點火燒嘴

我單位是燃?xì)忮仩t，所使用的燃料是高、焦?fàn)t混合煤氣，燃燒器入口處煤氣壓力≥2000Pa , 燃燒器入口處煤氣溫度35℃。根據(jù)高爐煤氣和焦?fàn)t煤氣的成分可知， 焦?fàn)t煤氣中含有60%左右的H2，惰性氣體含量少，所以有燃燒速度快、熱值高、燃點低、易著火的特點。而高爐煤氣中含有大量惰性氣體，含塵量大，且含有相當(dāng)量的飽和水蒸汽，所以有火焰長、熱值低、著火和穩(wěn)定燃燒都比較困難的特點。

在實際生產(chǎn)過程中， 我們所使用的燃料是鋼鐵生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)品，煤氣壓力及其配比時常發(fā)生很大變化；又因為我們處于煤氣用戶末端， 前端煤氣用戶使用量的突然增加或減少，引起了鍋爐的燃料性質(zhì)頻繁大幅度變化，從而，惡化了點火燒嘴的工作環(huán)境 。

根據(jù)燃燒器的工作原理和所使用燃料的特性， 結(jié)合運行現(xiàn)狀，我們分析出了點火燒嘴損壞的主要原因：

1）當(dāng)燃料量增強后，造成燃燒器區(qū)域壁面熱強度過大，點火燒嘴長時間的處于高溫火焰中，得不到冷卻；

2）當(dāng)燃料中焦?fàn)t煤氣配比的增多，燃燒得到了強化，燃燒器局部溫度升高，點火燒嘴被燒壞；

3）當(dāng)燃料量減少時，熱風(fēng)量沒有相應(yīng)的減少，使燃燒器區(qū)域含氧量增多，從而使點火燒嘴高溫富氧燒蝕損壞；

4）燃料中含焦油成分過多，在點火燒嘴處結(jié)渣，使得燒嘴傳熱熱阻增加而損壞 。

點火燒嘴是燃燒設(shè)備的重要組成部分， 它有助于燃料的著火和火焰的穩(wěn)定，其性能的優(yōu)劣將直接影響到鍋爐的安全運行、能耗和環(huán)境。然而，鍋爐點火燒嘴的工作條件比較惡劣，長期受爐膛高溫輻射和火焰沖刷，容易造成蠕變、高溫變形和損壞。

在實際應(yīng)用中，我車間燃?xì)忮仩t的點火燒嘴頻頻損壞。燒嘴的損壞往往引起周邊水冷璧損壞、燃燒不穩(wěn)定和燃燒效率降低。而我車間所使用的燃料是鋼鐵生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)品，且處于煤氣用戶的末端， 其煤氣壓力及配比經(jīng)常大幅度的變化，當(dāng)煤氣壓力及配比突變時，損壞的燒嘴極易引起過鍋爐燃燒的不穩(wěn)定，尤其在低負(fù)荷運行時，易造成煤氣滅火或爆燃的嚴(yán)重后果，給鍋爐的安全運行帶來極大的安全隱患。

因此，在運行中如何合理調(diào)整燃燒，避免點火燒嘴損壞，是我們運行人員急需解決的一大課題 。

煤氣經(jīng)過煤氣電動調(diào)節(jié)閥，調(diào)整到所需流量后，經(jīng)煤氣噴管以一定的速度向燃燒室噴出， 空氣經(jīng)過熱風(fēng)電動調(diào)節(jié)閥，調(diào)整到相應(yīng)的流量后，經(jīng)旋流器向燃燒室噴出。于是，煤氣與熱風(fēng)保持一定的角度與速度差均勻的混合，在燃燒室里進行劇烈的燃燒反應(yīng)。燃燒速度與燃燒完全度主要取決于煤氣和空氣的混合速度。

當(dāng)煤氣流速大于空氣流速時， 煤氣中心的射流影響起主導(dǎo)作用，空氣環(huán)狀射流在較短的時間被完全吸收，著火燃燒點在燃燒器出口處就迅速燃燒，易形成回火；當(dāng)煤氣流速小于空氣流速時，著火燃燒點在燃燒器出口遠(yuǎn)距離處燃燒，火焰閃爍不穩(wěn)，易形成脫火；當(dāng)煤氣流速等于空氣流速時，著火燃燒點就會在距燃燒器出口的定距離處燃燒，火焰剛直有力 。

針對點火燒嘴損壞的原因， 總結(jié)出合理的調(diào)整煤氣量與配風(fēng)比的方法：

1.當(dāng)鍋爐負(fù)荷增加時，相應(yīng)的增加煤氣量，此時，要相應(yīng)的增加送引風(fēng)量，避免燃燒器區(qū)域壁面熱強度過大，點火燒嘴長時間的處于高溫火焰中，因高溫而損壞。

2.燒器區(qū)域含氧量增多，從而使點火燒嘴高溫富氧燒蝕損壞。

3. 利用鍋爐停爐檢修期間， 定期對點火燒嘴清理結(jié)渣污垢。

4.在操作中，我們要穩(wěn)定煤氣量與氧量比，避免瞬時局部富氧超溫，同時避免發(fā)生長時間嚴(yán)重過氧情況，從而，有效保護和延長燒嘴本身使用壽命。

5. 當(dāng)燃料中焦?fàn)t煤氣配比增多時， 由于焦?fàn)t煤氣的熱值高，所以，在關(guān)小煤氣電動調(diào)節(jié)閥的同時，減少送引風(fēng)量；當(dāng)燃料中高爐煤氣配比增多時，燃料的熱值減少，在開大煤氣電動調(diào)節(jié)閥的同時，相應(yīng)增大送引風(fēng)量。

在增加煤氣量時，先增加引風(fēng)量，再增加送風(fēng)量，然后增加煤氣量；在減少煤氣量時，先減少煤氣量，再減少送風(fēng)量，然后減少引風(fēng)量。從而使得火焰穩(wěn)定燃燒， 爐膛負(fù)壓在-10~-30Pa， 含氧量在2%~4%安全經(jīng)濟運行。通過合理調(diào)整燃燒工況，在爐膛中心形成四角切圓穩(wěn)定燃燒 。

通過分析點火燒嘴損壞的原因， 總結(jié)出根據(jù)爐內(nèi)不同的燃燒工況，合理的調(diào)整煤氣量與配風(fēng)比的方法，并在實際運行中加以應(yīng)用，有效地保護和延長燒嘴本身使用壽命，減少了點火燒嘴的損壞率，在很大程度上消除了由于燒嘴損壞帶來的安全隱患，確保了鍋爐的安全穩(wěn)定運行 。2100433B

開工燒嘴點火是氣化爐點火的關(guān)鍵， 也是難點。據(jù)悉，國內(nèi)大部分殼牌氣化爐在首次開車時都頻繁發(fā)生開工燒嘴被燒壞現(xiàn)象，有時點一次火連續(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(因為從燒嘴中噴出的油氧混合物將殘留在氣化爐內(nèi)，若不將其吹掃干凈，再次點火時很容易發(fā)生爆燃現(xiàn)象)，費時費力，嚴(yán)重影響了開車進程。

那么開工燒嘴為何如此容易燒壞呢？ 從設(shè)計原理上分析， 最關(guān)鍵因素在于其燃燒方式為純氧燃燒。因開工燒嘴點火時，氣化爐內(nèi)充滿了氮氣，此時只有用純氧作為助燃劑才能將大功率的開工燒嘴點燃，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瞬間劇增，氧氣偏少又會導(dǎo)致滅火。

第二個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，通常簡稱為“銅頭”，其原因有兩個：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輕易將噴頭氧化腐蝕，從而延長了燒嘴的壽命。但是，銅用作噴頭也存在一個致命的弱點，就是其熔點偏低，不耐高溫，很容易被燒毀。

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

燒嘴點火點火時氧油不同步

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

具體時間應(yīng)通過試驗來測定。通常的做法是通過做試驗(用水代替油、用氮氣代替氧氣)來測定氧氣和柴油開關(guān)閥動作時間和各自到達(dá)噴嘴頭的時間( 用秒表測定)，再將測定的時間值輸入到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)噴頭的時間肯定比柴油短，可通過DCS組態(tài)在順控程序中進行延時設(shè)定)。但在實際操作中，由于時間測量上的誤差，經(jīng)常會發(fā)生氧比油先到的現(xiàn)象，致使銅頭因高溫而燒毀。

燒嘴點火閥門的控制邏輯不合理

開工燒嘴正常工作時，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，由DCS 執(zhí)行順控程序，先開啟13XV0025、13XV0026 和13XY0027，將高壓吹掃氮氣先補進氧油管線， 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也應(yīng)如此，但有些氣化爐在開工燒嘴因聯(lián)鎖保護動作而發(fā)生跳車時，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，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氣來不及補上，導(dǎo)致回火而燒毀燒嘴。

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

燒嘴點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)點是揚程大，缺點是出口壓力不穩(wěn)，為保持柴油管線的壓力穩(wěn)定，在泵的出口都設(shè)計了柴油緩沖罐(也稱作阻尼器或蓄能器)，目的是隨時調(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、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 的平臺上。

在緩沖罐投用前，先用高壓氮氣向罐內(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。

燒嘴點火火檢信號延時設(shè)置不合適

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

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

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

據(jù)技術(shù)人員介紹，火檢信號的延遲檢測時間一般設(shè)置為3～5s 較合適， 具體準(zhǔn)確時間需現(xiàn)場做試驗測定，各燒嘴略有不同 。

開工燒嘴是氣化爐點火系統(tǒng)中最復(fù)雜、最關(guān)鍵的設(shè)備，它在殼牌氣化爐的整個啟動過程中起著至關(guān)重要的作用，也是氣化爐開車的難點所在，而且價格昂貴，為此建議國內(nèi)殼牌爐用戶加強相互間的交流，總結(jié)經(jīng)驗，從開工燒嘴安裝開始直到投產(chǎn)運行， 各階段都能積極采取有針對性的預(yù)防措施，少走彎路，盡量降低開工燒嘴點火的故障率。

此外，鑒于開工燒嘴昂貴的價格和被外商壟斷的局面，建議國內(nèi)殼牌爐用戶積極配合國內(nèi)相關(guān)企業(yè)做好開工燒嘴的自主創(chuàng)新工作，盡快實現(xiàn)開工燒嘴的國產(chǎn)化，降低設(shè)備成本，打破外商的壟斷 。

按氣化工藝要求，氣化爐內(nèi)需用高壓氮氣和燒嘴燃燒的煙氣充壓到約1MPa 后才投入煤粉，如此高的壓力和高密度的惰性環(huán)境，無疑將給氣化爐點火造成很大難度。因此，與常規(guī)火電負(fù)壓燃燒的燃煤鍋爐相比， 殼牌氣化爐的點火系統(tǒng)設(shè)計比較復(fù)雜， 共設(shè)計了三級點火， 并對應(yīng)設(shè)置了點火燒嘴(IB)、開工燒嘴(SUB)、粉煤燒嘴(CB)，以此來克服爐內(nèi)高壓和高濃度氮氣對點火的影響。燒嘴數(shù)量共6個：其中點火燒嘴1 個，燃燒介質(zhì)為燃料氣(天然氣或液化石油氣)加儀表空氣；開工燒嘴1 個，燃燒介質(zhì)為純氧加柴油；粉煤燒嘴4 個，燃燒介質(zhì)為粉煤、純氧加水蒸氣。開工燒嘴功率約為10MW(為粉煤燒嘴功率的6%)，點火燒嘴功率約為100kW(為開工燒嘴功率的1%)。

燒嘴點火和開工燒嘴位于同一個垂直平面，均為插入式結(jié)構(gòu)，開工階段，開工和點火燒嘴暫時插入氣化爐內(nèi)，之后隨即撤出，其伸縮過程全部由DCS 控制。4 個粉煤燒嘴與點火燒嘴位于同一水平面，均勻分布，為固定式結(jié)構(gòu)，安裝在水冷壁上的隔焰罩內(nèi)。

下面簡述殼牌氣化爐的三級點火過程：

當(dāng)高壓氮氣完成對氣化爐的吹掃后，系統(tǒng)先通過電子點火裝置將點火燒嘴IB 點燃， 隨后啟動系統(tǒng)的引氧程序，待引氧程序第一階段( 即氧氣引至SUB 閥前)完成后，啟動開工燒嘴SUB 的點火順控程序13KS0003，若SUB 點火成功，點火燒嘴立即退出，并啟動煤燒嘴的粉煤循環(huán)，同時氣化系統(tǒng)開始升壓(在SUB 點火成功后，一旦燃燒煙氣中氧氣含量小于0.5%， 系統(tǒng)放空方式隨即從大氣放空切換至火炬燃燒排放)，壓力調(diào)節(jié)閥B(粗合成氣去火炬總管排放閥)由手動變?yōu)樽詣诱{(diào)節(jié)模式來調(diào)節(jié)氣化爐的壓力，當(dāng)氣化爐壓力達(dá)到0.65MPa 時開始啟動激冷氣循環(huán)壓縮機并調(diào)整穩(wěn)定(根據(jù)各型號壓縮機不同的特性，有的用戶已改為常壓啟動)，當(dāng)壓力接近1.0MPa 時開始投入第一個粉煤燒嘴CB，穩(wěn)定幾分鐘后開始投人第二個粉煤燒嘴(與第一個燒嘴相對)， 當(dāng)?shù)诙€粉煤燒嘴點燃后， 開工燒嘴立即退出，隨后再依次點燃剩下的兩個粉煤燒嘴，至此氣化爐點火過程結(jié)束 。