国内烧嘴技术进展

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1、国内烧嘴技术的进展［摘要］介绍了国内碳一化工气化工艺中烧嘴的特点，不同烧嘴的性能、形式、结构和布置方法。对国内烧嘴的研究提出改进意见。［关键词］烧嘴；结构；技术进展1概述在气流床工艺中，将原料物流喷入气化炉进行燃烧的设备叫烧嘴。在化工中烧嘴是一个非常普遍使用的设备，本文讨论的是碳一化工气化工艺烧嘴。烧嘴和喷嘴是一回事，本文统一为烧嘴。尽管这个设备相对于气化炉来说是比较小的，甚至于被看作是气化炉的附属设备，但是由于这个设备的重要性不亚于气化炉本身，在技术层面上可以与气化炉相提并论，所以对烧嘴的研究受到国内外的广泛重视［1～9］。企业重视烧嘴的另一个原因是它的价格比较贵，国外引进的长寿命烧嘴价格为

2、国内普通烧嘴的3倍。由上向下喷射的气流床，如水煤浆气化、天然气部分氧化、粉煤气化等气化工艺中，烧嘴是不可缺少的。只要烧嘴的结构设计合理，气化炉有足够的空间和高度，燃烧反应就可以进行得比较完全，化学反应的平衡温距很小或接近于零，关键原料的转化率比较高，这时可以认为气化反应达到了理想的效果。有的烧嘴研究报告声称它们的烧嘴可以提高转化率，宏观来看，就是这个原因。烧嘴的结构与烧嘴的寿命密切相关，如果一个烧嘴的运转寿命在一年以上，气化炉就不需要备炉，在两次系统维修停车之间不要更换或维修烧嘴，可以实现稳定、长周期和满负荷运行，其意义不言而喻。但是，事实上，上一个世纪碳一化工气化工艺用的烧嘴，国内很难达到这

3、个指标，大部分烧嘴的寿命在3个月左右，个别较好的能够达到6个月左右[2，3，6，8，9]。尽管企业在维修方面总结了不少成功的经验[1，4，5]，但是没有突破这个界限(即取消备用炉，达到长周期单系列运转)，频繁更换烧嘴多少会影响生产和能耗指标。2对烧嘴的要求大家知道，工艺烧嘴技术是气化技术中最关键的技术之一，它直接决定了该工艺技术的效能和系统的稳定。一般而言，对工艺烧嘴的要求有以下几个方面［3］。(1)雾化效果烧嘴的原理是利用高速喷出原料气体与其他原料物流进行混合均匀，烧嘴的设计是通过对烧嘴的液雾平均粒径、雾粒直径分布、雾炬张角和液雾流量密度分布等指标的测定，获得设计条件下比较优良的数据，设计的

4、烧嘴最终需经过实际生产的验证。例如，利用高速喷出(80～120m/s)氧气的动能将煤浆打散、雾化，使雾化后的煤浆微粒与氧气在高温气化炉内快速、充分反应，要求雾化后的粒子小、分布均匀。(2)气化炉的高度和直径在设计参数状态下，喷射出来的反应物气流张角应该合理，不宜直接冲刷到耐火砖墙面。其工作状态下的火焰长度(反应高温区位置)应合适，以避免对耐火砖及烧嘴本身造成不利的影响。因此，气化炉应该有合理的高度和直径，使烧嘴处于最佳工作状态，并留有一定的余地。(1)操作弹性要有合适的操作弹性，使其能够满足系统开车时低负荷、正常生产时满负荷以及单炉运行时超负荷(50%～130%)的要求。在上述操作范围内应保证

5、其正常的工作性能。(2)使用寿命在保证工作性能的前提下，希望使用寿命尽量长，以确保装置的长周期稳定运行及经济运行效能。确切地说，一个无维修运转周期应该在一年以上，最好在5～10年。3烧嘴的型式工艺烧嘴的结构型式是影响烧嘴性能的主要因素之一。国内对工艺烧嘴的结构和型式作过大量的研究。例如，西北化工研究院曾与兰州化工机械研究院合作，通过对十几种不同结构的烧嘴进行分析，将烧嘴归纳成两大类。(1)内混式，即物料在烧嘴内的混合室进行充分混合后经烧嘴喷出。通过对各物理参数的测定，表明这种烧嘴雾化性能较好，但对内混室的耐磨件要求较高，难以实现工业化大生产。(2)外混式，即物料在烧嘴的出口处进行混合，在喷口处

6、燃烧。目前国内工业化生产中应用的就是这种类型的烧嘴。这种烧嘴与内混式相比，最大的优点就是相对降低了对烧嘴头部耐磨件的要求，但雾化性能略逊于内混式。事实上，上述的研究都是在没有内部通道（冷却水）的情况下进行的，都是采用外夹套或蛇管冷却的方式对烧嘴进行冷却降温，这与目前国际上采用的内冷式是不同的。4各类烧嘴简介外混式烧嘴，国内生产、研究和即将引进的有二通道、三通道、四通道、五通道、六通道等。通道数的多少视具体情况而定，冷却方式有外冷式(指夹套或盘管冷却)和内冷式(指进料之间有冷却水通道)。结构型式和结构尺寸的变化都会使烧嘴的雾化性能变化。4.1二通道烧嘴大型合成氨装置早年引进的一些气化炉通常采用两

7、通道烧嘴，以Texaco气化技术为主要代表。该烧嘴的主要特点是结构简单，气流雾化，能满足基本的工艺要求。但从国内企业的运行效果来看，该类型烧嘴在与气化炉匹配、有效气含量及产率方面均低于多通道烧嘴。(1)渣油气化烧嘴［2］两流道烧嘴采用环形管隙通油—蒸汽混合物料，中心管走氧。油和蒸汽先在烧嘴外管道三通内混合，混合三通处渣油的进口速度约为15m/s，蒸汽速度大于60m/s，渣油在喉口高速下进行雾化。油