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(中國石化集團寧波技術研究院,浙江寧波.315103)摘要介紹中國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型燒嘴的技術方案,根據II型燒嘴的技術特點和使用條件,選擇確定配套的燒嘴冷卻水系統(tǒng)改造方案。關鍵詞氣化爐燒嘴燒嘴冷卻水.在中國石油蘭州石化公司化肥廠(以下簡稱度等)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構尺寸,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型燒嘴的技術特點后, II型燒嘴采用了下述2002年1月工程改造完成投產后,先后使用了兩，技術方案:代燒嘴,其中，I型燒嘴的最長使用壽命僅為1)總體結構。I型燒嘴的總體結構為四流28d, I型燒嘴的最長使用壽命僅為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、頻繁開停車給化肥廠的穩(wěn)定生產帶來用水冷盤管冷卻,與氣化爐爐口敞開匹配?？紤]了嚴重影響,成了制約裝置長周期運行的瓶頸。到氣化爐各管口的連接,燒嘴各管口的規(guī)格尺寸、通過對氣化爐燒嘴及燒嘴冷卻水系統(tǒng)進行分析和標高均保持不變。研究,發(fā)現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,在運行過程中燒嘴唇部易產生裂紋,造成燒度),使其與Shell氣化爐相匹配,形成爐內最佳的嘴使用壽命較短。流場及溫度場。原中國石化集團蘭州設計院與華東理工大3)燒嘴噴口內縮10mm,水冷腔端部內徑為學、中國航天科技集團第十一研究所組成聯合攻中65 mm,盤管節(jié)圓為中290/p241 mm。關組,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。由于爐口結從根本上解決問題, I型燒嘴的研發(fā)摒棄了原有構的限制及 水冷盤管冷卻水腔進出口管的結構要的燒嘴冷卻形式,而改為采用盤管冷卻結構,以延求,取消火盆,燒嘴噴口內縮10mm,充分利用了長燒嘴的使用壽命。為了適應新燒嘴的水冷結氣化爐的軸向長度,以達到提高有效氣成分的目構,原有的燒嘴冷卻水系統(tǒng)也進行了相應的技術的。改造。5)型燒嘴的材質選用。氧氣與天然氣流道同心環(huán)的材質為HAYNESS 188, 其他流道同心1亞 型燒嘴的技術方案環(huán)的材質為INCONEL600,冷卻水腔及冷卻水盤氣化技術必須將氣化燒嘴與氣化爐作為一個管的材質為INCONEL 600,其余材質為0Cr18Ni10系統(tǒng)整體考慮,而不能分割開來單獨考慮,且氣化燒嘴技術應建立在與氣化爐合理匹配的基礎上。中國煤化工生，僅族,192年7嗶氣化燒嘴的技術核心是使其與氣化爐所形成的流業(yè)于YHCNMHG集團寧波技術研究院高場、溫度場合理匹配，應考慮并解決以下問題:天級工程師,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置;氣化燒嘴術的研發(fā)及工藝系統(tǒng)設計工作。聯系電話: 0574-87974528; E-結構設計;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構,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:條件和結構上的特點,造成燒嘴冷卻水系統(tǒng)操作來自燒嘴冷卻水緩沖罐140C , 6.7MPa(表條件與已有系統(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,通過燒嘴冷卻水泵加壓至7.0MPa,進作要求,必須加以改造方能適應新的操作條件。人2個并聯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)改造有兩個方案可供此形成閉路循環(huán)。燒嘴冷卻水緩沖罐的補充水采選擇:利用現有的高壓閉式循環(huán)系統(tǒng)進行改造;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式循環(huán)系統(tǒng)。兩套系統(tǒng)的技術特點維持。如下:2.2 M 型燒嘴對冷卻水系統(tǒng)的要求1)高壓閉式系統(tǒng)的特點。冷卻水壓力遠高川I型燒嘴采用水冷盤管結構,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)的操作條件也相應發(fā)生變化,與原有夾套冷卻低,減少了冷卻水蒸發(fā)產生高壓氣泡對燒嘴冷卻水系統(tǒng)相比,差異主要表現在下述兩個方面:夾套的破壞;工藝氣不會泄漏到冷卻水側而帶到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,冷卻水流經燒嘴冷卻通道的長度比之夾出的冷卻水會導致爐磚損壞,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行;冷卻水有流量、量差減少,帶來的直接后果是冷卻水通過盤管的壓力指示、報警、聯鎖;冷卻水工作壓力高,對設備、管降大大增加。道、儀表的要求高;冷卻水流量低時,備用泵自啟2)操作溫度的變化。采用夾套冷卻結構,燒嘴冷卻水的操作溫度多維持在130C以上,這主2)低壓開式系統(tǒng)的特點。冷卻水系統(tǒng)為常要是從兩個方面進行考慮: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,燒嘴的前端采用了火盆遮蔽結構,可以避免燒操作;如果盤管泄漏，高溫工藝氣體會從盤管的泄嘴直接受到氣化爐內氣流的熱輻射,燒嘴的操作漏處進 人冷卻水系統(tǒng),因此冷卻水收集槽上設置條件較為溫和,燒嘴冷卻水的溫升也比較低,僅了氣體檢測儀,在線檢測放空氣組分,以判斷盤管10C左右;②采用夾套冷卻結構,燒嘴冷卻的目的是否泄漏;冷卻水有流量指示、報警、聯鎖;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,對設備、管道、儀表的要求相對低得內,溫度過低時,與燒嘴在氣化爐內的操作條件反多;冷卻水壓力低時,備用泵自啟動;設置第二水差過大,反而容易造成燒嘴頭部應力過大,撕裂燒源作為冷卻水的備用系統(tǒng)。嘴頭部。采用盤管冷卻結構則完全不同,由于沒從上述比較可以看出,兩個系統(tǒng)的設置都是有火盆遮蔽,燒嘴完全暴露在氣化爐內的熱氣流比較完備的,安全性都是有保障的?？傮w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烤得花干沒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,要TH由于熱輻射的強度比較高,燒嘴冷卻水的溫升也. CN M HG系統(tǒng)進行改造,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,現有的燒嘴冷卻水泵燒嘴冷卻水多采用常溫操作。已無法提供足夠的揚程,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)正常運行時,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荷和換熱面定,燒嘴冷卻水給水泵的出口設置了壓力低報警、積，現有的燒嘴冷卻水冷卻器同樣無法滿足生產低低聯鎖,由DCS控制,當泵出口壓力達到低低的需要,也必須更換;此外,由于燒嘴冷卻水泵揚值時,備用泵自啟動。程提高,造成燒嘴冷卻水管路操作壓力提高,原有2)2臺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置了流量低報述改造,需要投資近400萬元。.警、低低聯鎖,低報警信號進人DCS,低低聯鎖進若新上一套開式循環(huán)系統(tǒng),則需新增如下設人PLC,完成氣化系統(tǒng)的安全停車。備:2臺燒嘴冷卻水泵.1臺燒嘴冷卻水冷卻器、14)設置燒嘴冷卻水高位槽以及第二水源臺燒嘴冷卻水貯罐、1臺燒嘴冷卻水高位槽,共計-脫鹽水,以確保發(fā)生停車事故時,在備用泵啟. 7臺設備。由于采用了低壓操作模式，系統(tǒng)的總動的間隔時間內,或裝置跳車時,燒嘴的冷卻繼續(xù)投資比閉式系統(tǒng)要低得多,僅需200萬元左右。有效。鑒于.上述原因，在綜合考慮了技術可靠性和5)燒嘴冷卻水貯罐的放空管線上設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報警儀和手動分析點,以監(jiān)測盤管損壞低壓開式循環(huán)冷卻水方案。情況。2.4 H 型燒嘴冷卻水系統(tǒng)的具體技術方案6)燒嘴冷卻水貯罐的補充水一脫鹽水管II型燒嘴的冷卻水系統(tǒng)采用低壓開式循環(huán)系線上設置了液位控制閥,以保證燒嘴冷卻水貯罐統(tǒng),工藝流程簡述如下:來自燒嘴冷卻水貯罐的的液位。40C、常壓冷卻水約24t/h,經過燒嘴冷卻水給水7)燒嘴冷卻水給水泵其中1臺接應急電,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,燒嘴的冷卻繼續(xù)有效。嘴冷卻水盤管冷卻燒嘴,冷卻燒嘴后離開盤管溫升至75C的冷卻水首先進人燒嘴冷卻水冷卻器,3結束語用循環(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)定性直接關系到燒命達到了100d以上,比I型燒嘴的最長操作壽命嘴的安全運行和使用壽命，因此燒嘴冷卻水系統(tǒng)延長了30多天。II型燒嘴的使用及燒嘴冷卻水必須采取嚴格的監(jiān)控聯鎖等安全措施,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周期運行的問題,提高了合成氨措施:裝置的開工率,達到了改造目的。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中國煤化工r system.Key words: gasifier , burmer, bumer cooling water1YHCNMHG