水煤浆气化工艺烧嘴的延寿方法研究

发布时间：2020-10-28 03:10

　　 针对气化炉烧嘴在使用过程中出现的雾化效果差、管内流动不畅和壁面冲蚀造成的烧嘴使用周期短、易发生结构失效等问题,本文采用DPM(Discrete Phase Model)颗粒离散多相流模型,研究同心三通道烧嘴使用过程中的水煤浆流动、雾化和壁面冲蚀规律。通过改变气体和水煤浆的物性参数和边界条件,结合不同结构尺寸,计算得到影响水煤浆雾化的关键因素的最优值。同时,针对不同因素变化下的各壁面冲蚀损伤计算结果,优化工艺参数,优选材料,改进结构,达到烧嘴延寿的目的。在雾化计算方面,分别建立不可压缩介质连续流动湍流模型、液滴受力模型和液滴破碎模型,耦合计算得到水煤浆在环空流道、预混腔和炉内的液滴索泰尔直径(Sauter Mean Diameter—SMD)。改变多个影响因素并正交分析后得出:水煤浆雾化受烧嘴内外两气道气体流速变化的影响,气体流速增大时,水煤浆SMD值降低;当增加水煤浆流道锥角,使水煤浆与气体射流充分预混时,SMD值减小明显;此外,增加烧嘴出口节流同样会减小SMD值。综合比较各因素的影响,发现节流尺寸和内喷嘴气体流速对水煤浆的雾化效果影响最大。由于水煤浆高速流动过程中,煤粉颗粒与内壁不断发生碰撞,因此,烧嘴受到的冲蚀作用是影响烧嘴使用寿命的关键因素。通过建立水煤浆流动连续介质方程、颗粒运动方程和基于试验结果的冲蚀预测方程,得出水煤浆对烧嘴壁面的冲蚀影响因素及冲蚀速率,主要发现包括:煤粉直径增大和水煤浆流速的增加均会增大烧嘴出口附近壁面的冲蚀速率;虽然节流尺寸增加可以有效提高雾化效果,但是同时增加了壁面冲蚀速率,因此需要根据生产要求,合理调控入口流量,预估壁面失效周期,进行结构件更换。
【学位单位】：西安石油大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TQ546
【部分图文】：

通常在 100 天左右，最好的记录也仅仅为 140 天[2]。因此在生产过程中烧嘴会频繁，能否延长烧嘴的使用寿命对于一个企业的长周期平稳运行将产生重要意义。水煤浆加压气化工艺烧嘴在工作时，其头部通常处于在 1150°~1350°的高温环要进行外部换热以减小结构热应力，频繁的热交变载荷会使烧嘴局部产生裂纹，造压。图 1-1 为换热结构外部受交变热应力影响产生的裂纹，此时该喷嘴已无法继续。此外，在水煤浆高速流动过程中，煤粉颗粒与壁面的不断碰撞会造成烧嘴内部冲伤，如图 1-2 所示为内壁损伤形貌。而且伴随有煤浆对流道的冲蚀磨损及炉内化学的腐蚀，现场烧嘴的损伤十分严重[3]。基于上述原因，工艺烧嘴会产生不同程度的，导致气化装置不能正常运行。目前，三流道外混式工艺烧嘴在水煤浆气化技术中了广泛的应用，其工艺原理是将工艺烧嘴注入高温气化炉中，使水煤浆在气化炉中气化，得到产物煤气[4]。烧嘴的性能将直接决定整个气化过程的效率，从而最大限提高工艺燃烧器的工作性能，因此提高其预期寿命是科学研究人员和制造商一直追目标。本文通过对气化装置运行中烧嘴损坏的主要原因进行分析，从不同方面提出化解决方案，这对提高烧嘴的使用周期，保证气化炉的安全可靠运转，实现长周期运行具有重要意义。

通常在 100 天左右，最好的记录也仅仅为 140 天[2]。因此在生产过程中烧嘴会频繁，能否延长烧嘴的使用寿命对于一个企业的长周期平稳运行将产生重要意义。水煤浆加压气化工艺烧嘴在工作时，其头部通常处于在 1150°~1350°的高温环要进行外部换热以减小结构热应力，频繁的热交变载荷会使烧嘴局部产生裂纹，造压。图 1-1 为换热结构外部受交变热应力影响产生的裂纹，此时该喷嘴已无法继续。此外，在水煤浆高速流动过程中，煤粉颗粒与壁面的不断碰撞会造成烧嘴内部冲伤，如图 1-2 所示为内壁损伤形貌。而且伴随有煤浆对流道的冲蚀磨损及炉内化学的腐蚀，现场烧嘴的损伤十分严重[3]。基于上述原因，工艺烧嘴会产生不同程度的，导致气化装置不能正常运行。目前，三流道外混式工艺烧嘴在水煤浆气化技术中了广泛的应用，其工艺原理是将工艺烧嘴注入高温气化炉中，使水煤浆在气化炉中气化，得到产物煤气[4]。烧嘴的性能将直接决定整个气化过程的效率，从而最大限提高工艺燃烧器的工作性能，因此提高其预期寿命是科学研究人员和制造商一直追目标。本文通过对气化装置运行中烧嘴损坏的主要原因进行分析，从不同方面提出化解决方案，这对提高烧嘴的使用周期，保证气化炉的安全可靠运转，实现长周期运行具有重要意义。

图 1-3 水煤浆烧嘴结构示意图结构特点般均有：中心氧头、煤浆头、外氧头组合形成，其进入烧嘴的氧气流分为两个通道：中心氧头放氧气出外环氧；中心氧头与煤浆头形成的流道喷出水煤管，防止炉内高温直接烘烤烧嘴头部，对保护烧嘴般原则是同心三管结构：中心氧、水煤浆和外氧的，在供气压力允许的情况下，应达到良好的混合和速度如下：中心氧的出口流速 150 ~180 m/s，煤浆流速 12~20 m/s，外氧的出口流速 160 ~200 m/s[14]。，中间喷嘴的轴向收缩比大的外部喷嘴大几十毫米onel600 和 UMCo-50（或 GH188）。Inconel600 是过 70%，是一种标准的耐热和耐腐蚀工程材料，在氧化性能。UMCo-50（或 GH188）属于钴基合金材
【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 本刊;;环保型的单烧嘴离线烘烤装置[J];梅山科技;2017年03期

2 王德海;;煤气化烧嘴及其技术现状[J];化肥工业;2017年06期

3 杨路;张斌;;烧嘴冷却水联锁优化后的测试[J];小氮肥;2017年02期

4 原栋;刘文杰;;壳牌粉煤烧嘴的安装方法和影响安装精度的因素[J];化学工程与装备;2017年04期

5 莫来;;煤烧嘴头部的更换[J];设备管理与维修;2017年11期

6 张宗文;;水煤浆气化炉烧嘴国产化改造论述[J];化工管理;2017年30期

7 石延波;;烧嘴的保护措施[J];化工管理;2014年30期

8 郝守昌;闫鲁忠;;新型气化炉工艺烧嘴损坏原因及改进措施[J];石油和化工设备;2013年03期

9 安英保;;影响开工烧嘴燃烧状态的因素及国内外开工烧嘴的差别[J];化肥设计;2013年03期

10 林建东;梁雪膺;;油气化主烧嘴故障分析及解决措施[J];石油化工设备技术;2012年06期

相关硕士学位论文 前10条

1 张峥;水煤浆气化工艺烧嘴的延寿方法研究[D];西安石油大学;2019年

2 王恒达;烧结旋流烧嘴热工特性的数值模拟及优化[D];安徽工业大学;2018年

3 曹宝明;气化炉烧嘴冷却水监控系统优化设计[D];西安科技大学;2015年

4 于茂军;气体调制振荡烧嘴开发研究[D];中国石油大学;2007年

5 秦建超;宝钢2050热轧3号加热炉脉冲燃烧控制技术研究[D];东北大学;2013年

6 谭易君;圆形蓄热式熔铝炉内多场耦合数值模拟及优化[D];中南大学;2011年

7 李程;北京首钢中试基地多功能实验炉综合研发[D];东北大学　;2009年

8 尹传琦;含钒页岩焙烧用回转窑烧嘴数值仿真及实验研究[D];武汉科技大学;2014年

9 聂海金;蓄热式烧嘴的结构优化及热疲劳寿命预测[D];武汉科技大学;2013年

10 王之忠;快装蒸汽锅炉系统的设计与实现[D];大连理工大学;2013年

本文编号：2859489