燒嘴前端

1.一種氣固雙燃料復(fù)合型燒嘴，構(gòu)成中有燒嘴體，燒嘴體前端有噴口，其特征在于，所述燒嘴體中設(shè)有固體燃料、氣體燃料和助燃空氣通道，三個(gè)通道的出口在燒嘴前端的噴口處匯集。2100433B

復(fù)合型燒嘴，屬燃燒設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。用于解決現(xiàn)有單一型燒嘴供熱不穩(wěn)定、燃燒效率低之缺陷。構(gòu)成中有燒嘴體，燒嘴體前端有噴口，改進(jìn)為，所述燒嘴體中設(shè)有固體燃料、氣體燃料和助燃空氣通道，三個(gè)通道的出口在燒嘴前端的噴口處匯集。采用本實(shí)用新型的加熱爐具有不受供氣波動(dòng)及固體燃燒效率低等因素影響的特性，爐溫穩(wěn)定并可保持連續(xù)性，燃料燃燒充分，燃燒效率高，適宜在石灰、合金烘烤、軋鋼等生產(chǎn)中的加熱爐上安裝使用。

開工燒嘴點(diǎn)火是氣化爐點(diǎn)火的關(guān)鍵， 也是難點(diǎn)。據(jù)悉，國(guó)內(nèi)大部分殼牌氣化爐在首次開車時(shí)都頻繁發(fā)生開工燒嘴被燒壞現(xiàn)象，有時(shí)點(diǎn)一次火連續(xù)燒壞3～4 次，導(dǎo)致不停地拆裝燒嘴。此外，若開工燒嘴點(diǎn)火失敗，必須立即停止氣化開車程序，重新執(zhí)行氣化爐吹掃程序(因?yàn)閺臒熘袊姵龅挠脱趸旌衔飳埩粼跉饣癄t內(nèi)，若不將其吹掃干凈，再次點(diǎn)火時(shí)很容易發(fā)生爆燃現(xiàn)象)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，嚴(yán)重影響了開車進(jìn)程。

那么開工燒嘴為何如此容易燒壞呢？ 從設(shè)計(jì)原理上分析， 最關(guān)鍵因素在于其燃燒方式為純氧燃燒。因開工燒嘴點(diǎn)火時(shí)，氣化爐內(nèi)充滿了氮?dú)?，此時(shí)只有用純氧作為助燃劑才能將大功率的開工燒嘴點(diǎn)燃，但純氧燃燒很難控制，主要是氧氣與柴油的混合比例(即通常說的“氧油比”)以及到達(dá)燒嘴頭的同步性不好調(diào)整， 氧氣偏多火焰溫度就會(huì)瞬間劇增，氧氣偏少又會(huì)導(dǎo)致滅火。

第二個(gè)因素在于其噴頭的材質(zhì)選擇，殼牌選擇用紫銅來制作燒嘴噴頭，通常簡(jiǎn)稱為“銅頭”，其原因有兩個(gè)：一是銅具有良好的熱傳導(dǎo)性能，這樣噴頭因高溫火焰輻射而快速增加的熱量能迅速地被冷卻水帶走，以防止噴頭因高溫而燒毀；二是銅具有良好的抗氧化性，這樣流經(jīng)噴頭四周的純氧不會(huì)輕易將噴頭氧化腐蝕，從而延長(zhǎng)了燒嘴的壽命。但是，銅用作噴頭也存在一個(gè)致命的弱點(diǎn)，就是其熔點(diǎn)偏低，不耐高溫，很容易被燒毀。

客觀地說，針對(duì)氣化爐特殊的運(yùn)行工況， 殼牌對(duì)開工燒嘴采取以上的設(shè)計(jì)理念還是很先進(jìn)的(目前仍沒有更好的設(shè)計(jì)方案來替代)， 只要充分掌握了純氧燃燒的特性和銅頭的特點(diǎn)，在實(shí)際操作中采取有效的、針對(duì)性的預(yù)防措施，還是能大大降低開工燒嘴的故障率。但由于經(jīng)驗(yàn)上的不足，國(guó)內(nèi)大多數(shù)殼牌爐在開工初期總是頻繁出現(xiàn)開工燒嘴點(diǎn)火故障，其原因是多方面的，由于篇幅有限，以下只列舉幾個(gè)典型案例加以分析：

燒嘴點(diǎn)火點(diǎn)火時(shí)氧油不同步

根據(jù)殼牌工藝要求，開工燒嘴點(diǎn)火時(shí)最關(guān)鍵的一點(diǎn)是要保證氧氣和柴油同時(shí)到達(dá)燒嘴噴頭，如果氧氣比柴油先到， 噴出的氧氣一遇到點(diǎn)火燒嘴火焰，瞬間將產(chǎn)生約3000℃的高溫火焰，很快就會(huì)將銅頭燒化。但實(shí)際操作中不可能做到氧油絕對(duì)同步，為確保氧氣滯后于柴油，實(shí)際操作中往往采取讓柴油先到的辦法，因?yàn)椴裼腿舯妊鯕庀鹊?，柴油將被氧管線里的高壓吹掃氮霧化而噴出，對(duì)燒嘴沒有影響，但早到時(shí)間也不能偏長(zhǎng)，否則大量的柴油噴入爐膛，極易發(fā)生事故。

具體時(shí)間應(yīng)通過試驗(yàn)來測(cè)定。通常的做法是通過做試驗(yàn)(用水代替油、用氮?dú)獯嫜鯕?來測(cè)定氧氣和柴油開關(guān)閥動(dòng)作時(shí)間和各自到達(dá)噴嘴頭的時(shí)間( 用秒表測(cè)定)，再將測(cè)定的時(shí)間值輸入到DCS的開工燒嘴順控程序中(氧氣在管內(nèi)的流速比柴油快，它到達(dá)噴頭的時(shí)間肯定比柴油短，可通過DCS組態(tài)在順控程序中進(jìn)行延時(shí)設(shè)定)。但在實(shí)際操作中，由于時(shí)間測(cè)量上的誤差，經(jīng)常會(huì)發(fā)生氧比油先到的現(xiàn)象，致使銅頭因高溫而燒毀。

燒嘴點(diǎn)火閥門的控制邏輯不合理

開工燒嘴正常工作時(shí)，氧氣開關(guān)閥13XV0023 和柴油開關(guān)閥13XV0024 為全開狀態(tài)， 氧管線吹掃閥13XY0027 和油管線吹掃閥13XV0025、13XV0026 處于關(guān)閉狀態(tài)。開工燒嘴正常退出時(shí)，由DCS 執(zhí)行順控程序，先開啟13XV0025、13XV0026 和13XY0027，將高壓吹掃氮?dú)庀妊a(bǔ)進(jìn)氧油管線， 然后再關(guān)閉13XV0023 和13XV0024， 切斷氧氣和柴油， 目的是防止燒嘴退出時(shí)燒嘴里的油和氧被爐膛的高背壓往回頂，產(chǎn)生回火現(xiàn)象而將燒嘴燒壞。

以上指的是燒嘴的正常退出程序，按理說非正常退出時(shí)也應(yīng)如此，但有些氣化爐在開工燒嘴因聯(lián)鎖保護(hù)動(dòng)作而發(fā)生跳車時(shí)，經(jīng)常將燒嘴燒壞，后經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn)， 每當(dāng)燒嘴非正常退出( 跳車) 時(shí)，13XV0025、13XV0026 和13XY0027 的開啟總是比13XV0023 和13XV0024 的關(guān)閉晚，即氧油已切斷而高壓吹掃氮?dú)鈦聿患把a(bǔ)上，導(dǎo)致回火而燒毀燒嘴。

為何會(huì)發(fā)生這樣的現(xiàn)象呢？ 有經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員從DCS 與ESD 之間找到了原因： 燒嘴系統(tǒng)正常退出時(shí)由DCS 控制， 而跳車時(shí)則由ESD 通過DCS 向13XV0025、13XV0026 和13XY0027 發(fā)出“開” 的命令， 同時(shí)直接向13XV0023 和13XV0024 發(fā)出“ 關(guān)”命令，可ESD 與DCS 之間通訊需要時(shí)間，致使高壓吹掃氮滯后(約1.3s)補(bǔ)進(jìn)，造成開工燒嘴回火被燒壞。后來將以上3 個(gè)閥門全部改為由ESD 直接控制后，問題得以解決。

燒嘴點(diǎn)火柴油管線壓力不穩(wěn)

殼牌爐的柴油泵一般都設(shè)在零米，且大都采用往復(fù)泵，往復(fù)泵的優(yōu)點(diǎn)是揚(yáng)程大，缺點(diǎn)是出口壓力不穩(wěn)，為保持柴油管線的壓力穩(wěn)定，在泵的出口都設(shè)計(jì)了柴油緩沖罐(也稱作阻尼器或蓄能器)，目的是隨時(shí)調(diào)整柴油管線的壓力，防止開工燒嘴因油壓不穩(wěn)而跳車。但由于柴油緩沖罐也安裝在零米，而開工燒嘴安裝在43m 層， 兩者之間連接管線太長(zhǎng)、且高度相差大， 制約了緩沖罐的壓力調(diào)節(jié)能力，致使開工燒嘴經(jīng)常因油壓不穩(wěn)導(dǎo)致氧油比超限而跳車。據(jù)悉，龍宇煤化工通過調(diào)整柴油緩沖罐的位置而圓滿解決了這一問題，具體整改方案概述如下：把位于零米的柴油緩沖罐移至38m 的平臺(tái)上。

在緩沖罐投用前，先用高壓氮?dú)庀蚬迌?nèi)充25~30kgf(1kgf 約等于9.806N，下同)的壓力，使罐內(nèi)的液位達(dá)到5cm 左右，當(dāng)柴油管線內(nèi)的壓力大于30kgf 時(shí)再投用緩沖罐。這樣不僅縮短了緩沖罐與開工燒嘴的距離，而且可使罐內(nèi)有足夠可壓縮的氣體，從而讓緩沖罐起到了很好的穩(wěn)壓作用。

燒嘴點(diǎn)火火檢信號(hào)延時(shí)設(shè)置不合適

殼牌氣化爐設(shè)置了專門的火焰探測(cè)器(通常稱為火檢)，用來檢測(cè)開工燒嘴點(diǎn)火是否成功，此檢測(cè)信號(hào)既用來保護(hù)開工燒嘴，同時(shí)又給粉煤燒嘴的投放提供了條件。火焰探測(cè)器是通過紫外線探測(cè)火焰強(qiáng)度的，檢測(cè)的是電離信號(hào)，并輸出給DCS(開關(guān)量信號(hào))。

當(dāng)氧氣開關(guān)閥13XV0023 開啟后， 開工燒嘴順控程序?qū)⒀舆t幾秒來檢測(cè)火檢信號(hào)，如果未檢測(cè)到火焰，開工燒嘴將立即跳車，以保護(hù)燒嘴。

因氧氣從開關(guān)閥到燒嘴噴頭需要時(shí)間，且燒嘴剛點(diǎn)著時(shí)，氧油混合燃燒并不穩(wěn)定，且火焰強(qiáng)度也不高，所以在順控程序中對(duì)火檢信號(hào)設(shè)置了延遲時(shí)間，以確保檢測(cè)信號(hào)的準(zhǔn)確。這一設(shè)計(jì)是非常合理的，關(guān)鍵是如何確定合適的延遲時(shí)間，若時(shí)間偏短，燒嘴還未點(diǎn)著或點(diǎn)著后火焰還沒穩(wěn)定就跳車了，屬誤停車；若時(shí)間偏長(zhǎng)，燒嘴如果確實(shí)未點(diǎn)燃而沒有及時(shí)跳車，很容易把燒嘴燒壞，而且柴油留在爐內(nèi)，在下次點(diǎn)火時(shí)會(huì)出現(xiàn)爆燃，危害到設(shè)備安全。

據(jù)技術(shù)人員介紹，火檢信號(hào)的延遲檢測(cè)時(shí)間一般設(shè)置為3～5s 較合適， 具體準(zhǔn)確時(shí)間需現(xiàn)場(chǎng)做試驗(yàn)測(cè)定，各燒嘴略有不同 。

盡管國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)燒嘴的廠家很多，但殼牌目前只認(rèn)證了唯一的燒嘴供貨商： 德國(guó)沃爾特·布林克曼公司。目前國(guó)內(nèi)所有殼牌氣化爐的開工燒嘴全部采用該公司的產(chǎn)品。

德國(guó)沃爾特·布林克曼公司成立于1883 年，是一家專業(yè)生產(chǎn)各類燃燒器、烘干系統(tǒng)的知名企業(yè)，其產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于鋼鐵、制鋁、石灰燒制及化工行業(yè)。目前該公司已被德國(guó)克萊德公司收購(gòu)，更名為克萊德·貝爾格曼·布林克曼有限公司。該公司在工業(yè)燒嘴和加熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、加工方面一直處于世界領(lǐng)先地位，曾為韓國(guó)浦項(xiàng)鋼鐵廠的煉鋼工藝設(shè)計(jì)了功率達(dá)300MW 的燃燒器。同時(shí)，布林克曼公司是殼牌氣化爐開工燒嘴的唯一指定生產(chǎn)商， 為歐洲的IGCC 電站提供了相應(yīng)的燃燒系統(tǒng)， 包括西班牙IGCC 電站的開工燒嘴， 荷蘭IGCC 電站的點(diǎn)火燒嘴、開工燒嘴以及惰性氣體發(fā)生器等。

正因?yàn)槠洚a(chǎn)品的唯一性，導(dǎo)致其銷售價(jià)格一直居高不下，據(jù)悉一套燒嘴(一臺(tái)點(diǎn)火燒嘴加一臺(tái)開工燒嘴)的價(jià)格約80 萬歐元( 約680 萬人民幣)， 且降價(jià)的余地很小。

對(duì)于國(guó)產(chǎn)氣化爐燒嘴來說，經(jīng)了解， 目前最值得關(guān)注的是西安遠(yuǎn)征公司的產(chǎn)品。該公司的全稱為西安航天遠(yuǎn)征流體控制股份有限公司，成立于2001年5 月18 日， 是以中國(guó)航天科技集團(tuán)公司六院第十一研究所與航天六院為主體，以液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)特種技術(shù)為依托的高科技股份有限公司，專業(yè)從事石化熱能產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、開發(fā)、生產(chǎn)等業(yè)務(wù)。該公司利用液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)高效燃燒和傳熱技術(shù)，先后開發(fā)了渣油氣化爐燒嘴、天然氣造氣燒嘴、二段轉(zhuǎn)化爐燒嘴、焦?fàn)t氣轉(zhuǎn)化爐燒嘴、水煤漿氣化燒嘴、干粉氣化燒嘴，以及為各種氣化爐(轉(zhuǎn)化爐)配套的工藝燒嘴，并成功地應(yīng)用于我國(guó)的石油化工領(lǐng)域。

2006 年該公司開始啟動(dòng)殼牌氣化爐點(diǎn)火燒嘴與開工燒嘴的資格認(rèn)證工作。2010 年6 月，航天部六院十一所介質(zhì)試驗(yàn)室自行設(shè)計(jì)和建設(shè)的殼牌全尺寸燒嘴試驗(yàn)系統(tǒng)經(jīng)過了綜合測(cè)試，并通過了殼牌專家組的評(píng)審驗(yàn)收。該試驗(yàn)系統(tǒng)由工藝系統(tǒng)和測(cè)控系統(tǒng)兩部分組成，是目前國(guó)內(nèi)最先進(jìn)、最完善的石化燒嘴試驗(yàn)臺(tái)。但由于該公司產(chǎn)品一直沒有殼牌爐應(yīng)用業(yè)績(jī)，所以至今未獲得殼牌的資格認(rèn)證，只獲取了殼牌對(duì)其技術(shù)方案的認(rèn)可。據(jù)悉，云南云天化于2010 年5 月已向遠(yuǎn)征公司定購(gòu)了兩臺(tái)開工燒嘴，一臺(tái)完全克隆原布林克曼的燒嘴，一臺(tái)為遠(yuǎn)征公司自主研發(fā)生產(chǎn)的燒嘴，近期準(zhǔn)備交貨 。