針對氣化爐燒嘴在使用過程中出現(xiàn)的霧化效果差、管內(nèi)流動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程中的水煤漿流動、霧化和壁面沖蝕規(guī)律。通過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,計算得到影響水煤漿霧化的關(guān)鍵因素的最優(yōu)值。同時,針對不同因素變化下的各壁面沖蝕損傷計算結(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。在霧化計算方面,分別建立不可壓縮介質(zhì)連續(xù)流動湍流模型、液滴受力模型和液滴破碎模型,耦合計算得到水煤漿在環(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,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,SMD值減小明顯;此外,增加燒嘴出口節(jié)流同樣會減小SMD值。綜合比較各因素的影響,發(fā)現(xiàn)節(jié)流尺寸和內(nèi)噴嘴氣體流速對水煤漿的霧化效果影響最大。由于水煤漿高速流動過程中,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。通過建立水煤漿流動連續(xù)介質(zhì)方程、顆粒運動方程和基于試驗結(jié)果的沖蝕預(yù)測方程,得出水煤漿對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)過程中燒嘴會頻繁，能否延長燒嘴的使用壽命對于一個企業(yè)的長周期平穩(wěn)運行將產(chǎn)生重要意義。水煤漿加壓氣化工藝燒嘴在工作時，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，此時該噴嘴已無法繼續(xù)。此外，在水煤漿高速流動過程中，煤粉顆粒與壁面的不斷碰撞會造成燒嘴內(nèi)部沖傷，如圖 1-2 所示為內(nèi)壁損傷形貌。而且伴隨有煤漿對流道的沖蝕磨損及爐內(nèi)化學(xué)的腐蝕，現(xiàn)場燒嘴的損傷十分嚴(yán)重[3]。基于上述原因，工藝燒嘴會產(chǎn)生不同程度的，導(dǎo)致氣化裝置不能正常運行。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氣化過程的效率，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)。本文通過對氣化裝置運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，這對提高燒嘴的使用周期，保證氣化爐的安全可靠運轉(zhuǎn)，實現(xiàn)長周期運行具有重要意義。

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)過程中燒嘴會頻繁，能否延長燒嘴的使用壽命對于一個企業(yè)的長周期平穩(wěn)運行將產(chǎn)生重要意義。水煤漿加壓氣化工藝燒嘴在工作時，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，此時該噴嘴已無法繼續(xù)。此外，在水煤漿高速流動過程中，煤粉顆粒與壁面的不斷碰撞會造成燒嘴內(nèi)部沖傷，如圖 1-2 所示為內(nèi)壁損傷形貌。而且伴隨有煤漿對流道的沖蝕磨損及爐內(nèi)化學(xué)的腐蝕，現(xiàn)場燒嘴的損傷十分嚴(yán)重[3]�；谏鲜鲈�，工藝燒嘴會產(chǎn)生不同程度的，導(dǎo)致氣化裝置不能正常運行。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氣化過程的效率，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)。本文通過對氣化裝置運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，這對提高燒嘴的使用周期，保證氣化爐的安全可靠運轉(zhuǎn)，實現(xiàn)長周期運行具有重要意義。

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 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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