[发明专利]一种长寿命煤气化工艺烧嘴

说明书

技术领域

本发明涉及一种煤化工高温耐磨烧嘴。更为特别的是，本发明的各种实施例涉及用于煤气化反应炉的高温燃烧器工艺烧嘴。

背景技术

在粉煤气化、水煤浆气化等部分燃烧气化工艺中，工艺烧嘴都是不可或缺的热工部件。由于烧嘴喷头处于1500℃以及4～8MPa的高温高压工艺气体中，工况条件下受到的辐射、应变、腐蚀、冲刷作用使其极易损坏，是煤粉烧嘴设备的易耗件。如果一个烧嘴的运转寿命在一年以上，在两次系统维修停车之间不更换或维修烧嘴，就可以实现稳定、长周期和满负荷运行。但事实上，现行工艺烧嘴很难达到这个目标，大部分烧嘴的寿命在2个月左右，个别较好的能够达到4个月左右，严重地影响了生产和能耗指标。为此，相关领域研发人员不断探索，尝试在现有喷嘴结构的基础上进行修改，但都难以解决喷嘴的烧损问题。

已公开的煤气化技术中，所采用的工艺烧嘴（或称燃烧器）均以Texaco、Shell和GSP的结构型式为设计蓝本，物料导入方式为内混或外混，物流通道设置3～6个，或竖起置顶下喷，或多个烧嘴水平对置，结构型式各异，但有一共通点，就是都设置有强制冷却系统，让冷却液以特定方式高效、快速循环，对燃烧器的面火端进行冷却，以缓和喷嘴的热疲劳破坏，达到保护的目的。例如，授权给国际壳牌公司的专利US 4865542、US 4887962、CN 1039646A、CN 101363622 A、CN 201228965 Y、授权给德士古公司的专利US 6276611 B1、US 6805773 B1、CN 1101113 A和CN 1261910 A、授权给西门子公司的专利WO 2009/027361 A2、US 8196531 B2、CN 101403496 A、CN 101788146 A，授权给康菲公司的专利US 8083519、授权给伊斯曼化学公司的专利CN 1426446A、授权给北京航天动力研究所的专利CN 1710333 A、授权给中国船舶重工集团第七一一研究所的专利CN 1916493 A、授权给东方电气集团专利CN 102166549 A、CN 103045306 A、授权给神华集团的专利CN 202137071 U、CN 102260534 A、CN 102260534 A、CN 103497785 A、CN 102031152 A、授权给西安拓沃能动科技有限公司的专利 CN 102278753 A和授权给杭州浙南压缩机有限公司的专利CN 103305284 A等等，这些专利要么使用带有内部冷却通路的金属中空壁元件，盘绕所谓的窗式冷却水槽，要么在燃烧器外部缠绕金属冷却盘管，并在烧嘴前端提供一个圆盘形或帽罩形的金属薄壁冷却装置补充冷却。尽管如此，现有工艺烧嘴的使用寿命及可靠性仍不能满足实际生产中所需的长周期运行的要求。烧嘴内管磨损、冷却罩与水冷盘管龟裂、前脸金属结构产生热应力断裂、喷嘴出口热疲劳开裂等问题依然严重，成为影响气化炉连续运行周期的瓶颈。

如本领域中已知的，工艺烧嘴的使用寿命主要与金属的材质高度相关。上述烧嘴本体多为316不锈钢材料，烧嘴头部采用镍基合金或钴基合金，如Inconel^?、Nicanel 718、GH188和UMCo-50等，也有个别烧嘴在出口或前脸涂敷ZrO₂涂层或陶瓷涂层，如US 6228224、CN 201228965 Y，或者在喷嘴前脸设置碳化钨或碳化硅耐热耐磨保护性插件，以降低来自燃烧区域的辐射以及燃烧气体紊流再循环的加热，如CN 93118217.4、CN 1205676A、CN 1261910 A、US 6276611 B1、US 6805773 B1、US 6228224、US 6276611、US 6805773等，但可以连续工作的时间也只有30~60天。