發(fā)布時(shí)間：2020-10-28 03:10

　　 針對(duì)氣化爐燒嘴在使用過(guò)程中出現(xiàn)的霧化效果差、管內(nèi)流動(dòng)不暢和壁面沖蝕造成的燒嘴使用周期短、易發(fā)生結(jié)構(gòu)失效等問(wèn)題,本文采用DPM(Discrete Phase Model)顆粒離散多相流模型,研究同心三通道燒嘴使用過(guò)程中的水煤漿流動(dòng)、霧化和壁面沖蝕規(guī)律。通過(guò)改變氣體和水煤漿的物性參數(shù)和邊界條件,結(jié)合不同結(jié)構(gòu)尺寸,計(jì)算得到影響水煤漿霧化的關(guān)鍵因素的最優(yōu)值。同時(shí),針對(duì)不同因素變化下的各壁面沖蝕損傷計(jì)算結(jié)果,優(yōu)化工藝參數(shù),優(yōu)選材料,改進(jìn)結(jié)構(gòu),達(dá)到燒嘴延壽的目的。在霧化計(jì)算方面,分別建立不可壓縮介質(zhì)連續(xù)流動(dòng)湍流模型、液滴受力模型和液滴破碎模型,耦合計(jì)算得到水煤漿在環(huán)空流道、預(yù)混腔和爐內(nèi)的液滴索泰爾直徑(Sauter Mean Diameter—SMD)。改變多個(gè)影響因素并正交分析后得出:水煤漿霧化受燒嘴內(nèi)外兩氣道氣體流速變化的影響,氣體流速增大時(shí),水煤漿SMD值降低;當(dāng)增加水煤漿流道錐角,使水煤漿與氣體射流充分預(yù)混時(shí),SMD值減小明顯;此外,增加燒嘴出口節(jié)流同樣會(huì)減小SMD值。綜合比較各因素的影響,發(fā)現(xiàn)節(jié)流尺寸和內(nèi)噴嘴氣體流速對(duì)水煤漿的霧化效果影響最大。由于水煤漿高速流動(dòng)過(guò)程中,煤粉顆粒與內(nèi)壁不斷發(fā)生碰撞,因此,燒嘴受到的沖蝕作用是影響燒嘴使用壽命的關(guān)鍵因素。通過(guò)建立水煤漿流動(dòng)連續(xù)介質(zhì)方程、顆粒運(yùn)動(dòng)方程和基于試驗(yàn)結(jié)果的沖蝕預(yù)測(cè)方程,得出水煤漿對(duì)燒嘴壁面的沖蝕影響因素及沖蝕速率,主要發(fā)現(xiàn)包括:煤粉直徑增大和水煤漿流速的增加均會(huì)增大燒嘴出口附近壁面的沖蝕速率;雖然節(jié)流尺寸增加可以有效提高霧化效果,但是同時(shí)增加了壁面沖蝕速率,因此需要根據(jù)生產(chǎn)要求,合理調(diào)控入口流量,預(yù)估壁面失效周期,進(jìn)行結(jié)構(gòu)件更換。
【學(xué)位單位】：西安石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TQ546
【部分圖文】：

通常在 100 天左右，最好的記錄也僅僅為 140 天[2]。因此在生產(chǎn)過(guò)程中燒嘴會(huì)頻繁，能否延長(zhǎng)燒嘴的使用壽命對(duì)于一個(gè)企業(yè)的長(zhǎng)周期平穩(wěn)運(yùn)行將產(chǎn)生重要意義。水煤漿加壓氣化工藝燒嘴在工作時(shí)，其頭部通常處于在 1150°~1350°的高溫環(huán)要進(jìn)行外部換熱以減小結(jié)構(gòu)熱應(yīng)力，頻繁的熱交變載荷會(huì)使燒嘴局部產(chǎn)生裂紋，造壓。圖 1-1 為換熱結(jié)構(gòu)外部受交變熱應(yīng)力影響產(chǎn)生的裂紋，此時(shí)該噴嘴已無(wú)法繼續(xù)。此外，在水煤漿高速流動(dòng)過(guò)程中，煤粉顆粒與壁面的不斷碰撞會(huì)造成燒嘴內(nèi)部沖傷，如圖 1-2 所示為內(nèi)壁損傷形貌。而且伴隨有煤漿對(duì)流道的沖蝕磨損及爐內(nèi)化學(xué)的腐蝕，現(xiàn)場(chǎng)燒嘴的損傷十分嚴(yán)重[3]�；�于上述原因，工藝燒嘴會(huì)產(chǎn)生不同程度的，導(dǎo)致氣化裝置不能正常運(yùn)行。目前，三流道外混式工藝燒嘴在水煤漿氣化技術(shù)中了廣泛的應(yīng)用，其工藝原理是將工藝燒嘴注入高溫氣化爐中，使水煤漿在氣化爐中氣化，得到產(chǎn)物煤氣[4]。燒嘴的性能將直接決定整個(gè)氣化過(guò)程的效率，從而最大限提高工藝燃燒器的工作性能，因此提高其預(yù)期壽命是科學(xué)研究人員和制造商一直追目標(biāo)。本文通過(guò)對(duì)氣化裝置運(yùn)行中燒嘴損壞的主要原因進(jìn)行分析，從不同方面提出化解決方案，這對(duì)提高燒嘴的使用周期，保證氣化爐的安全可靠運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)周期運(yùn)行具有重要意義。

通常在 100 天左右，最好的記錄也僅僅為 140 天[2]。因此在生產(chǎn)過(guò)程中燒嘴會(huì)頻繁，能否延長(zhǎng)燒嘴的使用壽命對(duì)于一個(gè)企業(yè)的長(zhǎng)周期平穩(wěn)運(yùn)行將產(chǎn)生重要意義。水煤漿加壓氣化工藝燒嘴在工作時(shí)，其頭部通常處于在 1150°~1350°的高溫環(huán)要進(jìn)行外部換熱以減小結(jié)構(gòu)熱應(yīng)力，頻繁的熱交變載荷會(huì)使燒嘴局部產(chǎn)生裂紋，造壓。圖 1-1 為換熱結(jié)構(gòu)外部受交變熱應(yīng)力影響產(chǎn)生的裂紋，此時(shí)該噴嘴已無(wú)法繼續(xù)。此外，在水煤漿高速流動(dòng)過(guò)程中，煤粉顆粒與壁面的不斷碰撞會(huì)造成燒嘴內(nèi)部沖傷，如圖 1-2 所示為內(nèi)壁損傷形貌。而且伴隨有煤漿對(duì)流道的沖蝕磨損及爐內(nèi)化學(xué)的腐蝕，現(xiàn)場(chǎng)燒嘴的損傷十分嚴(yán)重[3]�；�于上述原因，工藝燒嘴會(huì)產(chǎn)生不同程度的，導(dǎo)致氣化裝置不能正常運(yùn)行。目前，三流道外混式工藝燒嘴在水煤漿氣化技術(shù)中了廣泛的應(yīng)用，其工藝原理是將工藝燒嘴注入高溫氣化爐中，使水煤漿在氣化爐中氣化，得到產(chǎn)物煤氣[4]。燒嘴的性能將直接決定整個(gè)氣化過(guò)程的效率，從而最大限提高工藝燃燒器的工作性能，因此提高其預(yù)期壽命是科學(xué)研究人員和制造商一直追目標(biāo)。本文通過(guò)對(duì)氣化裝置運(yùn)行中燒嘴損壞的主要原因進(jìn)行分析，從不同方面提出化解決方案，這對(duì)提高燒嘴的使用周期，保證氣化爐的安全可靠運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)周期運(yùn)行具有重要意義。

圖 1-3 水煤漿燒嘴結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)特點(diǎn)般均有：中心氧頭、煤漿頭、外氧頭組合形成，其進(jìn)入燒嘴的氧氣流分為兩個(gè)通道：中心氧頭放氧氣出外環(huán)氧；中心氧頭與煤漿頭形成的流道噴出水煤管，防止?fàn)t內(nèi)高溫直接烘烤燒嘴頭部，對(duì)保護(hù)燒嘴般原則是同心三管結(jié)構(gòu)：中心氧、水煤漿和外氧的，在供氣壓力允許的情況下，應(yīng)達(dá)到良好的混合和速度如下：中心氧的出口流速 150 ~180 m/s，煤漿流速 12~20 m/s，外氧的出口流速 160 ~200 m/s[14]。，中間噴嘴的軸向收縮比大的外部噴嘴大幾十毫米o(hù)nel600 和 UMCo-50（或 GH188）。Inconel600 是過(guò) 70%，是一種標(biāo)準(zhǔn)的耐熱和耐腐蝕工程材料，在氧化性能。UMCo-50（或 GH188）屬于鈷基合金材
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