(2)燒嘴的最佳工作狀態應與氣化爐匹配,即在設計參數狀態下,經噴出的煤漿與氧氣的張角應合理,不得直接沖刷到耐火磚。其工作狀態下的火炬長短(反應高溫區位置)應合理,不能太長也不能太短,以避免對耐火磚及燒嘴本體帶來不利的影響。
(3)操作彈性大即能滿足開車時的低負荷、正常生產時的滿負荷以及單爐運行時必要的超負荷(50~120%),在操作彈性范圍內應保證其工作性能。
(4)使用壽命長,即在保證其工作性能的前提下最大限度的延長其使用壽命,以確保裝置的長周期穩定運行及經濟運行效能。鑒上所述,對工藝燒嘴性能的評價可通過對燒嘴液霧平均粒徑、霧粒直徑分布、霧炬張角和液霧流量分布等指標的測量來獲得,但最終是以實際生產中的工藝指標來評定。
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工藝燒嘴的結構形式是影響霧化性能的主要因素之一,結構形式和結構尺寸的變化都會使燒嘴的霧化性能隨之變化。
燒嘴的結構歸納為兩大類:一類是內混式,及O2與水煤漿在燒嘴內的一混合室充分混合后噴出燒嘴。這種燒嘴經過霧粒參數的測定,表明其霧化性能較好,但對內混室的耐磨件要求較高,難以實現工業化大生產,進口的燒嘴為此結構形式。另一類是外混式,即現工業化大生產中國產化的應用類型(如航天十一所、國雄等廠家)。這種燒嘴與內混式相比,其最大的優點就是降低了對燒嘴頭部耐磨件的要求,但霧化性能略差于內混式。
在外混式燒嘴中,使用在水煤漿氣化工藝上的主要為三流式外混燒嘴,其結構見圖一。該燒嘴較好的實現了結構與材質的統一,在工業化大生產中體現了它的實用價值。在這種燒嘴結構中,在不同的負荷、不同的氣液比情況下,為使工藝燒嘴在最佳狀態下工作,其中心氧量都存在一最佳值,因此對于氣化爐操作人員提出了較高的要求。
3工藝燒嘴性能的影響因素初探
3.1工藝操作條件的影響
3.1.1氣液比的影響
工藝燒嘴的原理是利用高速噴出的O2的動能來霧化煤漿,因此氣液(煤漿)比會對燒嘴的霧化性能帶來直接的影響。在對燒嘴(三流外混)的液霧平均粒經測定(SMD,舒特平均直徑,sauter mean diameter),SMD隨著氣液比的增加而減小,但當氣液比達到某一值(約0.5)之后,其變化趨緩,見圖二。在實際操作中有兩種可能會導致減小氣液比的操作,一是煤漿濃度變稀時,為控制氧煤比(或爐溫),而減小氧氣流量;二是煤灰熔點過低,為追求工藝指標(主要為排渣溫度)而減小O2流量,在這兩種情況下,燒嘴的霧化性能變差,相當一部分反應物不能在爐內得到充分反應,使其碳轉化率降低,反映在渣中的殘碳增加。因此過低的煤漿濃度和煤的灰熔點對氣化爐操作都是不經濟的。
3.1.2中心氧比例的影響
中心氧的作用主要在于改善燒嘴噴出流體的流量密度分布。在對三流結構燒嘴的物理參數測定中發現,其中心O2量的增加使燒嘴噴出流體的流量密度、分布趨于均勻(見圖三)。但SMD卻有所增大,且霧炬的表現張角也有所增大。在實際操作中,隨著負荷、壓力的改變,其中心氧比例存在一最佳值(一般在12%~17%之間),這就要求操作人員根據爐溫、爐況及渣中的殘炭等情況及時的調整,以使燒嘴達到最佳的工作狀態。
3.1.3負荷的影響
負荷彈性大小是衡量燒嘴性能的一個重要指標,燒嘴的霧化性能隨著操作負荷而變化。一般的說,隨著操作負荷的增加,燒嘴的SMD下降,當負荷達到設計負荷后,SMD變化趨勢減緩(見圖四),因此通過對燒嘴的負荷試驗可探索燒嘴的最佳操作狀況,主要是設計流速不能偏低,低負荷時,由于燒嘴出口氧氣的影響煤漿流速下降黑區變短,熱輻射輕度增大,容易燒壞燒嘴。
3.2結構與材料的影響
燒嘴的結構與材質二者之間的關系較為密切,往往在結構上較有優勢的,其對材質的要求也較高。然而只圖解決材料來提高壽命也是不實際的。試驗表明,在我國現有的技術條件下,僅靠耐磨材料來解決燒嘴的磨損問題不是提高燒嘴壽命的最佳途徑,只有在提高耐磨材料質量的同時,合理的改善燒嘴結構才是提高燒嘴壽命的有效途徑。
在材質方面,還存在燒嘴頭部冷卻盤管的腐蝕問題,從華魯恒升、國泰、大南化等裝置上使用的工藝燒嘴中,多次出現頭部冷卻盤管連接彎頭及外部焊縫的裂紋,其它裝置上也出現過同樣的問題,而且還伴有燒嘴端部及盤管上的腐蝕凹痕,這是由于在該處表面產生汽凝液并又急劇地蒸發而產生的熱循環所導致的熱疲勞裂紋和腐蝕。
3.2煤的質量影響
煤中S會對燒嘴的壽命產生影響。目前,工業燒嘴的主要材質為Inconcl600、625,噴嘴頭UMCO50,這些材料的高溫狀態下抗氧化性能好,但在高溫下合金中的Ni和煤中的S易在晶間產生NiS,導致材料的腐蝕。
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