中國(guó)報(bào)告大廳網(wǎng)訊，在當(dāng)前石油焦應(yīng)用領(lǐng)域，高配比摻燒石油焦作為氣化原料的技術(shù)在國(guó)內(nèi)屬于首套裝置應(yīng)用，該技術(shù)的穩(wěn)定運(yùn)行與工藝燒嘴的使用壽命密切相關(guān)。工藝燒嘴作為氣化爐的關(guān)鍵部件，其運(yùn)行狀態(tài)直接影響氣化爐長(zhǎng)周期運(yùn)轉(zhuǎn)，而石油焦的灰分含量、硫含量、摻配比例，以及料漿粒度分布、濃度和氣化爐負(fù)荷等因素，都會(huì)對(duì)工藝燒嘴產(chǎn)生多方面影響。通過(guò)深入分析這些影響因素，確定適宜的運(yùn)行條件，不僅能延長(zhǎng)工藝燒嘴使用壽命，還能為石油焦氣化技術(shù)的開(kāi)發(fā)與優(yōu)化提供重要支撐。以下是2025年石油焦行業(yè)技術(shù)分析。

  一、石油焦制氫氣化裝置概況與基礎(chǔ)參數(shù)

  《2025-2030年中國(guó)石油焦市場(chǎng)專題研究及市場(chǎng)前景預(yù)測(cè)評(píng)估報(bào)告》指出，石油焦制氫氣化裝置采用 6.5MPaG 水煤 / 焦?jié){加壓氣化技術(shù)，該技術(shù)在煤 / 焦制氫工廠應(yīng)用廣泛，裝置運(yùn)行穩(wěn)定且產(chǎn)氣率高。氣化裝置共設(shè)置 6 臺(tái)氣化爐，采用四開(kāi)兩備的運(yùn)行模式，單爐每日耗煤 / 焦量達(dá)到 1500t。從產(chǎn)能來(lái)看，該氣化裝置每小時(shí)可產(chǎn)出 47×10?Nm3 有效氣(成分以 CO+H?為主)，這些有效氣經(jīng)過(guò)變換和低溫甲醇洗工藝處理后，能夠生產(chǎn)出每小時(shí) 16 萬(wàn) Nm3 的氫氣和每小時(shí) 31 萬(wàn) Nm3 的燃料氣，為后續(xù)工業(yè)生產(chǎn)提供充足的氣體原料。

  二、石油焦灰分含量對(duì)工藝燒嘴頭部掛渣及溫度的影響

  氣化爐正常運(yùn)行時(shí)，工藝燒嘴頭部會(huì)形成一定厚度的渣層，這層渣層能有效保護(hù)工藝燒嘴頭部，避免其因超溫而縮短使用壽命。當(dāng)前石油焦制氫氣化裝置摻燒的石油焦為彈丸焦，形狀呈圓球形且表面光滑，其灰分含量與煙煤存在顯著差異。數(shù)據(jù)顯示，煙煤灰分含量分別為 7.44%、7.3%、9.66%，而石油焦灰分含量?jī)H為 0.25%、0.26%、0.18%，遠(yuǎn)低于煙煤。

  由于石油焦灰分含量低，摻燒石油焦后形成的渣量明顯少于煙煤，且石油焦摻燒比例越高，燃燒后形成的渣層越薄，進(jìn)而導(dǎo)致燒嘴頭部及燒嘴大法蘭溫度升高，對(duì)燒嘴長(zhǎng)期運(yùn)行產(chǎn)生不利影響。從 SiC 耐火材料的溫度分布情況來(lái)看，渣層厚度與耐火材料溫度呈負(fù)相關(guān)，渣層厚度越厚，耐火材料溫度越低，當(dāng)渣層厚度達(dá)到 20cm 時(shí)，耐火材料溫度約為 1000℃，這一數(shù)據(jù)充分說(shuō)明渣層厚度對(duì)爐壁和工藝燒嘴大法蘭溫度影響極大。

  在正常氣化爐開(kāi)車后的前 5 天，燒嘴大法蘭溫度出現(xiàn)異常偏高現(xiàn)象，最高溫度達(dá)到 297℃，同時(shí)氣化爐爐壁溫度也達(dá)到 296℃。為解決這一問(wèn)題，技術(shù)人員在燒嘴頭部澆筑了耐火澆注料，該隔熱材料能有效隔絕氣化爐爐膛高溫，不僅避免了燒嘴法蘭超溫現(xiàn)象，還對(duì)工藝燒嘴冷卻水盤管起到保護(hù)作用，防止其被高溫?zé)g。

  三、石油焦摻配比例與硫含量對(duì)工藝燒嘴腐蝕的影響

  石油焦摻配比例是影響氣化爐工藝燒嘴的重要因素之一，同時(shí)石油焦中的硫含量也會(huì)對(duì)燒嘴產(chǎn)生顯著影響。當(dāng)前石油焦制氫氣化裝置摻燒的石油焦硫含量約為 6%，而煙煤硫含量?jī)H為 0.25%，兩者差距較大。通過(guò)數(shù)據(jù)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，在石油焦品質(zhì)無(wú)變化的前提下，隨著石油焦摻燒比例的提升，氣化裝置產(chǎn)合成氣中硫化氫含量也隨之增加。具體數(shù)據(jù)如下：當(dāng)摻焦比例為 0% 時(shí)，合成氣硫化氫含量為 0.121%;摻焦比例為 20% 時(shí)，含量為 0.118%;摻焦比例為 40% 時(shí)，含量在 0.51%-0.52% 之間;摻焦比例為 70% 時(shí)，含量在 0.611%-0.624% 之間;摻焦比例為 80% 時(shí)，含量在 0.832%-0.94% 之間;摻焦比例達(dá)到 90% 時(shí)，含量則升至 1.134%-1.411%。

  從硫的反應(yīng)特性來(lái)看，石油焦中的硫主要以硫化物、硫酸鹽和有機(jī)硫的形式存在，通常石油焦品質(zhì)越高，含硫量越低。在高溫環(huán)境下，金屬與硫會(huì)發(fā)生高溫硫化腐蝕，這種腐蝕需要在還原性氛圍中進(jìn)行，此時(shí)環(huán)境中氧氣分壓很低，而硫分分壓很高，金屬硫化反應(yīng)的速率遠(yuǎn)大于氧化反應(yīng)速率。對(duì)于大多數(shù)金屬而言，硫是一種更強(qiáng)烈、更具腐蝕性的氧化劑，因此硫化腐蝕的危害更大。

  目前工藝燒嘴外氧噴頭采用 haynes188 材質(zhì)，該材質(zhì)為鈷基合金，雖具有較高的高溫強(qiáng)度、良好的抗氧化性和耐腐蝕性能，在高達(dá) 2100°F(1150℃)的環(huán)境下仍能保持優(yōu)良的高溫強(qiáng)度和抗氧化性能，且時(shí)效后韌性良好，但耐硫腐蝕能力一般。從運(yùn)行 80 天的工藝燒嘴實(shí)際情況來(lái)看，高溫混合氣氛下的硫化 - 氧化腐蝕對(duì)燒嘴頭部造成了嚴(yán)重影響：外氧噴頭口部出現(xiàn)較嚴(yán)重?zé)g磨損，端部及外圓面高溫氧化變色嚴(yán)重，端口部燒蝕局部分層，外端面還出現(xiàn)龜裂及局部放射裂紋，經(jīng)檢測(cè)裂紋深度達(dá)到 3mm 左右;煤漿噴頭內(nèi)部磨損嚴(yán)重，磨損變形較大，出口尺寸變化明顯，需更換新的煤漿噴頭;中心氧噴頭外側(cè)面存在一定煤漿沖蝕及磨損變形;盤管外表面雖有燒蝕變色，但基本無(wú)點(diǎn)蝕，且氣密試驗(yàn)檢查后未出現(xiàn)泄漏點(diǎn)。

  在成本和工藝條件允許的情況下，可選用 UMCo-50 材料作為工藝燒嘴噴頭材質(zhì)。UMCo-50 材料同樣為耐高溫鈷基合金，除具備良好的耐熱沖擊和耐磨性能外，還擁有優(yōu)異的力學(xué)性能，同時(shí)對(duì)硫和礬的腐蝕具有良好的抵抗性，是目前水煤漿工藝燒嘴噴頭的常用優(yōu)質(zhì)材質(zhì)。

  四、石油焦料漿粒度分布與濃度對(duì)工藝燒嘴磨損的影響

  石油焦行業(yè)料漿的粒度分布和濃度是否合理，直接關(guān)系到工藝燒嘴的磨損程度，進(jìn)而影響其使用壽命。研究表明，料漿粒度過(guò)粗或過(guò)細(xì)均不利于制備高質(zhì)量的水煤漿：若粒度過(guò)細(xì)，會(huì)導(dǎo)致煤顆粒比表面積過(guò)大，對(duì)顆粒形成包裹所需的束縛水比重增大，體系自由水比重降低，無(wú)法制得高質(zhì)量煤漿;若粒度過(guò)粗，雖能在一定程度上降低水煤漿黏度，但會(huì)導(dǎo)致煤漿流變性降低，穩(wěn)定性下降，不僅會(huì)增加生產(chǎn)中泵體、管道堵塞的風(fēng)險(xiǎn)，還會(huì)加劇工藝燒嘴的磨損。

  為保障工藝介質(zhì)物性滿足專利技術(shù)要求和工藝燒嘴使用控制條件，需對(duì)進(jìn)爐料漿質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格管控。從實(shí)際料漿分析數(shù)據(jù)來(lái)看，當(dāng)前料漿的粒度分布和濃度基本符合工藝燒嘴設(shè)計(jì)要求：設(shè)計(jì)濃度范圍為 60%-65%，實(shí)際濃度在 59.2%-62.8% 之間;粒度分布方面，實(shí)際測(cè)得 325 目顆粒占比超過(guò) 35%，100 目顆粒占比為 60%-85%，60 目顆粒占比不低于 70%-90%，40 目和 20 目顆粒占比均達(dá)到 100%。

  對(duì)運(yùn)行 53 天后的工藝燒嘴進(jìn)行測(cè)量發(fā)現(xiàn)，各部位尺寸與設(shè)計(jì)值對(duì)比均在合格范圍內(nèi)，且燒嘴壓差沒(méi)有明顯降低趨勢(shì)，這一結(jié)果充分說(shuō)明，嚴(yán)格控制進(jìn)爐料漿質(zhì)量，對(duì)減少工藝燒嘴磨損、保障其穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。

  五、氣化爐負(fù)荷對(duì)石油焦摻燒工況下工藝燒嘴的影響

  在石油焦摻燒工況下，氣化爐負(fù)荷的穩(wěn)定控制對(duì)工藝燒嘴運(yùn)行至關(guān)重要。通過(guò)合理控制系統(tǒng)負(fù)荷，能夠確保工藝燒嘴工作流場(chǎng)穩(wěn)定，一方面可杜絕在低負(fù)荷工況下，反應(yīng)物料卷蝕加劇對(duì)燒嘴造成的損傷;另一方面能避免在過(guò)高負(fù)荷工況下，燒嘴頭部持續(xù)受到磨蝕。從氣化爐實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷(6 月份至 8 月份)數(shù)據(jù)來(lái)看，當(dāng)前氣化爐負(fù)荷控制在設(shè)計(jì)要求之內(nèi)，為工藝燒嘴的穩(wěn)定運(yùn)行提供了良好的工況條件。

  六、石油焦摻燒工況下工藝燒嘴運(yùn)行優(yōu)化總結(jié)

  綜合以上對(duì)石油焦行業(yè)摻燒影響工藝燒嘴各因素的分析，在石油焦摻燒工況下，保障工藝燒嘴穩(wěn)定運(yùn)行、延長(zhǎng)其使用壽命可從三方面入手：其一，通過(guò)在燒嘴通道外側(cè)包覆絕熱材料，有效消除工藝燒嘴在摻焦工況下的超溫異常，從溫度防護(hù)角度保障燒嘴運(yùn)行周期穩(wěn)定甚至延長(zhǎng);其二，強(qiáng)化對(duì)進(jìn)爐料漿的質(zhì)量管控，嚴(yán)格控制料漿粒度分布和濃度，確保工藝介質(zhì)物性符合專利技術(shù)要求和工藝燒嘴使用控制條件，減少料漿對(duì)燒嘴的磨損;其三，合理控制氣化爐系統(tǒng)負(fù)荷，維持工藝燒嘴工作流場(chǎng)穩(wěn)定，避免因負(fù)荷過(guò)高或過(guò)低對(duì)燒嘴造成額外損傷。

  總體而言，在高石油焦摻燒氣化過(guò)程中，影響氣化爐工藝燒嘴的因素多樣且復(fù)雜。為確保氣化爐正常運(yùn)行，需保證高硫石油焦品質(zhì)優(yōu)良、硫含量控制在適當(dāng)范圍、摻焦比例合理、運(yùn)行負(fù)荷適中，并選用恰當(dāng)?shù)臒旖Y(jié)構(gòu)與材質(zhì)，通過(guò)多維度協(xié)同優(yōu)化，全面延長(zhǎng)工藝燒嘴的整體使用壽命，推動(dòng)石油焦氣化技術(shù)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。

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