原因进行分析，认为是原料煤中灰分和硫含量高、煤浆粒度分布不合理、高压煤浆泵出口流量波动、烧嘴压差波动、气化炉操作压力不稳定等因素的共同作用所致。针对工艺烧嘴损伤的影响因素，采取相应的防范措施后，有效延长了工艺烧嘴的使用寿命。
［关键词］多元料浆气化炉；工艺烧嘴损伤；影响因素；原料煤煤质；煤浆质量；烧嘴压差；气化压力；防范措施
［中图分类号］TQ545 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2020）05-0004-04
1 概 述
陕西延长中煤榆林能源化工有限公司（简称榆林能化）气化装置采用多元料浆气化工艺，配置3台φ3 200 mm×3 800 mm气化炉（简称A炉、B炉、C炉，两开一备），气化炉设计工作压力6.5 MPa、工作温度1 320 ℃，工艺烧嘴结构为同心三套管形式。原始设计满负荷运行时单台气化炉煤浆流量为79.5 m3/h，而实际生产中单台气化炉煤浆流量达88 m3/h，烧嘴尺寸不能满足生产所需，后期经过烧嘴尺寸优化以及各运行参数的不断优化，气化炉运行周期一度达到91 d。
2018年8月8日，B炉因烧嘴冷却水进出口流量差高高（8 m3/h）联锁停车，至停车时B炉运行61 d。停车检查发现B炉烧嘴损伤情况如下：① 外氧喷头水室盖端面龟裂严重，且端盖有一处已经裂透，端面车掉4 mm后仍有明显裂纹，裂纹沿口径呈放射状，裂纹长度平均约30 mm；② 喷头因长期受煤浆高速冲刷，口径磨损严重，实测尺寸为66.7 mm，比标准尺寸大11.7 mm，喷头内表面及口部呈不规则波纹状，煤浆喷头外表面呈紫红色，有回火迹象；③ 中心氧管和中心氧喷头受高温灼烧变色，呈深紫色。
2 工艺烧嘴损伤时出现的现象
工艺烧嘴的稳定使用是水煤浆加压气化炉长周期运行的关键，虽然运行过程中工艺烧嘴的磨损、损伤等不可避免，但能否继续使用，可以通过一些数据或现象来加以判断，当烧嘴有损伤（即运行至末期）时，会出现一些现象：烧嘴冷却水进出口流量差逐步增大；烧嘴冷却水出口流量忽高忽低，波动逐渐增大；烧嘴压差逐渐减小，洗涤塔出口有效气（CO+H2）含量逐渐降低；烧嘴冷却水出口CO检测仪检出的CO含量会出现波动；气化装置的比氧耗、比煤耗等消耗指标较正常工况时高；气化炉的碳转化率降低，渣中残炭升高。一旦这些现象出现，就要及时分析并对工艺烧嘴的状况作出判断。
3 烧嘴损伤的可能原因
3.1 煤浆质量的影响
3.1.1 煤浆粒度
榆林能化多元料浆气化装置配套的3台磨煤机（A/B/C，三开无备）采用的是φ3 400 mm×5 800 mm的湿式溢流型棒磨机，设计单机生产能力为38.4～51.8 t/h（干基），设计所产煤浆粒度分布为＜14目（1.430 mm）通过率100%、＜20目（0.900 mm）通过率98%～100%、＜40目（0.450 mm）通过率90%～98%、＜120目（0.125 mm）通过率50%～70%、＜200目（0.076 mm）通过率40%～45%、＜320目（0.044 mm）通过率25%～40%。生产中B炉跳车前磨煤机磨制煤浆粒度分布（平均值）见表1。可以看出，随着磨煤机运行时间的延长，钢棒逐渐磨损，钢棒配比发生变化，钢棒总质量减少，影响成浆质量，煤浆粒度通过率逐渐减小。
榆林能化多元料浆气化炉所用原料煤为魏强煤矿精洗煤（简称魏强煤），制得的煤浆中大颗粒多，煤浆浓度相对较高，但煤浆粘度低，容易沉降分离且雾化效果不好。通常煤浆中煤颗粒越小对工艺烧嘴喷头磨损越均匀，越有利于工况的稳定，也越有利于煤浆的雾化，可避免出现局部过氧而加剧烧嘴的烧蚀；反之，若煤浆中煤颗粒过大，煤浆粒度分布不合理，不仅不利于煤浆的雾化，还会加剧烧嘴的磨损和烧蚀。
3.1.2 磨煤机的设计
水煤浆气化反应主要在煤粒表面进行，煤浆中煤颗粒粒径越大，比表面积越小，煤粒内部气体分子扩散阻力越大，越不利于氧气与煤粒气化反应的进行；但若煤浆中煤颗粒粒径过小，虽然有利于增大煤粒与氧气的反应面积，但从雾化角度而言，煤浆粘度会增大，雾化阻力增大，相同的雾化效果需要的氧气流速越高。实际生产情况表明，煤浆浓度越高，煤浆粘度越大，煤浆流动时对煤浆通道环隙的磨损越大。多元料浆气化炉工艺烧嘴垂直布置，长期使用后的工艺烧嘴下部较上部磨损严重，当下部磨损至一定程度时，便会出现偏喷现象，导致煤浆雾化不均匀。简言之，煤浆质量的稳定对煤浆通道环隙和工艺烧嘴的磨损至关重要，而煤浆质量的稳定又取决于磨煤机的合理设计及稳定运行。
原始设计单台气化炉满负荷运行时煤浆流量为79.5 m3/h，而实际满负荷运行时单台气化炉煤浆流量达88 m3/h，当2台在运气化炉均满负荷（88 m3/h）运行时，折算成单台磨煤机负荷需达49.6 t/h（干基，下同），原始设计3台磨煤机两开一备，但实际上3台磨煤机需全部运行才能保证2台气化炉的满负荷运行。当其中1台磨煤机出现故障而检修时间过长时，为保证气化炉满负荷运行，会将另外2台磨煤机负荷加至62 t/h，以维持大煤浆槽的液位，但是在磨煤机内钢棒配比不变的情况下，磨煤机负荷过高会导致煤浆粒度分布不合理，即磨煤机设计出力偏小的问题带来的煤浆质量不稳定，会造成煤浆通道环隙和工艺烧嘴的磨损加剧。
3.2 中心氧比例的影响
更多内容详见《中氮肥》2020年第5期