壳牌气化炉粉煤烧嘴损坏原因分析

杨海斌

摘 要：粉煤烧嘴是壳牌气化炉的重要组成部分，受高压及高温的影响，壳牌气化炉粉煤烧嘴损坏频率较高。本文从粉煤烧嘴的结构入手，重点探究气化炉粉煤烧嘴损坏的主要特征与原因。

关键词：壳牌气化炉;粉煤烧嘴;结构;损坏原因

壳牌煤气化是指在高温及高压环境下，将煤粉、氧气与水蒸气加压后送入带气化炉内，在短时间内完成升温、燃烧以及转化的过程。壳牌气化炉主要应用于大型化工企业，目前已经投入规模化生产应用。但受外界环境影响，壳牌气化炉在实际应用过程中还存在一些问题，粉煤烧嘴作为一项重要工艺，在高温与高压环境中，粉煤烧嘴容易出现损坏，在一定程度上影响了化工企业的正常生产。

1 粉煤烧嘴的结构

粉煤烧嘴是壳牌气化炉的关键工艺之一，在使用过程中，为方便维修与更换零部件，粉煤烧嘴采用分装工艺，分为内外两部分，由烧嘴头与烧嘴身组成。烧嘴头是粉煤烧嘴的核心组成部分，是由高强度合金构成。粉煤烧嘴的内外两部分构成了多层套管，煤粉、氧气与水蒸气通过烧嘴头进入壳牌气化炉的腔体。一般而言，一台壳牌气化炉需要安装四到六个粉煤烧嘴。

2 粉煤烧嘴损坏的主要特征

壳牌气化炉在使用一段时间后，就会出现不同程度的故障，其中粉煤烧嘴损坏的频率最高。为保证壳牌气化炉的正常运转，粉煤烧嘴出现故障后，要立即进行更换护或维修，粉煤烧嘴损坏的形式主要有以下几种：

2.1 烧嘴头损坏

烧嘴头损坏的形式有如下几种：烧嘴喷口出现裂纹，烧嘴头前端的金属厚度约为1-3mm，使用时间过长，烧嘴头很容易产生放射状裂纹，造成冷水渗漏问题;烧嘴头前壁结渣烧熔，烧嘴头由合金组成，使用过程中容易出现金属熔融问题，使烧嘴头壁面缺损，导致冷水渗漏;机械损坏，在安装过程中，如果受到磕碰，烧嘴头也容易出现损坏。出现机械损坏后，难以修复，需要更换新的烧嘴头。

2.2 烧嘴身损坏

烧嘴身损坏的形式如下，回火烧熔，受高温合成气的影响，烧嘴身容易出现回火烧熔的状况;管路腐蚀，受高温高压与腐蚀物质的影响，烧嘴外管中容易出现腐蚀性坑洞，导致冷水渗漏;机械损坏，在安装过程中，烧嘴法兰部位容易磕碰划伤。

3 粉煤燒嘴损坏的主要原因分析

壳牌气化炉在使用过程中，粉煤烧嘴出现故障的频率最高，大大降低了粉煤烧嘴的使用寿命，对工厂的正常生产造成了一定影响，粉煤烧嘴的损坏原因主要有以下几点：

3.1 粉煤管线温度达不到标准

粉煤管线中粉煤投放过程是一个内部循环过程，对温度有着严格的要求。但在实际应用过程中，因气化炉工作时间较长，而外界的操作温度过低，受煤粉质量与恒温系统的影响，壳牌气化无法完成伴热工作，粉煤烧嘴管线中经常呈现出常温形式，外界温度出现明显下降时，粉煤管线中的温度也会相应降低，使粉煤烧嘴出现跳车问题，对粉煤的传输与运送造成一定的影响。如果壳牌气化炉中的粉煤烧嘴是以串联形式工作，一个粉煤烧嘴出现问题，粉煤烧嘴运行数量减少，火焰偏烧现象会更加明显，高温回流会对烧嘴罩造成一定的影响，使得其他烧嘴所承受的热负荷增加，使得其他烧嘴金属壁在高温环境下失效，出现渗水问题，对壳牌气化炉的正常运行造成一定的影响。

3.2 粉煤烧嘴金属壁厚度不均

粉煤烧嘴是由高硬度合金组成，但高温合金的塑性高，硬度较大，加工过程比较困难，粉煤烧嘴的尺寸精准度较高，对金属面的粗糙度也有着一定的要求，粉煤烧嘴在制造过程中容易出现金属壁厚度不均的问题，影响了粉煤烧嘴的使用寿命。粉煤烧嘴的烧嘴头为尖角结构，受内部冷水与外部高温的作用下，加上粉煤管道中煤粉的冲刷，使得粉煤烧嘴容易损坏。

3.3 煤粉中杂质角度

煤粉中杂质含量高，也容易对粉煤烧嘴造成一定的损伤，粉煤中普遍含有氧化硅、三氧化二铝、氧化镁、三氧化二铁、氧化钠与氧化钾等物质，这些杂质的粘度不同，当气化炉内的温度达到不气化温度时，煤粉中悬浮残渣的流动性相对较差，这些残渣会附着在烧嘴金属壁面上，对粉煤烧嘴造损坏，这些高温残渣会附着在烧嘴头的金属壁上，金属壁面上会出现大小不一的熔融坑洞。

3.4 操作失误

大部分化工企业为降低粉煤烧嘴的损坏频率，使气化炉保持低负荷的运行状态，壳牌煤气炉的操作压力大，但操作负荷较低，进入粉煤管道中的粉煤量降低，水蒸气与氧气的流速也相应降低，煤粉烧嘴的出料流速降低，使的火焰黑区大幅度缩短，雾化角范扩大，烧嘴头温度升高，造成烧嘴壁在高温环境下容易产生裂纹或是穿孔。在实际操作中存在操作失误而导致的压力稳定，如误开泄压阀门等，使管道中的煤粉含量急剧减少，造成粉煤烧嘴因瞬间过氧而跳车，引起气化炉中压力与热量失衡，严重时会出现回火现象，对粉煤烧嘴造成一定的损害。

4 结束语

随着科学技术的进步，壳牌气化炉的制造工艺在不断进步，但是在使用过程中，总是出现这样或是那样的问题，对工厂的正常运转造成了一定的影响。因此在制造过程中，要根据实际使用情况，不断完善粉煤烧嘴的制作工艺，提高粉煤烧嘴的使用寿命，对于化工企业而言，要加强粉煤管道温度的把控，将粉煤烧嘴的损耗降到最低。

参考文献：

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