造气装置烧嘴结构优化.doc

造气装置气化炉烧嘴结构的优化改造葛晶,张新宪,刘国辉,吕喆,王海峰,刘云宝(大庆石化公司化工二厂,黑龙江大庆163714)摘要:某石化公司造气装置气化炉烧嘴采用三通道烧嘴,原烧嘴随工艺包配套。从2012年9月装置开工到2013年3月,合成气装置频繁进行停、开工,因烧嘴损坏共停工12次,最短的周期仅3d,最长的周期为31d。通过对烧嘴烧损原因分析,进行了烧嘴结构的优化设计,延长了烧嘴使用寿命。关键词:气化炉;烧嘴;烧损;运行周期;结构优化某造气装置采用美国GE的焦油造气技术,该项技术属GE新型造气技术,世界仅有2套装置采用该技术,造气装置是国内第1套、世界第2套焦油造气装置。世界第1套焦油造气在新加坡,焦油气化烧嘴攻关无同类装置经验可参考。焦油气化原料采用裂解装置产生的焦油,焦油经济价值较低。焦油造气采用三通道烧嘴,原烧嘴随工艺包配套,由GE设计制造[1]。1烧嘴烧损原因分析为了对烧嘴燃烧状况进行深入、细致的分析,采用计算机仿真模拟计算的方法对气化过程进行定量分析,通过对气化炉冷态流场结构、热态流场结构的分析,了解烧嘴烧损的最直接原因。、氢化合物组成;通过高温裂解,冷却分离所得的副产重质油;在常温下为黑褐色粘稠可燃性液体,比水重,油中重质芳烃含量高,相关指数值大。在气化反应过程中,由于采用了纯氧高温气化,因此焦油由烧嘴喷出后,受到高温烟气的辐射和对流换热,很容易达到其闪点;同时,焦油中的芳烃类物质、胶质等容易分解产生焦碳和气体物质,当烧嘴出口速度不高时,非常容易产生燃烧结焦,最终导致烧嘴端面烧损[2]。 ~4。,燃油粒子轨迹在出口附近处有回流存在,使得部分燃油粒子与氧气在烧嘴端面附近燃烧,造成烧嘴端面局部高温。高温火焰燃烧的高温区域距烧嘴头太近,高温热影响造成烧嘴头材料晶体结构发生变化,导致头部烧损严重。从冷却水盘管烧损及烧嘴头部水套结构,冷却水在头部存在流动不畅现象,加剧头部烧损[3]。2烧嘴结构优化设计在稳定燃烧情况下改善烧嘴头部流场分布,避免高温火焰回流,减小焦油燃烧结焦的可能性,从而提高烧嘴头部的使用寿命。同时采用先进的头部冷却方式,即采用高效冷却水流动方式、耐高温抗氧化镍基合金材料,提高烧嘴头部耐高温、抗氧化特性,提高使用寿命。通过采用计算机仿真模拟计算的方法[4],对焦油气化炉内的流动及燃烧过程的模拟计算,得到冷态流场结构和热态流场结构,通过对速度矢量、组份分布、温度场分布特性的分析,有针对性地优化烧嘴结构,从而提高其使用寿命。烧嘴结构为同心三通道烧嘴。烧嘴中心氧管的出口设计成缩口形式,目的是对中心氧进行加速,同时其断面相对于烧嘴端面基准面有一定的缩入量,这样形成一个焦油和中心氧的预混腔,焦油的出口管也设计成缩口形式,使进入预混腔的焦油具有一定的速度。在预混腔内,利用中心氧对焦油进行稀释和初加速,改善加油的流变性能,其目的是为了保证焦油在离开烧嘴后的雾化效果,新设计的烧嘴结构见图5。图5新烧嘴结构(1)缩小燃料通道尺寸,提高燃料在通道内流速,从而提高油和中心氧混合后的出口速度;(2)调整中心氧通道和燃料油通道的位置,合理设计油