本发明专利技术公开了一种长寿命煤气化工艺烧嘴。包括煤粉喷枪、助燃气体喷枪和蒸汽喷枪3个组件，其中煤粉喷枪还设置有燃气喷嘴和等离子双保险点火装置。煤粉、助燃气体和蒸汽3个喷枪依次组合，即构成具有煤粉通道、燃气通道、助燃气体通道和蒸汽通道等4个通道的工艺烧嘴。所述煤粉通道、助燃气体与蒸汽通道的烧嘴套和烧嘴前脸均采用高级陶瓷材料制成。整个烧嘴用轻质耐火材料模块与炉内高温辐射隔开，取消了传统烧嘴的冷却系统，有效地解决了工艺烧嘴的高温腐蚀、疲劳开裂和冲刷磨损问题，可以满足工业应用一年以上满负荷、长周期运行的要求。本发明专利技术适用于粉煤气化或水煤浆气化等部分燃烧气化工艺。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种长寿命煤气化工艺烧嘴。包括煤粉喷枪、助燃气体喷枪和蒸汽喷枪3个组件，其中煤粉喷枪还设置有燃气喷嘴和等离子双保险点火装置。煤粉、助燃气体和蒸汽3个喷枪依次组合，即构成具有煤粉通道、燃气通道、助燃气体通道和蒸汽通道等4个通道的工艺烧嘴。所述煤粉通道、助燃气体与蒸汽通道的烧嘴套和烧嘴前脸均采用高级陶瓷材料制成。整个烧嘴用轻质耐火材料模块与炉内高温辐射隔开，取消了传统烧嘴的冷却系统，有效地解决了工艺烧嘴的高温腐蚀、疲劳开裂和冲刷磨损问题，可以满足工业应用一年以上满负荷、长周期运行的要求。本专利技术适用于粉煤气化或水煤浆气化等部分燃烧气化工艺。【专利说明】一种长寿命煤气化工艺烧嘴
本专利技术涉及一种煤化工高温耐磨烧嘴。更为特别的是，本专利技术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。
技术介绍
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°C以及4?SMPa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、CN1039646A、CN 101363622 A、CN 201228965 Y、授权给德士古公司的专利 US 6276611 B1、US 6805773 BUCN 1101113 A和CN 1261910 A、授权给西门子公司的专利WO 2009/027361A2、US 8196531 B2、CN 101403496 A、CN 101788146 A，授权给康菲公司的专利 US8083519、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 202137071U、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CN103305284 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' Nicanel718、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、CN1205676A、 CN 1261910 A、 US 6276611 B1、 US 6805773 B1、 US 6228224、 US 6276611、 US6805773等，但可以连续工作的时间也只有3(Γ60天。 查阅《金属手册》(ASM国际，2014版，第一卷《性能和选择:铸铁，钢，高性能合金》、第二卷《特性与选择:有色合金及特种材料》、第十一卷《失效分析与预防》、第十三卷A《腐蚀:原理，测试，和保护》)可知，高温合金的性能主要取决于它的化学成分和组织结构。高温合金的强度较多地依赖于Y相的形貌、体积和尺寸，这些因素受热处理过程中的温度、冷却速度以及时效温度和时间的影响。不同的热处理即不同的加热温度、保温时间和冷却速度以及各种特殊的热处理，可以使合金的晶粒度、强化相的沉淀和溶解、析出相的数量和颗粒尺寸、甚至晶界状态等不同。在使用过程中，应力、时间、温度和环境均可能引起冶金上的不稳定，这些不稳定性包括穿晶沿晶断裂转变、再结晶、时效或过时效(碳化物、硼化物或氮化物相的沉淀或溶解)、金属间相的沉淀、向平衡相的延迟转变、有序-无序转变、一般氧化、晶间腐蚀、应力腐蚀开裂、熔渣引起的腐蚀以及微量元素的污染等，从而降低强度导致失效。 正是由于高温合金对温度很敏感，其高温稳定性和强度不仅取决于晶界碳化物质点的存在，而且也取决于固溶体Y相基体中的r沉淀质点的存在，所以要对合金的温度使用范围做出限制。超过这些合金正常技术规范规定的使用温度，就会引起r质点和碳化物质点二者数量的减少，使高温性能特别是蠕变性能和持久性能显著变坏，就会产生很高的热应力，造成热疲劳开裂、碳化物形成结块、晶粒严重粗化、过度氧化或磨蚀，加速热腐蚀、熔化以及尺寸的异常增大。一般地，保持温度越高，组织变化越快。时间愈长，粗化愈明显。保持温度下降，显微组织分解发生变化。在最高的保待温度下，如有外加应力，合金的热腐蚀速率更高。 如Inconel 718，熔化温度1260?1320°C，这种合金常常用在超过最后时效温度620°C的场合，虽然可能出现少量粗化的Y’相，但是，在620°C以下温度时，通常不会出现有害影响。如果过热温度超过700°C，Y'强化相就会退化，然后出现较多的σ相析出物，结果，降低了合金的强度。 再如Incoloy 825耐热铬镍铁合金，熔点1400°C，其C含量虽只有0.05%,在过热情况下，碳化物仍然容易在晶界处呈薄片状连续析出，导致碳化物析出的附近形成带状贫Cr区，由于Cr、Mo扩散速度慢，靠近晶粒边界附近的Cr、Mo含量远远低于耐腐蚀介质侵蚀所需的最低临界值。由于耐蚀元素Cr和Mo在析出相中富积，导致其含量在晶界处缺失，当温度升高，钝化膜遭到破坏，晶界处就容易首先形成局部腐蚀。 此外，镍基合金对于含硫气氛的腐蚀也是极其敏感的。在高温高压H2S/C02环境中，再循环的气流与喷嘴射出流体的汇合产生立轴旋涡，高腐蚀性的硫化合物以紊流方式围绕着喷嘴端并在汇合处本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种长寿命煤气化工艺烧嘴，其特征在于，所述工艺烧嘴由煤粉喷枪、助燃气体喷枪、蒸汽喷枪和前脸组合而成。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：莫银斌，
申请(专利权)人：莫银斌，
类型：发明
国别省市：宁夏;64
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