气化炉烧嘴工作总结.docx

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气化炉烧嘴工作总结

气化炉烧嘴技术研究

工作总结

兖矿鲁南化肥厂

二OO七年五月

验收材料之一：

项目概述

一、总论

二、气化炉烧嘴原运行状况

三、国内外研究的现状

四、项目建设的目的和意义

五、研究开发的主要内容和目标

验收材料之二：

工作报告

一、项目提出的背景

二、项目立项

三、项目技术研究过程

四、项目实施过程

五、项目实施过程中的难点及解决措施

六、项目实施后的运行调试

验收材料之三：

技术研究报告

一、国内外现状

二、现有装置的调查与测试

三、主要设备配置

四、项目实施过程

五、关键技术及创新点

验收材料之四：

工业应用报告

一、目前情况简介

二、项目实施情况

三、工艺流程及主要工艺指标

四、项目考核过程描述

五、项目运行考核结论

验收材料之五：

经济效益和社会效益分析

一、经济效益分析

二、社会效益分析

气化炉烧嘴技术研究

项目概述

二OO七年五月

一、总论

鲁南化肥厂建设于六十年代，是全国同期建设八个大型氮肥厂之一（年产6万吨合成氨，后经过填平补齐扩产到8万吨合成氨），设计使用焦炭为原料，采用固定层造气制取半水煤气，后又改用无烟煤为原料。

1987年经化工部、国家计委批准，鲁南化肥厂引进美国德士古水煤浆加压气化技术，建设我国第一套水煤浆加压气化装置。

该装置仅引进了工艺软件包（PDP）和进口少数关键设备，于93年4月建成并试车，94年3月完成了化工部组织的72小时满负荷考核，94年6月通过了化工部专家组的技术鉴定，95年产量达到了设计值。

经过几年的技术改造和攻关，我们消化吸收并发展了水煤浆加压气化技术，于95年12月我厂的“水煤浆加压气化及气体净化制合成氨新工艺”荣获国家科技进步一等奖，形成了我厂独有的生产技术。

1990年鲁化在国内第一个引进美国德士古水煤浆加压气化技术的基础上，经过消化、吸收和创新，于2002年新上第三台气化炉，该装置完全立足于国内，国产化率达到100％。

多年来，我们不断实施技术创新占领煤化工技术制高点。

烧嘴属于易损件，其材料采用INCONEL600和YRS188耐高温、耐冲刷、耐腐蚀、耐磨损Ni基特殊钢材，价格比较昂贵，多数是美国进口（每套进口价约40万元人民币），目前兖矿鲁化的烧嘴正常使用时间为80～90天，在国内同行业中处于领先水平。

比国际水平还有一定的差距，所以要降低水煤气制备的成本，只有在烧咀的制造和修复技术方面进行突破。

从1994年至今，兖矿鲁化一直在摸索研发该部件的技术突破，也总结了很多的经验，为了进一步创出高科技的新型耐磨烧嘴，特组织对烧嘴的结构，材料，制作、焊接，修复进行系统攻关。

二、气化炉烧嘴原运行状况

煤气化作为一种洁净煤技术，为我国煤化工行业的可持续发展提供了技术保证，但气化炉烧嘴的使用寿命短一直是制约气化炉长周期运行的难题，原烧嘴的最长运行周期为101天，正常为90天左右，烧嘴到使用后期存在煤浆喷头磨损大，雾化效果差，容易造成煤浆偏流现象，制约系统长周期运行，且煤渣中含碳量较高，直接影响经济效益。

每次更换烧嘴时也将损失一定量煤浆与合成气。

三、国内外研究现状

在兖矿鲁南化肥厂研究延长气化炉烧嘴使用寿命之前，国内对此项目的研究是一片空白，为继续占领煤化工技术制高点，我厂与华东理工大学、水煤浆加压气化及煤化工国家工程研究中心共同开发的新型水煤浆气化喷嘴从1994年至今，兖矿鲁化一直在摸索研发该部件的技术突破，也总结了很多的经验，为了进一步创出高科技的新型耐磨烧嘴，特组织对烧嘴的结构，材料，制作、焊接，修复进行系统攻关。

四、项目建设的目的和意义

1、新型气化炉烧嘴的运行周期提高到150天以上（原烧嘴的运行时间为90天左右，最高101天）。

2、新型烧嘴各项技术指标均超过Texaco烧嘴，比Texaco烧嘴节煤~2.6％，节氧2％~5％，碳转化率提高~2％，

3、填补国内空白，形成了中国水煤浆气化技术特色，达到国际领先水平。

五、研究开发的主要内容和目标

此研究主要内容是：

兖矿鲁化对工艺烧嘴的易损部件进行优化设计，采用新型耐磨材料，并委托华东理工大学制造该材料。

通过采用镶嵌耐磨材料达到耐温，耐蚀、耐冲刷，提高烧嘴的使用寿命；另外改变原有修复工艺，不切割一次氧喷头，整体修复端面，降低备件费用，

改造使用的主要材料有煤浆喷头、托套、喷头。

预计使用寿命达150天以上，比目前使用烧嘴增加三分之一左右的使用寿命，实现历史性突破。

气化炉烧嘴技术研究

工作报告

二OO七年五月

一、项目提出的背景

多年来，我们不断实施技术创新占领煤化工技术制高点。

比国际水平还有一定的差距，所以要降低水煤气制备的成本，只有在烧咀的制造和修复技术方面进行突破。

二、项目立项

该项目被集团公司列为2006年度的维持简单再生产投资计划，研究项目总投资为3.4万元。

三、项目技术研究过程

1、首先将更换下的待修烧嘴进行清洗，详细测量、记录各部分磨损尺寸；

2、选择合适的焊接工艺技术。

采用TIG焊接技术，保证该类材料焊接的质量，焊接技术掌握不好容易产生焊接裂纹和焊接变形，有可能造成喷头报废（因该类材料焊接性能较差，且不宜进行多次重复焊接）。

3、焊后的热处理也很关键，这关系到焊接应力的消除，尺寸、形状误差的控制，以及烧咀机械性能的保证，如强度、硬度、耐高温、耐冲刷、耐磨损性能。

4、严格控制焊后机械加工精度，使其达到满足生产需求的机械性能参数。

随着我国水煤浆气化技术迅速发展，也将会有大量的烧嘴需要检修，市场前景非常乐观，其社会效益和经济效益非常显著。

四、项目实施过程

2006年6月，根据改造后的新型烧嘴方案，重新加工制作了新型烧嘴，2006年8月29日在德士古气化炉的B炉上使用，至2007年1月13日更换退出，连续使用151天，创国内外烧嘴运行的最高纪录。

五、项目实施过程中的难点及解决措施

新型烧嘴在运行期间，因外部故障出现5次（4次连投）系统停车，烧嘴在使用期间自身未发生异常，但是系统运行的波动对新型烧嘴的使用寿命造成一定程度的影响。

在新型烧嘴使用期间，需要加强机电化仪各专业的综合管理力度，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。

六、项目实施后的运行调试

该烧嘴于2006年8月29日在B炉上使用，至2007年1月13日更换退出，累计运行151天（3625小时15分），期间开停车5次（4次连投），烧嘴在使用期间自身未发生异常。

运行时间见表1。

表1新型烧嘴运行时间统计

投料次数

投料时间

停车时间

停车原因

运行时间（h）

累计运行时间（h）

2006-8-2913:

2006-10-319:

仪表故障

1508.02

2006-10-3111:

2006-11-106:

仪表故障

235.18

1743.2

2006-11-1012:

2007-1-1217:

电网掉电

1517.40

3260.6

2007-1-137:

2007-1-1319:

仪表故障

11.25

3271.85

2007-1-1322:

2007-1-2714:

计划停车

328.18

~3600

气化炉烧嘴技术研究

技术研究报告

二OO七年五月

一、国内外现状

目前兖矿鲁化的烧嘴正常使用时间为80～90天，在国内同行业中处于领先水平。

比国际水平还有一定的差距，所以要降低水煤气制备的成本，只有在烧咀的制造和修复技术方面进行突破。

二、现有装置的调查与测试

为了更好地摸索新型烧嘴的运行效果，完善新型烧嘴，和原有烧嘴的运行情况做好数据比较对照，于2007年4～5月进行了调查和测试。

表1：

原烧嘴运行数据

运行

时间

CO+H2

CH4

ppm

CO2

比氧耗

m3/km3有效气

氨日

产量（醇折氨）

吨氨

耗煤

kg/t

4.1

35.5

45.5

598

18.5

386

700

1360

4.15

350

17.9

381

696

1370

4.30

35.9

80.9

300

18.1

384

698

1370

5.15

35.6

45.9

81.5

292

383

695

1372

平均

35.2

45.6

81.1

385

18.125

382.5

697.25

1368

表2：

新型烧嘴运行数据

运行

时间

（天）

CO+H2

CH4

ppm

CO2

比氧耗

m3/km3有效气

氨日

产量（醇折氨）

吨氨

耗煤

kg/t

56~60

592

352

720

1352

86~90

36.12

82.12

304

17.87

343

696.8

1350

116~120

35.85

46.31

82.16

259

18.54

363

695.3

1347

145~149

35.6

45.91

81.71

249.6

359

694.5

1351

平均

35.74

46.055

81.74

351.15

18.1

354.25

701.65

1350

分析比较以上数据，新型烧嘴比原烧嘴碳转化率提高～1％、比氧耗下降7％、吨氨耗煤下降1.3％，合成氨产量提高0.63％，结论是新型烧嘴主要运行参数均优于原烧嘴，更重要的是新型烧嘴的主要优势在于运行周期长。

三、现在工业化流程

水煤浆加压气化工艺属气流床气化，水煤浆进料，以纯氧为气化剂。

气化压力可在2.0MPa～8.5Mpa范围选择，气化温度约1300～1500℃，湿煤气主要含有CO、H2、CO2、H2O、N2、H2S、CH4等。

在气化炉中进行的主要反应有：

1）煤的热裂解与挥发物的燃烧气化；2）固定碳与气化剂（氧气、蒸汽）间的反应；3）反应生成气体彼此间进行的反应；4）生成的气体与气化剂、固定碳之间的反应。

原煤经湿磨制浆后成为63％（wt）左右的水煤浆，经过隔膜泵泵送与纯氧（98％）一起进入德士古喷嘴，煤浆经喷嘴雾化与氧气在气化炉内发生部分氧化反应生成水煤气（合成气）。

本装置气化炉压力3.0Mpa，温度1300℃左右。

合成气出气化炉后，经文氏管、洗涤塔增湿除尘后送往后工序，用于制合成氨或甲醇。

灰渣经锁灰斗收集，定期排出系统。

黑水经闪蒸回收热量，再沉降处理返回系统使用。

四、新型烧嘴完善技术研究

1、新型烧嘴的工作原理

烧嘴是将煤浆和氧气混合的设备，在烧嘴的端部煤浆和氧气的混合物以较高的速度离开烧嘴头部，同时会对烧嘴头部产生磨损，磨损程度决定了烧嘴的使用寿命，要想延长其使用寿命，必须从减轻煤浆对喷头的磨损着手解决。

为了最大限度减轻气化过程中对烧嘴喷头的磨损，一般烧嘴头部均选用新材料制作，也有将烧嘴中煤浆和氧气混合形式由预混改为预膜。

使煤浆与氧气混合形式由预混改变为预膜，从而减少煤浆对烧嘴的直接磨损，同时可提高产量。

2、新型烧嘴研究的主要内容

（1）首先将更换下的待修烧嘴进行清洗，详细测量、记录尺寸；

（2）选择合适的焊接工艺技术。

保证该类材料焊接的质量，焊接技术掌握不好容易产生焊接裂纹和焊接变形，有可能造成喷头报废（因该类材料焊接性能较差，且不宜进行多次重复焊接）。

（3）焊后的热处理也很关键，这关系到焊接应力的消除，尺寸、形状误差的控制，以及烧咀机械性能的保证，如强度、硬度、耐高温、耐冲刷、耐磨损性能。

（4）严格控制焊后机械加工精度，使其达到满足生产需求的机械性能参数。

六、主要设备配置

序号

设备名称

设备型号

气化炉

Φ内2800/1670mm

球磨机

φ3.2×4.5，800ＫＷ

棒磨机

φ3.2×4.5，630KW

高压灰水泵4台

DG46-50×10,132KW

高压灰水泵

4GC-8×10,160KW

高压灰水泵

4GC-8×10,110KW

冷凝液泵4台

DG46-50×10,132KW

冷凝液泵2台

80Y-50×10,132KW

七、项目实施过程

八、关键技术及创新点

（1）通过采用达到耐温，耐蚀、耐冲刷，提高烧嘴的使用寿命；

（2）焊后的热处理也很关键，这关系到焊接应力的消除，尺寸、形状误差的控制，以及烧咀机械性能的保证，如强度、硬度、耐高温、耐冲刷、耐磨损性能。

（3）严格控制焊后机械加工精度，使其达到满足生产需求的机械性能参数。

气化炉烧嘴技术研究

工业应用报告

二OO七年五月

一、项目情况简介

水煤浆加压气化技术是以煤为原料的具有国际先进水平的气化技术，这种技术代表着当今世界煤化工发展的方向和趋势。

该项技术是将煤与水配比后经过研磨而制得一定含固体量的水煤浆，再经加压泵输送至气化炉中的工艺烧嘴内，和氧气混合，进入气化炉进行燃烧。

而工艺烧嘴是将水煤浆和氧气混合燃烧的反应器，是气化炉中的核心部件，因此，它技术性能的优劣和使用寿命的长短直接决定了整个气化装置的工艺指标和经济效益的好坏。

该部件又属于易损件，烧嘴材料采用INCONEL600和YRS188耐高温、耐冲刷、耐腐蚀、耐磨损Ni基特殊钢材，价格比较昂贵，多数是美国进口（每套进口价月40万元人民币），目前兖矿鲁化的烧嘴正常使用时间为80～90天，在国内同行业中处于领先水平。

比国际水平还有一定的差距，所以要降低水煤气制备的成本，从1994年至今，兖矿鲁化一直在摸索研发该部件的技术突破，也总结了很多的经验，为了进一步创出高科技的新型耐磨烧嘴，特组织对烧嘴的结构，材料，制作、焊接进行系统攻关。

经过反复试验，取得了可喜的成绩。

利用此技术（国内尚属首例）修复的烧嘴，在我厂气化炉中已使用到150天，且使用状况良好，各项工艺指标达到要求。

为此特提出专利申请。

研究开发内容：

此研究主要内容是：

兖矿鲁化对工艺烧嘴的易损部件进行优化设计，采用新型耐磨材料。

通过采用达到耐温，耐蚀、耐冲刷材料，提高烧嘴的使用寿命；另外改变原有修复工艺，不切割一次氧喷头，整体修复端面，降低备件费用。

研发过程：

1、首先将更换下的待修烧嘴进行清洗，详细测量、记录尺寸；

2、选择合适的焊接工艺技术。

6、严格控制焊后机械加工精度，使其达到满足生产需求的机械性能参数。

目前我厂双炉运行，根据2000～2005年使用烧咀数量的统计，每年使用烧咀数量为14台次。

如果根据目前我厂的维修技术进行更换喷头的话，那么：

根据备件费用5万元/台，加工费8000元/台来计算，每年的烧咀维修费用在80万元。

如果采用不更换喷头维修的技术，每年将有一半以上的烧咀可以重复使用。

那么至少可以节约30万元/年以上。

降低购买新烧嘴费用60万元左右。

随着我国水煤浆气化技术迅速发展，也将会有大量的烧嘴需要检修，市场前景非常乐观，其社会效益和经济效益非常显著。

二、项目实施情况

三、工艺流程

原煤经湿磨制浆后成为的水煤浆，经过隔膜泵泵送与纯氧一起进入德士古喷嘴，煤浆经喷嘴雾化与氧气在气化炉内发生部分氧化反应生成水煤气（合成气）。

本装置气化炉压力3.0Mpa，温度1300℃左右。

合成气出气化炉后，经文氏管、洗涤塔增湿除尘后送往后工序，用于制合成氨或甲醇。

灰渣经锁灰斗收集，定期排出系统。

黑水经闪蒸回收热量，再沉降处理返回系统使用。

四、项目考核过程描述

（1）考核内容：

有效气成份、合成氨日产量、比氧耗m3/km3有效气、吨氨耗煤kg/t。

（2）考核依据：

所用数据依据该装置各种显示仪表，考核前各方应对所有的仪表显示达成一致意见；

（3）考核时间：

化工连续生产5天，累计运行20天考核

（4）成立考核小组，并按照分工进行运行保障和数据统计

（5）考核数据

通过一段时间的调试运行，新型烧嘴运行稳定。

8月29日在B炉上使用，至2007年1月13日停止，具体运行数据见附图：

图1：

新型烧嘴运行数据

运行

时间

（天）

CO+H2

CH4

ppm

CO2

比氧耗

m3/km3有效气

氨日

产量（醇折氨）

吨氨

耗煤

kg/t

56~60

592

352

720

1352

86~90

36.12

82.12

304

17.87

343

696.8

1350

116~120

35.85

46.31

82.16

259

18.54

363

695.3

1347

145~149

35.6

45.91

81.71

249.6

359

694.5

1351

平均

35.74

46.055

81.74

351.15

18.1

354.25

701.65

1350

五、项目运行考核结论

通过以上运行数据可以看出，新型烧嘴运行，各项指标对比如下：

项目

原烧嘴

新型烧嘴

与原指标对比

有效气成份（CO+H2）

81.1

81.74

提高～1％

比氧耗m3/km3

有效气

382.5

354.25

比氧耗下降7％

氨日

产量（醇折氨）t

697.25

701.65

合成氨产量提高0.63％

吨氨耗煤kg/t

1368

1350

吨氨耗煤下降1.3％

烧嘴运行时间（天）

最长101

151

延长50天，即延长1/3的使用寿命

结论：

系统各项指标均优于原烧嘴的运行数据，消耗低于原烧嘴，并且烧嘴的使用寿命大大提高，即节约了倒车费用又大大减轻了劳动工作量。

气化炉烧嘴技术研究

经济和社会效益分析

二OO七年五月

一、经济效益分析

1．修理费用

一般工艺烧嘴运行50天（1200h）以后会逐渐出现磨损加剧、烧嘴雾化效果变差、气化炉产气量降低、碳转化率降低等一系列症状,需要停车更换。

如果按照单台气化炉年累计运行8000h计算，那么每年就需6台烧嘴，每台烧嘴修复费用约5万元，每年需修理费30万元。

如果使用新型烧嘴，只需用两台烧嘴和10万元修理费，每年可以节约20万元/（台·炉）。

2．烧嘴停开车费用及其他费用

①次更换烧嘴从停车到开车所需时间约为6小时，期间气化炉是不运行的，后系统将会损失6小时以上的产量。

②气化炉投料开车后约有1～2小时是不合格合成气放空时间，期间会损失约20吨煤，按照目前市场价计算约损失1.4万元。

③在气化炉停车、开车期间，其他系统的设备都处于运行状态，期间将损失电能124000Kwh（约4.33万）。

④其他工艺物料和原材料同样产生一定的损失。

3．新型烧嘴运行150天经济效益分析

每年可以减少因更换烧嘴引起的停开车4次，节约停开车费用（4.33+1.4）×4＝22.92万元/（台炉·年）

每年可以少使用四台烧嘴，节约修理费20万元/（台炉·年）

合计可以节约费用42.92万元/（台炉·年）

二、社会效益分析

兖矿鲁化实现了研发新型烧嘴的技术突破，填补了国内在此方面的研究空白，巩固了兖矿鲁化作为煤化工基地的排头兵地位。

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