國內(nèi)燒嘴技術(shù)的進(jìn)展

國內(nèi)燒嘴技術(shù)地進(jìn)展［摘要］介紹了國內(nèi)碳一化工氣化工藝中燒嘴地特點(diǎn)，不同燒嘴地性能、形式、結(jié)構(gòu)和布置方法.對國內(nèi)燒嘴地研究提出改進(jìn)意見.［關(guān)鍵詞］燒嘴；結(jié)構(gòu)；技術(shù)進(jìn)展概述在氣流床工藝中，將原料物流噴入氣化爐進(jìn)行燃燒地設(shè)備叫燒嘴 .在化工中燒嘴是一個(gè)非常普遍使用地設(shè)備，本文討論地是碳一化工氣化工藝燒嘴.燒嘴和噴嘴是一回事，本文統(tǒng)一為燒嘴.盡管這個(gè)設(shè)備相對于氣化爐來說是比較小地，甚至于被看作是氣化爐地附屬設(shè)備，但是由于這個(gè)設(shè)備地重要性不亞于氣化爐本身，在技術(shù)層面上可以與氣化爐相提并論，所以對燒嘴地研究受到國內(nèi)外地廣泛重視［ 1～9］.企業(yè)重視燒嘴地另一個(gè)原因是它地價(jià)格比較貴，國外引進(jìn)地長壽命燒嘴價(jià)格為國內(nèi)普通燒嘴地3倍.由上向下噴射地氣流床，如水煤漿氣化、天然氣部分氧化、粉煤氣化等氣化工藝中，燒嘴是不可缺少地.只要燒嘴地結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，氣化爐有足夠地空間和高度，燃燒反應(yīng)就可以進(jìn)行得比較完全，化學(xué)反應(yīng)地平衡溫距很小或接近于零，關(guān)鍵原料地轉(zhuǎn)化率比較高，這時(shí)可以認(rèn)為氣化反應(yīng)達(dá)到了理想地效果 .有地?zé)煅芯繄?bào)告聲稱它們地?zé)炜梢蕴岣咿D(zhuǎn)化率，宏觀來看，就是這個(gè)原因.燒嘴地結(jié)構(gòu)與燒嘴地壽命密切相關(guān)，如果一個(gè)燒嘴地運(yùn)轉(zhuǎn)壽命在一年以上，氣化爐就不需要備爐，在兩次系統(tǒng)維修停車之間不要更換或維修燒嘴，可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、長周期和滿負(fù)荷運(yùn)行，其意義不言而喻.但是，事實(shí)上，上一個(gè)世紀(jì)碳一化工氣化工藝用地?zé)?，國?nèi)很難達(dá)到這個(gè)指標(biāo)，大部分燒嘴地壽命在3個(gè)月左右，個(gè)別較好地能夠達(dá)到6個(gè)月左右[2，3，6，8，9].盡管企業(yè)在維修方面總結(jié)了不少成功地經(jīng)驗(yàn)[1，4，5]，但是沒有突破這個(gè)界限(即取消備用爐，達(dá)到長周期單系列運(yùn)轉(zhuǎn))，頻繁更換燒嘴多少會影響生產(chǎn)和能耗指標(biāo).對燒嘴地要求大家知道，工藝燒嘴技術(shù)是氣化技術(shù)中最關(guān)鍵地技術(shù)之一，它直接決定了該工藝技術(shù)地效能和系統(tǒng)地穩(wěn)定 .一般而言，對工藝燒嘴地要求有以下幾個(gè)方面3］.(1)霧化效果燒嘴地原理是利用高速噴出原料氣體與其他原料物流進(jìn)行混合均勻，燒嘴地設(shè)計(jì)是通過對燒嘴地液霧平均粒徑、霧粒直徑分布、霧炬張角和液霧流量密度分布等指標(biāo)地測定，獲得設(shè)計(jì)條件下比較優(yōu)良地?cái)?shù)據(jù)，設(shè)計(jì)地?zé)熳罱K需經(jīng)過實(shí)際生產(chǎn)地驗(yàn)證.例如，利用高速噴出(80～120m/s)氧氣地動(dòng)能將煤漿打散、霧化，使霧化后地煤漿微粒與氧氣在高溫氣化爐內(nèi)快速、充分反應(yīng)，要求霧化后地粒子小、分布均勻.(2)氣化爐地高度和直徑在設(shè)計(jì)參數(shù)狀態(tài)下，噴射出來地反應(yīng)物氣流張角應(yīng)該合理，不宜直接沖刷到耐火磚墻面.其工作狀態(tài)下地火焰長度 (反應(yīng)高溫區(qū)位置)應(yīng)合適，以避免對耐火磚及燒嘴本身造成不利地影響.因此，氣化爐應(yīng)該有合理地高度和直徑，使燒嘴處于最佳工作狀態(tài)，并留有一定地余地.(3)操作彈性要有合適地操作彈性，使其能夠滿足系統(tǒng)開車時(shí)低負(fù)荷、正常生產(chǎn)時(shí)滿負(fù)荷以及單爐運(yùn)行時(shí)超負(fù)荷(50%～130%)地要求.在上述操作范圍內(nèi)應(yīng)保證其正常地工作性能.(4)使用壽命在保證工作性能地前提下，希望使用壽命盡量長，以確保裝置地長周期穩(wěn)定運(yùn)行及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行效能.確切地說，一個(gè)無維修運(yùn)轉(zhuǎn)周期應(yīng)該在一年以上，最好在5～10年.燒嘴地型式工藝燒嘴地結(jié)構(gòu)型式是影響燒嘴性能地主要因素之一.國內(nèi)對工藝燒嘴地結(jié)構(gòu)和型式作過大量地研究.例如，西北化工研究院曾與蘭州化工機(jī)械研究院合作，通過對十幾種不同結(jié)構(gòu)地?zé)爝M(jìn)行分析，將燒嘴歸納成兩大類.(1)內(nèi)混式，即物料在燒嘴內(nèi)地混合室進(jìn)行充分混合后經(jīng)燒嘴噴出.通過對各物理參數(shù)地測定，表明這種燒嘴霧化性能較好，但對內(nèi)混室地耐磨件要求較高，難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化大生產(chǎn) .(2)外混式，即物料在燒嘴地出口處進(jìn)行混合，在噴口處燃燒.目前國內(nèi)工業(yè)化生產(chǎn)中應(yīng)用地就是這種類型地?zé)?這種燒嘴與內(nèi)混式相比，最大地優(yōu)點(diǎn)就是相對降低了對燒嘴頭部耐磨件地要求，但霧化性能略遜于內(nèi)混式 .事實(shí)上，上述地研究都是在沒有內(nèi)部通道（冷卻水）地情況下進(jìn)行地，都是采用外夾套或蛇管冷卻地方式對燒嘴進(jìn)行冷卻降溫，這與目前國際上采用地內(nèi)冷式是不同地.各類燒嘴簡介外混式燒嘴，國內(nèi)生產(chǎn)、研究和即將引進(jìn)地有二通道、三通道、四通道、五通道、六通道等.通道數(shù)地多少視具體情況而定，冷卻方式有外冷式(指夾套或盤管冷卻)和內(nèi)冷式(指進(jìn)料之間有冷卻水通道).結(jié)構(gòu)型式和結(jié)構(gòu)尺寸地變化都會使燒嘴地霧化性能變化.4.1二通道燒嘴大型合成氨裝置早年引進(jìn)地一些氣化爐通常采用兩通道燒嘴，以Texaco氣化技術(shù)為主要代表.該燒嘴地主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，氣流霧化，能滿足基本地工藝要求.但從國內(nèi)企業(yè)地運(yùn)行效果來看，該類型燒嘴在與氣化爐匹配、有效氣含量及產(chǎn)率方面均低于多通道燒嘴.渣油氣化燒嘴［2］兩流道燒嘴采用環(huán)形管隙通油—蒸汽混合物料，中心管走氧.油和蒸汽先在燒嘴外管道三通內(nèi)混合，混合三通處渣油地進(jìn)口速度約為15m/s，蒸汽速度大于60m/s，渣油在喉口高速下進(jìn)行霧化.油—蒸汽混合物在燒嘴環(huán)形管隙內(nèi)流速為75m/s，氧氣在中心管內(nèi)流速為132～137m/s，于噴口處與油一蒸汽混合環(huán)流相沖擊，使油滴進(jìn)一步霧化.選擇這兩個(gè)流速是使噴出口處形成一段“黑區(qū)”，以保護(hù)燒嘴.圖1二通道燒嘴示意圖例如，烏石化化肥廠第一套合成氨裝置氣化爐采用德士古專利，其原理是將渣油、蒸汽和氧氣以適當(dāng)配比混合，不完全燃燒生成工藝氣［4］.高壓氧氣(25℃，9.60MPa)和經(jīng)過預(yù)熱地渣油(315℃，10.0MPa)、蒸汽(320℃，10.0MPa)分別通過燒嘴地中心管和環(huán)隙噴入氣化爐燃燒室，霧化混合燃燒 .燒嘴加裝在燃燒室頂部，并設(shè)有冷卻水盤管及夾套.冷卻水進(jìn)出口溫度分別為38℃、40℃，壓力分別為1.47MPa，0.098MPa.氣化爐燃燒室溫度1350℃.燒嘴正常工作時(shí)，盡管冷卻水及物流對燒嘴有冷卻保護(hù)作用，但高速物流地沖刷及含硫工藝氣地侵蝕，以及低負(fù)荷高溫?zé)釁^(qū)地上移都會對燒嘴造成很大地?fù)p害 .同時(shí)在停車期間，燒嘴頭部受高溫輻射，部分區(qū)域得不到保護(hù)，易發(fā)生泄漏 .國內(nèi)中小型重油氣化裝置多采用一次機(jī)械霧化、二次氣流霧化地二通道燒嘴.該類燒嘴地主要缺點(diǎn)是霧化效果差，炭黑生成量較大 (>3%)，原料單耗較高.60～70年代國內(nèi)建設(shè)地以蒙特卡蒂尼為代表地氣化爐原先就是這種燒嘴.(2)兩段式粉煤氣化實(shí)驗(yàn)燒嘴1—煤粉（由N2夾帶）入口；2—氧氣和水蒸氣入口；3—冷卻水入口；4—冷卻水出口圖2兩段式粉煤氣化研究燒嘴示意圖國內(nèi)開發(fā)地兩段式粉煤氣化技術(shù)［10］關(guān)鍵設(shè)備之一為燒嘴，是將煤粉由N2夾帶），O2和水蒸氣混合均勻并噴入氣化爐地關(guān)鍵設(shè)備，其設(shè)計(jì)、加工水平直接影響氣化指標(biāo).兩段式粉煤氣化實(shí)驗(yàn)采用地兩通道氣流燒嘴如圖2所示.向火面水夾套端部材料選用Inconel600.由于煤粉以分散顆粒形態(tài)出現(xiàn)，不需像重油和水煤漿那樣要進(jìn)行霧化，但從燃燒角度考慮必須保證粉煤和氣化劑混合良好，本設(shè)計(jì)氣化劑噴出速度約20m/s，煤粉（由N2夾帶）流出速度為8m/s，冷態(tài)實(shí)驗(yàn)表明，選用這種參數(shù)是合理地.4.2三通道燒嘴近期國內(nèi)引進(jìn)地Texaco水煤漿氣化技術(shù)燒嘴和國內(nèi)自行開發(fā)地?zé)煲匀ǖ罏橹?德士古工藝燒嘴是氣化裝置地關(guān)鍵設(shè)備，一般為三流道外混式結(jié)構(gòu)，中心管和外環(huán)隙走氧氣，內(nèi)環(huán)隙走煤漿.在燒嘴中煤漿被高速氧氣流充分霧化，以利于氣化反應(yīng).由于德士古燒嘴插入氣化爐燃燒室中，承受1400℃左右地高溫，為了防止燒嘴損壞，在燒嘴外側(cè)設(shè)置了冷卻盤管，在燒嘴頭部設(shè)置了水夾套，并有一套單獨(dú)地系統(tǒng)向燒嘴供應(yīng)冷卻水，該系統(tǒng)設(shè)置了復(fù)雜地安全聯(lián)鎖.燒嘴頭部采用耐磨蝕材質(zhì)，并噴涂有耐磨陶瓷.負(fù)荷和氣液比不同，中心氧最佳值不一樣，這樣可使燒嘴在最佳狀態(tài)之下工作.渣油氣化燒嘴吉林石化公司化肥廠合成氨裝置采用地三通道燒嘴［2，9］，見圖3.三流道燒嘴氧氣分為兩路：一路為中心氧，由中心管噴出，渣油由中間環(huán)道流出并與中心氧在出燒嘴口前預(yù)先混合；另一路為主氧通道，為燒嘴外環(huán)道.在燒嘴口處主氧與渣油、氧氣再次混合.三流道燒嘴主要特點(diǎn)如下.①負(fù)荷適應(yīng)范圍大，為50%～140%，由于內(nèi)嘴頭、外嘴頭端部齊平，能適應(yīng)負(fù)荷地變動(dòng)而無須調(diào)節(jié)燒嘴地空間，操作方便.②原料使用范圍廣，除了渣油外還可以摻燒瀝青質(zhì)油、煤漿、石油焦等原料.③選用高溫抗氧化性能較好地 Inconel-600材料.④生產(chǎn)過程中在燒嘴地氧氣中加入適當(dāng)?shù)卣羝跃徍腿紵磻?yīng)，延長使用壽命.⑤三流道燒嘴出口流從中心管依次為氧氣 —蒸汽、渣油—蒸汽、氧氣—蒸汽，物流在燒嘴出口湍流，形成旋渦，相互交叉剪切，再藉氧—蒸汽與油—蒸汽地速度變化，使三股物流充分混合并使渣油均勻霧化.⑥為了保護(hù)燒嘴，設(shè)置有冷卻水夾套和螺旋盤管對其冷卻.采用閉路循環(huán)，以防止水流中斷，同時(shí)燒嘴冷卻水系統(tǒng)設(shè)置有可燃?xì)怏w報(bào)警儀，一旦燒嘴冷卻水泄漏立即報(bào)警，以便組織停車處理.圖3三通道燒嘴示意圖德士古水煤漿氣化燒嘴渭河煤化工集團(tuán)水煤漿氣化裝置原設(shè)計(jì)壓力為6.5MPa，采用德士古氣化技術(shù)，燒嘴采用德士古三環(huán)式燒嘴［1］，見圖4.由于運(yùn)行壓力較高，水煤漿地沖刷嚴(yán)重，再加上對國外技術(shù)消化吸收不夠，燒嘴經(jīng)常損壞 .一般損壞地僅是噴頭部位，但有時(shí)由于爐內(nèi)反應(yīng)異常等各種原因，造成燒嘴部分過燒而損壞 .圖4德士古水煤漿氣化三通道燒嘴圖國產(chǎn)化水煤漿氣化燒嘴上海焦化有限公司與國內(nèi)科研單位合作，于1998～1999年對水煤漿加壓氣化工藝燒嘴進(jìn)行了研究［3］，試制了3只燒嘴并在裝置上進(jìn)行實(shí)驗(yàn).從實(shí)驗(yàn)地情況看，其中一只燒嘴較好，各項(xiàng)指標(biāo)都接近引進(jìn)燒嘴地水平，個(gè)別指標(biāo)超過了引進(jìn)燒嘴.圖5是這種燒嘴地通道安排.圖5上海焦化廠水煤漿氣化燒嘴示意圖(4)中化肥地非催化部分氧化燒嘴甘肅劉化(集團(tuán))渣油改天然氣后，自行設(shè)計(jì)了三通道燒嘴［6，14］.該公司在對重油氣化及煤氣化等氣化技術(shù)跟蹤了解地基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)如下與現(xiàn)行氣化爐匹配地三通道燒嘴(圖6，圖7).燒嘴頭部由內(nèi)噴頭和外噴頭組成，通道1、3走氧氣，通道2走天然氣.由于三個(gè)通道出口加工成具有一定地夾角，從而使得物料能夠較好地混合并形成氣流霧化，為氣化創(chuàng)造了良好地條件 .有關(guān)特征數(shù)據(jù)如下:通道1內(nèi)徑為18mm，下端部擴(kuò)大口內(nèi)徑為22mm；通道2下端部內(nèi)徑為50mm；通道3下端部內(nèi)徑為72mm.圖6三通道燒嘴噴口圖7三通道燒嘴結(jié)構(gòu)示意根據(jù)以往地使用經(jīng)驗(yàn)，內(nèi)噴頭頭部材料選用西安航天研究所為我國衛(wèi)星發(fā)射火箭研制地?zé)觳牧?；外噴頭因有冷卻水夾套，故材料選用Cr25Ni20；其余材料選用0Cr18Ni10Ti.(5)渣油氣化燒嘴直接改燒天然氣寧夏石化分公司合成氨裝置共有3臺氣化爐，1995年以后，實(shí)現(xiàn)了燒嘴備件國產(chǎn)化［5］.渣油燒嘴在檢修后可連續(xù)運(yùn)行6個(gè)月以上.其中1#和3#氣化爐分別在2000年和2003年進(jìn)行了油改氣改造，2臺天然氣氣化爐共有4個(gè)燒嘴，其中2個(gè)為進(jìn)口，2個(gè)為國產(chǎn).實(shí)現(xiàn)油改天然氣后，氣化爐內(nèi)部溫度達(dá)1400℃左右，較燒渣油時(shí)平均高100～150℃，給燒嘴地長周期運(yùn)行帶來嚴(yán)重影響.在投天然氣至今近4年地時(shí)間中，燒嘴使用壽命短、易泄漏成為嚴(yán)重影響氣化爐乃至全套裝置安全穩(wěn)定長周期運(yùn)行地重大隱患和難題，累計(jì)造成單臺氣化爐停車達(dá)十多次.天然氣燒嘴問題主要表現(xiàn)在冷卻水回水溫度高(達(dá)60～70℃)，冷卻水盤管焊縫及其熱影響區(qū)易開裂泄漏(外燒嘴頭因制造過程中焊接缺陷也出現(xiàn)了2次泄漏).在檢驗(yàn)和分析地基礎(chǔ)上，認(rèn)為造成天然氣燒嘴泄漏地主要原因有以下幾方面.①燒天然氣時(shí)氣化爐內(nèi)部溫度達(dá) 1400℃左右，比燒渣油時(shí)平均高出 100～150℃，且燒天然氣后燒嘴幾何尺寸地改變直接導(dǎo)致燒嘴壓差減小，爐內(nèi)火焰上移，燒嘴附近熱量非常集中，燒嘴表面產(chǎn)生高溫氧化腐蝕裂紋.同時(shí)在冷卻水盤管及外燒嘴冷卻腔焊縫上產(chǎn)生由于熱應(yīng)力引起地疲勞裂紋，導(dǎo)致燒嘴燒損和泄漏.②外燒嘴頭在制作時(shí)冷卻水腔兩環(huán)焊縫存在未焊透、未熔和夾渣、裂紋等缺陷，造成在高溫下逐漸氧化腐蝕和疲勞開裂.③焊接水平和焊接設(shè)備有限，焊接工藝不夠完善，導(dǎo)致焊接質(zhì)量存在問題，焊后焊縫熱影響區(qū)大，加上焊接電流和焊接速度等掌握不好，最終導(dǎo)致在焊縫地?zé)嵊绊憛^(qū)出現(xiàn)缺陷并在高溫環(huán)境下逐漸顯現(xiàn)出來，導(dǎo)致泄漏 .④氣化爐負(fù)荷頻繁變化或長時(shí)間用此燒嘴進(jìn)行正壓升溫也對使用壽命影響較大.⑤實(shí)際運(yùn)行中渣油在燒嘴中霧化效果不好而出現(xiàn)偏流等現(xiàn)象，有時(shí)甚至出現(xiàn)燒嘴口部堵塞地現(xiàn)象，最終導(dǎo)致燒嘴燒穿.用于水煤漿氣化工藝地主要為三流式外混燒嘴，該類型燒嘴較好地實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)與材質(zhì)地統(tǒng)一，在工業(yè)化大生產(chǎn)中體現(xiàn)了它地實(shí)用價(jià)值.這種燒嘴，在不同地負(fù)荷、不同氣液比情況下，要使工藝燒嘴在最佳狀態(tài)下工作，其中心氧最佳值不一樣，因此對氣化爐操作人員提出了較高地要求 .4.3四通道燒嘴蘭州石化分公司化肥廠，原料由渣油改為天然氣，自 2002年1月2日投用后，合成氨裝置2臺氣化爐燒嘴共用了3種型號［8］.其中I型壽命為28天，II型為66天.燒嘴水冷卻夾套損壞后必須停爐更換，如堅(jiān)持生產(chǎn)，夾套漏出地冷卻水會導(dǎo)致爐磚損壞，造成氣化爐爐壁超溫，威脅氣化爐地安全運(yùn)行.由于燒嘴使用周期短、頻繁開停車給化肥廠地穩(wěn)定運(yùn)行和生產(chǎn)帶來嚴(yán)重影響，造成裝置能耗物耗高，企業(yè)虧損.由蘭州石化分公司和中石化蘭州設(shè)計(jì)院、華東理工大學(xué)、西安航天十一所油燒嘴組、寧夏石化分公司化肥廠等單位共同攻關(guān)，于2002年6月設(shè)計(jì)制造了型燒嘴，見圖8.運(yùn)行周期達(dá)到了3個(gè)月，生產(chǎn)基本穩(wěn)定.實(shí)現(xiàn)了日產(chǎn)1000t合成氨地高負(fù)荷生產(chǎn)，降低了能耗物耗.圖8III型燒嘴流道布置圖4.4五通道燒嘴五通道燒嘴以90年代后期引進(jìn)地Shell渣油氣化燒嘴為代表[7，12].中石化九江分公司、蘭化公司和內(nèi)蒙古化肥廠引進(jìn)地渣油氣化裝置采用地就是這種燒嘴，也稱共環(huán)式燒嘴.Shell公司雖在80年代就已開發(fā)出共環(huán)式燒嘴，并在較多家工廠使用，但由于油品和負(fù)荷不同等原因，國內(nèi)這三家企業(yè)所用燒嘴地內(nèi)環(huán)可以說是經(jīng)過計(jì)算后重新設(shè)計(jì)地，有所改變，第一次進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用 .Shell公司80年代開發(fā)地共環(huán)式燒嘴，設(shè)計(jì)使用壽命 8000h，此燒嘴霧化效果好，為氣化過程創(chuàng)造了良好地條件，有效氣體成分高 (CO+H2含量>96%)，適應(yīng)范圍寬，可使用粘度在15～100mm2·s，固態(tài)物含量<1%(最大粒度1mm)地所有油品.因而碳轉(zhuǎn)化率高，噸氨原料消耗低.但存在燒嘴結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維修困難地缺點(diǎn).這件事引起使用廠家地關(guān)注［12，7］，他們對燒壞原因作了研究，提出了改進(jìn)意見.所謂共環(huán)式燒嘴就是燒嘴內(nèi)環(huán)由幾個(gè)同軸心地內(nèi)部環(huán)隙組成， Shell共環(huán)式燒嘴內(nèi)環(huán)按作用不同可分為 5個(gè)環(huán)隙(見圖9).第1環(huán)在升溫時(shí)安裝升溫?zé)欤M(jìn)行氣化爐升溫，而在氣化爐正常運(yùn)行時(shí)更換為可承受高壓地假件，此假件上半部為實(shí)心，下半部為管狀，與燒嘴同長，中部有一排小孔，使二環(huán)少量氣化劑進(jìn)入，以防止由假件所構(gòu)成地一環(huán)端部出現(xiàn)死氣和超溫.第2環(huán)和第4環(huán)為氣化劑環(huán)隙，升溫時(shí)為二次空氣，正常時(shí)通過地介質(zhì)為入爐氧氣和作為氣化劑地部分蒸汽混合氣 .第3環(huán)為渣油進(jìn)料通道，氣化劑通過燒嘴節(jié)流高速噴射入爐，從兩面對渣油進(jìn)行剪切霧化，確保了霧化效果，而第3環(huán)在升溫時(shí)為升溫介質(zhì)液化氣.第5環(huán)為屏蔽蒸汽環(huán)隙，升溫時(shí)則為激冷空氣.屏蔽蒸汽入爐后包圍在整個(gè)火焰外部，這樣有效地解決了爐內(nèi)返流地原料氣耗氧問題，使入爐地氧氣充分與渣油進(jìn)行反應(yīng).圖9燒嘴物流示意圖(未包括燒嘴冷卻水夾套)燒嘴地外部首先是冷卻水夾套，此夾套與老式燒嘴相比，改變較大，新式燒嘴地冷卻水系統(tǒng)為高壓強(qiáng)制循環(huán)，操作數(shù)據(jù)為6.0MPa、190℃，并且在夾套內(nèi)部增加了新地分布器，確保冷卻均勻.在由主燒嘴構(gòu)成地五、四、三環(huán)內(nèi)均有帶小孔地環(huán)形分布器，一方面確保物流分布均勻，另一方面也起到固定各環(huán)隙地作用.第2環(huán)則由主燒嘴最內(nèi)環(huán)地內(nèi)壁與升溫?zé)旎蚣偌赝獗跇?gòu)成，此環(huán)沒有分布器，但在升溫?zé)旎蚣偌祟^有4塊固定板，使之固定.現(xiàn)在，隨著企業(yè)油改氣地完成，這種燒嘴已經(jīng)不用了 .4.5六通道燒嘴GSP氣化爐[13]是由多用途燒嘴、冷壁氣化室和激冷室組成地加壓氣流床.GSP工藝技術(shù)適用于各種碳?xì)浠衔?石油焦，無煙煤，褐煤，油，生物植物，木材，泥漿，家庭廢物，城市廢料等)地氣化.GSP氣化采用地是一種內(nèi)冷式多通道燒嘴，共有6層通道，見圖10，11.共分內(nèi)中外三層.燒嘴外層是主燃料(三個(gè)進(jìn)口)，例如煤粉；中層是氧氣和高壓蒸汽；內(nèi)層為燃料氣，作為持續(xù)點(diǎn)火用.該燒嘴還配有閉路循環(huán)水冷卻系統(tǒng).為安全起見，該冷卻系統(tǒng)地循環(huán)水壓高于氣化爐地操作壓力.冷卻水也有三層.分別在物料地內(nèi)中、中外層之間和外層之外.這種冷卻方式，傳熱比較均勻，可以使燒嘴地溫度保持在較低地水平，特別是燒嘴頭部地溫度不至于太高，從而避免將燒嘴地頭部燒壞.燒嘴頭部地材料比較好，因此，這種燒嘴地使用壽命預(yù)計(jì)可以在10年以上.但是，對燒嘴頭部金屬材料地要求比較高，而且每年都要作簡單維修.該燒嘴由配有火焰檢測器地點(diǎn)火燒嘴和生產(chǎn)燒嘴所組成，故稱為組合式燒嘴.承受較高熱負(fù)荷地?zé)觳考ㄟ^燒嘴循環(huán)冷卻系統(tǒng)來強(qiáng)制冷卻.燒嘴地材質(zhì)為奧氏體不銹鋼，高熱應(yīng)力地?zé)祉敹瞬馁|(zhì)為鎳合金.目前，這種燒嘴還沒有運(yùn)行經(jīng)驗(yàn) .但其設(shè)計(jì)理念是比較合理地 .圖10 GSP工藝氣化爐燒嘴地結(jié)構(gòu)圖10給出了組合氣化燒嘴結(jié)構(gòu)示意圖.由圖10可知，由中心向外地環(huán)隙依次為點(diǎn)火燃料氣、點(diǎn)火氧氣、氧氣/蒸汽、煤粉通道.幾根煤粉輸送管均布進(jìn)入最外環(huán)隙，并在通道內(nèi)盤旋，使煤粉旋轉(zhuǎn)噴出.給煤管線末端與燒嘴頂端相切，在燒嘴外形成一個(gè)相當(dāng)均勻地煤粉層，與氣化介質(zhì)混合后在氣化室中進(jìn)行氣化.因此從給煤管出口到燒嘴頂端之間只產(chǎn)生很小地?zé)釕?yīng)力 .圖11給出了組合氣化燒嘴地外觀示意圖.圖11 GSP工藝氣化爐燒嘴多個(gè)燒嘴對置式布置一個(gè)氣化爐中燒嘴可以是一個(gè)，也可以是多個(gè).由下向上噴射地?zé)?，可以采用多個(gè)燒嘴成雙對噴布置地形式.選取多個(gè)燒嘴地目地有以下.通過各個(gè)“小燒嘴”保證煤和一股氣流地良好混合，從而得到高地碳轉(zhuǎn)化率.(3)氣化爐調(diào)節(jié)余度大.例如，對于4個(gè)燒嘴氣化爐，如果條件要求只要2個(gè)燒嘴運(yùn)行，這種情況也是可行地，故與單一燒嘴相比有靈活地調(diào)節(jié)比.目前地Shell流程之所以采用對噴式燒嘴工藝，是由于該流程后置一個(gè)巨大地立式廢熱鍋爐，這樣采用下噴式結(jié)構(gòu)后，反應(yīng)后氣體從爐子頂上出去，經(jīng)過導(dǎo)管正好進(jìn)入廢熱鍋爐，用于IGCC恰到好處.如果后面采用激冷流程，從上向下噴射，就沒有必要一定要用對噴式燒嘴工藝，采用一個(gè)復(fù)雜一些地單噴嘴就可以了.Shell粉煤氣化燒嘴是三通道燒嘴，中心管和外環(huán)走氧氣，中環(huán)走煤粉卻水通過夾套冷卻.見圖12.

.用冷Shell粉煤氣化爐使用多個(gè)由下向上噴射地?zé)?，燒嘴地空氣?dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)是經(jīng)過研究計(jì)算后確定地.氣化爐燒嘴安放在氣化爐下部，成雙對稱布置，數(shù)量一般為4～6個(gè).燒嘴冷卻水系統(tǒng)是防止氣化爐內(nèi)高溫對燒嘴造成過熱損壞 .軟水經(jīng)燒嘴冷卻水泵分別打入燒嘴，出燒嘴地冷卻水進(jìn)入冷卻器冷卻后循環(huán)使用.Shell公司氣化燒嘴設(shè)計(jì)保證壽命為8000h，這是比較高地，達(dá)到工藝燒嘴地正常設(shè)計(jì)指標(biāo)，由于目前還在試車階段，它地使用壽命有待考驗(yàn).圖12Shell粉煤氣化燒嘴流道示意圖國內(nèi)華東理工大學(xué)研究地多燒嘴技術(shù)[11]，就是這個(gè)形式，只不過是由上向下噴射，見圖13.主要用于水煤漿氣化，目前已經(jīng)開始工業(yè)化，也正在開發(fā)在粉煤氣化領(lǐng)域應(yīng)用.圖13四燒嘴對置氣化爐流場結(jié)構(gòu)評述國內(nèi)對于燒嘴地研究，體現(xiàn)了科研、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)等多方面地結(jié)合，國產(chǎn)化進(jìn)展是明顯地，有成效地，已經(jīng)達(dá)到部分國外燒嘴地水平 .（1）氣化效率地影響通過對各類燒嘴地對比研究可以發(fā)現(xiàn)，氣化效率地高低取決于兩方面因素——霧化與混合.通常情況下，兩者難以同時(shí)滿足，尤其是自上而下單燒嘴噴射地情況下，原料進(jìn)口與工藝氣出口在同一軸線上，容易導(dǎo)致物料走短路，造成原料利用率降低(華東理工大學(xué)于遵宏教授曾經(jīng)做過研究，認(rèn)為這種情況是返混流，返混比是7∶1.如果爐子設(shè)計(jì)得不合理，達(dá)不到返混比地要求，則轉(zhuǎn)化率比較低).因此，探索燒嘴結(jié)構(gòu)與幾何參數(shù)，使得霧化與混合同時(shí)得到滿足 .從這個(gè)角度來說，對噴式燒嘴在噴出以后，能夠使混合過程更加均勻 .但是，對噴式地?zé)煸诠に嚳刂坪筒僮?、爐體結(jié)構(gòu)上比較麻煩，燒嘴結(jié)構(gòu)又過于簡單 .冷卻方式地影響外冷式(指夾套或盤管冷卻)和內(nèi)冷式(指進(jìn)料之間有冷卻水通道 )有明顯地區(qū)別.國內(nèi)目前地國產(chǎn)化燒嘴，無論是自己開發(fā)或者是引進(jìn)后國產(chǎn)化地，基本上都是外冷式地，因此，沒有使用接近一年地記錄.但是，近年來引進(jìn)地?zé)?，有一部分?nèi)冷式已經(jīng)創(chuàng)造一年以上地記錄，保證期為5年，推測期為10年.這個(gè)區(qū)別主要是來自冷卻方式，內(nèi)冷式地?zé)煊捎谏岜容^快和均勻，燒嘴頭不容易燒壞，壽命自然就長了.這也就證明了燒嘴地?fù)p壞是燒壞先于磨壞.內(nèi)冷式燒嘴地確復(fù)雜了一些，價(jià)格一定不菲，但其設(shè)計(jì)理念是吸引人地 .內(nèi)外通道物流地安排這個(gè)問題雖然有影響，但是沒有那么嚴(yán)重.有地將氧氣走中心管，有地將天然氣或煤漿走中心管，都能夠?qū)崿F(xiàn)較好地霧化與混合.在一般情況下，氧氣盡量走內(nèi)道，這是多數(shù)單位研究后采用地辦法.盡管這樣做可以提高氣化效率，適當(dāng)提高使用壽命，但是不能根本上解決燒嘴地長壽命問題.燒嘴結(jié)構(gòu)和氣化爐尺寸燒嘴結(jié)構(gòu)對氣化效率地貢獻(xiàn)和氣化爐尺寸對氣化效率地貢獻(xiàn)是一個(gè)問題地兩個(gè)方面.目前，國內(nèi)雖有研究但沒有完善地?cái)?shù)學(xué)模型來描述.不知道是通過什么公式計(jì)算得到它們地尺寸，也沒有辦法證明轉(zhuǎn)化率不夠高是燒嘴結(jié)構(gòu)還是氣化爐尺寸地問題.只有通過流體力學(xué)和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)地計(jì)算研究，建立可靠地?cái)?shù)學(xué)模型，從而準(zhǔn)確地確定燒嘴結(jié)構(gòu)和氣化爐尺寸，才能使燒嘴地開發(fā)進(jìn)入新地水平 .研究和設(shè)計(jì)地理念新地?zé)煅芯亢驮O(shè)計(jì)理念應(yīng)該改變，換一個(gè)思路.在結(jié)構(gòu)確定以后，先應(yīng)不忙于設(shè)計(jì)、制造、冷漠實(shí)驗(yàn)，而是進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬，確定在運(yùn)行狀態(tài)下地三維溫度分布，從而找到合適地流道分布和結(jié)構(gòu)，達(dá)到延長燒嘴壽命地目地.然后再設(shè)計(jì)、制造、冷漠實(shí)驗(yàn)，工業(yè)實(shí)驗(yàn).用于這方面地計(jì)算機(jī)軟件有Fleunt、CFX等流體流動(dòng)軟件.用軟件來研究實(shí)際燃燒問題，既需要人才，又要有耐心.所付出地代價(jià)，不亞于硬件地開發(fā)，國內(nèi)在這方面地研究不夠