2009年6月，Jun. 2009第32卷第3期Lange Scale Nitrogenous Fertilizer IndustryVol.32 No.3.氣化爐燒嘴及燒嘴冷卻水系統(tǒng)的改造章晨暉(中國(guó)石化集團(tuán)寧波技術(shù)研究院,浙江寧波.315103)摘要介紹中國(guó)石油蘭州石化公司化肥廠合成氨裝置油改氣工程中天然氣I型燒嘴的技術(shù)方案,根據(jù)II型燒嘴的技術(shù)特點(diǎn)和使用條件,選擇確定配套的燒嘴冷卻水系統(tǒng)改造方案。關(guān)鍵詞氣化爐燒嘴燒嘴冷卻水.在中國(guó)石油蘭州石化公司化肥廠(以下簡(jiǎn)稱度等)的合理匹配。蘭化)合成氨裝置油改氣工程中,原料由渣油改為在考慮了已有氣化爐結(jié)構(gòu)尺寸,并綜合了I天然氣, Shell的渣油氣化爐改為天然氣氣化爐。型 、I型燒嘴的技術(shù)特點(diǎn)后, II型燒嘴采用了下述2002年1月工程改造完成投產(chǎn)后,先后使用了兩，技術(shù)方案:代燒嘴,其中，I型燒嘴的最長(zhǎng)使用壽命僅為1)總體結(jié)構(gòu)。I型燒嘴的總體結(jié)構(gòu)為四流28d, I型燒嘴的最長(zhǎng)使用壽命僅為66d。燒嘴使道水冷盤管型,混合方式為平剪式外混合,燒嘴采用周期短、頻繁開(kāi)停車給化肥廠的穩(wěn)定生產(chǎn)帶來(lái)用水冷盤管冷卻,與氣化爐爐口敞開(kāi)匹配?？紤]了嚴(yán)重影響,成了制約裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行的瓶頸。到氣化爐各管口的連接,燒嘴各管口的規(guī)格尺寸、通過(guò)對(duì)氣化爐燒嘴及燒嘴冷卻水系統(tǒng)進(jìn)行分析和標(biāo)高均保持不變。研究,發(fā)現(xiàn)I型、I型燒嘴均為水冷夾套型天然氣2)優(yōu)化燒嘴噴口尺寸(噴口直徑及噴射角燒嘴,在運(yùn)行過(guò)程中燒嘴唇部易產(chǎn)生裂紋,造成燒度),使其與Shell氣化爐相匹配,形成爐內(nèi)最佳的嘴使用壽命較短。流場(chǎng)及溫度場(chǎng)。原中國(guó)石化集團(tuán)蘭州設(shè)計(jì)院與華東理工大3)燒嘴噴口內(nèi)縮10mm,水冷腔端部?jī)?nèi)徑為學(xué)、中國(guó)航天科技集團(tuán)第十一研究所組成聯(lián)合攻中65 mm,盤管節(jié)圓為中290/p241 mm。關(guān)組,于2002年6月研發(fā)制造了I型燒嘴。為了4)燒嘴與氣化爐爐口的匹配。由于爐口結(jié)從根本上解決問(wèn)題, I型燒嘴的研發(fā)摒棄了原有構(gòu)的限制及 水冷盤管冷卻水腔進(jìn)出口管的結(jié)構(gòu)要的燒嘴冷卻形式,而改為采用盤管冷卻結(jié)構(gòu),以延求,取消火盆,燒嘴噴口內(nèi)縮10mm,充分利用了長(zhǎng)燒嘴的使用壽命。為了適應(yīng)新燒嘴的水冷結(jié)氣化爐的軸向長(zhǎng)度,以達(dá)到提高有效氣成分的目構(gòu),原有的燒嘴冷卻水系統(tǒng)也進(jìn)行了相應(yīng)的技術(shù)的。改造。5)型燒嘴的材質(zhì)選用。氧氣與天然氣流道同心環(huán)的材質(zhì)為HAYNESS 188, 其他流道同心1亞 型燒嘴的技術(shù)方案環(huán)的材質(zhì)為INCONEL600,冷卻水腔及冷卻水盤氣化技術(shù)必須將氣化燒嘴與氣化爐作為一個(gè)管的材質(zhì)為INCONEL 600,其余材質(zhì)為0Cr18Ni10系統(tǒng)整體考慮,而不能分割開(kāi)來(lái)單獨(dú)考慮,且氣化燒嘴技術(shù)應(yīng)建立在與氣化爐合理匹配的基礎(chǔ)上。中國(guó)煤化工生，僅族,192年7嗶氣化燒嘴的技術(shù)核心是使其與氣化爐所形成的流業(yè)于YHCNMHG集團(tuán)寧波技術(shù)研究院高場(chǎng)、溫度場(chǎng)合理匹配，應(yīng)考慮并解決以下問(wèn)題:天級(jí)工程師,從事煤化工、合成油、合成氨、甲醇制氫等化工工藝技然氣氣化燒嘴各物料流道的合理設(shè)置;氣化燒嘴術(shù)的研發(fā)及工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作。聯(lián)系電話: 0574-87974528; E-結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);氣化燒嘴與氣化爐爐膛尺寸(直徑、高mail: zhangchh@ snec. com。148大氛配2009年第32卷不銹鋼。已有燒嘴水冷夾套和II型燒嘴水冷盤管的操作條件比較見(jiàn)表1。2燒嘴冷卻水系統(tǒng)的改造表1水冷夾套與水冷盤管的操作條件比較.2.1已有 燒嘴冷卻水系統(tǒng)(Shell水冷夾套系統(tǒng))操作條件I型、Il型燒嘴Il 型燒嘴簡(jiǎn)介壓降/MPa0.3-0.4(夾 套壓降)~ 3.0(盤管壓降)蘭化合成氨裝置實(shí)施油改氣工程后, I型、II流量/rh~'上水溫度1305上水溫度402操作溫度/C型燒嘴均延續(xù)了渣油燒嘴的水冷夾套結(jié)構(gòu),因此回水溫度~145回水溫度~75燒嘴冷卻水系統(tǒng)未做改造,還是采用了原有的高通過(guò)上述比較,可以看出I型燒嘴由于操作壓閉式循環(huán)回路,其工作原理如下:條件和結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn),造成燒嘴冷卻水系統(tǒng)操作來(lái)自燒嘴冷卻水緩沖罐140C , 6.7MPa(表?xiàng)l件與已有系統(tǒng)的操作條件發(fā)生了很大的變化，壓,下同)的高溫水,在燒嘴冷卻水冷卻器內(nèi)冷卻已有的燒嘴冷卻水系統(tǒng)已不能滿足I型燒嘴的操至130%后,通過(guò)燒嘴冷卻水泵加壓至7.0MPa,進(jìn)作要求,必須加以改造方能適應(yīng)新的操作條件。人2個(gè)并聯(lián)的燒嘴冷卻夾套冷卻燒嘴頭部,從冷2.3 I型燒嘴冷卻水系統(tǒng)的改造方案卻水夾套出來(lái)的水返回到燒嘴冷卻水緩沖罐,以II型燒嘴的冷卻水系統(tǒng)改造有兩個(gè)方案可供此形成閉路循環(huán)。燒嘴冷卻水緩沖罐的補(bǔ)充水采選擇:利用現(xiàn)有的高壓閉式循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行改造;新用鍋爐給水,燒嘴冷卻水緩沖罐的壓力由高壓氮上一套低壓開(kāi)式循環(huán)系統(tǒng)。兩套系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)維持。如下:2.2 M 型燒嘴對(duì)冷卻水系統(tǒng)的要求1)高壓閉式系統(tǒng)的特點(diǎn)。冷卻水壓力遠(yuǎn)高川I型燒嘴采用水冷盤管結(jié)構(gòu),燒嘴冷卻水系于氣化壓力,冷卻水在水夾套中氣化的可能性降統(tǒng)的操作條件也相應(yīng)發(fā)生變化,與原有夾套冷卻低,減少了冷卻水蒸發(fā)產(chǎn)生高壓氣泡對(duì)燒嘴冷卻水系統(tǒng)相比,差異主要表現(xiàn)在下述兩個(gè)方面:夾套的破壞;工藝氣不會(huì)泄漏到冷卻水側(cè)而帶到1)冷卻通道的壓力降大大增加。采用水冷氣化爐外,但夾套損壞后,必須停爐,否則夾套漏盤管后,冷卻水流經(jīng)燒嘴冷卻通道的長(zhǎng)度比之夾出的冷卻水會(huì)導(dǎo)致?tīng)t磚損壞,造成氣化爐爐壁超套的冷卻通道大大增加,而流道的截面積則大為溫,威脅氣化爐的安全運(yùn)行;冷卻水有流量、量差減少,帶來(lái)的直接后果是冷卻水通過(guò)盤管的壓力指示、報(bào)警、聯(lián)鎖;冷卻水工作壓力高,對(duì)設(shè)備、管降大大增加。道、儀表的要求高;冷卻水流量低時(shí),備用泵自啟2)操作溫度的變化。采用夾套冷卻結(jié)構(gòu),燒嘴冷卻水的操作溫度多維持在130C以上,這主2)低壓開(kāi)式系統(tǒng)的特點(diǎn)。冷卻水系統(tǒng)為常要是從兩個(gè)方面進(jìn)行考慮:①采用夾套冷卻燒嘴壓，只有泵出口至燒嘴處為帶壓系統(tǒng),其余為常壓時(shí),燒嘴的前端采用了火盆遮蔽結(jié)構(gòu),可以避免燒操作;如果盤管泄漏，高溫工藝氣體會(huì)從盤管的泄嘴直接受到氣化爐內(nèi)氣流的熱輻射,燒嘴的操作漏處進(jìn) 人冷卻水系統(tǒng),因此冷卻水收集槽上設(shè)置條件較為溫和,燒嘴冷卻水的溫升也比較低,僅了氣體檢測(cè)儀,在線檢測(cè)放空氣組分,以判斷盤管10C左右;②采用夾套冷卻結(jié)構(gòu),燒嘴冷卻的目的是否泄漏;冷卻水有流量指示、報(bào)警、聯(lián)鎖;冷卻水主要是將燒嘴頭部的溫度維持在合理的溫度范圍工作壓力低,對(duì)設(shè)備、管道、儀表的要求相對(duì)低得內(nèi),溫度過(guò)低時(shí),與燒嘴在氣化爐內(nèi)的操作條件反多;冷卻水壓力低時(shí),備用泵自啟動(dòng);設(shè)置第二水差過(guò)大,反而容易造成燒嘴頭部應(yīng)力過(guò)大,撕裂燒源作為冷卻水的備用系統(tǒng)。嘴頭部。采用盤管冷卻結(jié)構(gòu)則完全不同,由于沒(méi)從上述比較可以看出,兩個(gè)系統(tǒng)的設(shè)置都是有火盆遮蔽,燒嘴完全暴露在氣化爐內(nèi)的熱氣流比較完備的,安全性都是有保障的。總體上看,閉中,受到的熱輻射非常高,因此,要求燒嘴冷卻水式系中國(guó)烤得花干沒(méi)備管道儀表的的溫度盡可能低,以降低燒嘴的表面溫度。同時(shí),要TH由于熱輻射的強(qiáng)度比較高,燒嘴冷卻水的溫升也. CN M HG系統(tǒng)進(jìn)行改造,由比較大,多在30~ 40C?？紤]以上因素,盤管的于II型燒嘴壓力降的升高,現(xiàn)有的燒嘴冷卻水泵燒嘴冷卻水多采用常溫操作。已無(wú)法提供足夠的揚(yáng)程,必須予以更換;其次,由第3期章晨暉.氣化爐燒嘴及燒嘴冷卻水系統(tǒng)的改造149于燒嘴冷卻水溫升提高,與循環(huán)冷卻水間溫差接1)正常運(yùn)行時(shí),為保證冷卻水系統(tǒng)的壓力穩(wěn)近,增加了燒嘴冷卻水冷卻器的熱負(fù)荷和換熱面定,燒嘴冷卻水給水泵的出口設(shè)置了壓力低報(bào)警、積，現(xiàn)有的燒嘴冷卻水冷卻器同樣無(wú)法滿足生產(chǎn)低低聯(lián)鎖,由DCS控制,當(dāng)泵出口壓力達(dá)到低低的需要,也必須更換;此外,由于燒嘴冷卻水泵揚(yáng)值時(shí),備用泵自啟動(dòng)。程提高,造成燒嘴冷卻水管路操作壓力提高,原有2)2臺(tái)燒嘴冷卻水給水泵互為備用。的儀表、管道和閥門也必須予以更換。要完成上3)燒嘴冷卻水回水管線上設(shè)置了流量低報(bào)述改造,需要投資近400萬(wàn)元。.警、低低聯(lián)鎖,低報(bào)警信號(hào)進(jìn)人DCS,低低聯(lián)鎖進(jìn)若新上一套開(kāi)式循環(huán)系統(tǒng),則需新增如下設(shè)人PLC,完成氣化系統(tǒng)的安全停車。備:2臺(tái)燒嘴冷卻水泵.1臺(tái)燒嘴冷卻水冷卻器、14)設(shè)置燒嘴冷卻水高位槽以及第二水源臺(tái)燒嘴冷卻水貯罐、1臺(tái)燒嘴冷卻水高位槽,共計(jì)-脫鹽水,以確保發(fā)生停車事故時(shí),在備用泵啟. 7臺(tái)設(shè)備。由于采用了低壓操作模式，系統(tǒng)的總動(dòng)的間隔時(shí)間內(nèi),或裝置跳車時(shí),燒嘴的冷卻繼續(xù)投資比閉式系統(tǒng)要低得多,僅需200萬(wàn)元左右。有效。鑒于.上述原因，在綜合考慮了技術(shù)可靠性和5)燒嘴冷卻水貯罐的放空管線上設(shè)置可燃改造工程量等因素后,確定I型燒嘴的冷卻采用氣體檢測(cè)報(bào)警儀和手動(dòng)分析點(diǎn),以監(jiān)測(cè)盤管損壞低壓開(kāi)式循環(huán)冷卻水方案。情況。2.4 H 型燒嘴冷卻水系統(tǒng)的具體技術(shù)方案6)燒嘴冷卻水貯罐的補(bǔ)充水一脫鹽水管II型燒嘴的冷卻水系統(tǒng)采用低壓開(kāi)式循環(huán)系線上設(shè)置了液位控制閥,以保證燒嘴冷卻水貯罐統(tǒng),工藝流程簡(jiǎn)述如下:來(lái)自燒嘴冷卻水貯罐的的液位。40C、常壓冷卻水約24t/h,經(jīng)過(guò)燒嘴冷卻水給水7)燒嘴冷卻水給水泵其中1臺(tái)接應(yīng)急電,以泵加壓至4.0MPa后,分別送人A爐及B爐的燒確保發(fā)生停電事故時(shí),燒嘴的冷卻繼續(xù)有效。嘴冷卻水盤管冷卻燒嘴,冷卻燒嘴后離開(kāi)盤管溫升至75C的冷卻水首先進(jìn)人燒嘴冷卻水冷卻器,3結(jié)束語(yǔ)用循環(huán)冷卻水冷卻至409,之后送人燒嘴冷卻水.蘭化合成氨裝置使用Il型燒嘴并配套進(jìn)行了貯罐循環(huán)使用。II 型燒嘴冷卻水采用脫鹽水。燒嘴冷卻水系統(tǒng)的改造后,天然氣燒嘴的使用壽由于燒嘴冷卻水的供水穩(wěn)定性直接關(guān)系到燒命達(dá)到了100d以上,比I型燒嘴的最長(zhǎng)操作壽命嘴的安全運(yùn)行和使用壽命，因此燒嘴冷卻水系統(tǒng)延長(zhǎng)了30多天。II型燒嘴的使用及燒嘴冷卻水必須采取嚴(yán)格的監(jiān)控聯(lián)鎖等安全措施,以確保系系統(tǒng)的改造突破了氣化裝置的瓶頸，基本上解決統(tǒng)的穩(wěn)定性和燒嘴的安全性。本工程采取了如下了合成氨裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行的問(wèn)題,提高了合成氨措施:裝置的開(kāi)工率,達(dá)到了改造目的。REVAMPING OF GASIFIER BURNER AND BURNERCOOLING WATER STSTEMZhang Chenhui( SINOPEC Ningbo Instiue of Technology, Ningbo, 315103)Abstract Presents technical scheme of type II natural gas burmer in ammonia revamping pro-ject of natural gas replacing residual oil as feedstock in Chemical Fertilizer Plant of Lanzhou BranchCo. , SINOPEC. According to technical characterstics and operating conditions of type I natural gasburmer, selects and determines technical revamping scher中國(guó)煤化工r system.Key words: gasifier , burmer, bumer cooling water1YHCNMHG