高速烧嘴

强化对流传热，缩短加热时间

传统工业炉燃烧器火焰传播速度低，以辐射换热为主（80%－90%），实现工件加热，对流换热比例很小;由于火焰传播速度低，燃烧产物作用在加热工件表面的流动为层流。而高速烧嘴对被加热工件表面流动以絮流为主。采用一般烧嘴（喷口速度取5 m/s）和高速烧嘴（取150 m/s），则可估算对加热工件的对流换热效率是普通烧嘴的4倍。由于对流还热量加大，则降低了排烟温度，减少了热损失，实现节能的目的。2、 提高炉内温度均匀性，缩短加热均温时间：　由于高速烧嘴喷出的高温炙热气流的卷吸和搅拌作用，使炉内温度场分布更均匀，温度差降低，从而缩短了工件均热时间，提高了生产效率，同时节约能源。

高速烧嘴的应用与设计

高速烧嘴使用的主要燃料是气态和液态燃料，有冷、热风烧嘴，热风烧嘴又有外热式和自身预热式之分。高速烧嘴在主要应用在工业炉窑上，如北京佳德昌科技、美国BLOOM等。

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一般烧嘴喷出速度只有几米到几十米/秒。由于燃烧室小，热容强度大，在非常低负荷条件下相当予一个稳定的火源，所以高速烧嘴的调节比大，可达1：50（一般烧嘴都在1：10左右）。

开工烧嘴点火是气化炉点火的关键， 也是难点。据悉，国内大部分壳牌气化炉在首次开车时都频繁发生开工烧嘴被烧坏现象，有时点一次火连续烧坏3～4 次，导致不停地拆装烧嘴。此外，若开工烧嘴点火失败，必须立即停止气化开车程序，重新执行气化炉吹扫程序(因为从烧嘴中喷出的油氧混合物将残留在气化炉内，若不将其吹扫干净，再次点火时很容易发生爆燃现象)，费时费力，严重影响了开车进程。

那么开工烧嘴为何如此容易烧坏呢？ 从设计原理上分析， 最关键因素在于其燃烧方式为纯氧燃烧。因开工烧嘴点火时，气化炉内充满了氮气，此时只有用纯氧作为助燃剂才能将大功率的开工烧嘴点燃，但纯氧燃烧很难控制，主要是氧气与柴油的混合比例(即通常说的“氧油比”)以及到达烧嘴头的同步性不好调整， 氧气偏多火焰温度就会瞬间剧增，氧气偏少又会导致灭火。

第二个因素在于其喷头的材质选择，壳牌选择用紫铜来制作烧嘴喷头，通常简称为“铜头”，其原因有两个：一是铜具有良好的热传导性能，这样喷头因高温火焰辐射而快速增加的热量能迅速地被冷却水带走，以防止喷头因高温而烧毁；二是铜具有良好的抗氧化性，这样流经喷头四周的纯氧不会轻易将喷头氧化腐蚀，从而延长了烧嘴的寿命。但是，铜用作喷头也存在一个致命的弱点，就是其熔点偏低，不耐高温，很容易被烧毁。

客观地说，针对气化炉特殊的运行工况， 壳牌对开工烧嘴采取以上的设计理念还是很先进的(目前仍没有更好的设计方案来替代)， 只要充分掌握了纯氧燃烧的特性和铜头的特点，在实际操作中采取有效的、针对性的预防措施，还是能大大降低开工烧嘴的故障率。但由于经验上的不足，国内大多数壳牌炉在开工初期总是频繁出现开工烧嘴点火故障，其原因是多方面的，由于篇幅有限，以下只列举几个典型案例加以分析：

烧嘴点火点火时氧油不同步

根据壳牌工艺要求，开工烧嘴点火时最关键的一点是要保证氧气和柴油同时到达烧嘴喷头，如果氧气比柴油先到， 喷出的氧气一遇到点火烧嘴火焰，瞬间将产生约3000℃的高温火焰，很快就会将铜头烧化。但实际操作中不可能做到氧油绝对同步，为确保氧气滞后于柴油，实际操作中往往采取让柴油先到的办法，因为柴油若比氧气先到，柴油将被氧管线里的高压吹扫氮雾化而喷出，对烧嘴没有影响，但早到时间也不能偏长，否则大量的柴油喷入炉膛，极易发生事故。

具体时间应通过试验来测定。通常的做法是通过做试验(用水代替油、用氮气代替氧气)来测定氧气和柴油开关阀动作时间和各自到达喷嘴头的时间( 用秒表测定)，再将测定的时间值输入到DCS的开工烧嘴顺控程序中(氧气在管内的流速比柴油快，它到达喷头的时间肯定比柴油短，可通过DCS组态在顺控程序中进行延时设定)。但在实际操作中，由于时间测量上的误差，经常会发生氧比油先到的现象，致使铜头因高温而烧毁。

烧嘴点火阀门的控制逻辑不合理

开工烧嘴正常工作时，氧气开关阀13XV0023 和柴油开关阀13XV0024 为全开状态， 氧管线吹扫阀13XY0027 和油管线吹扫阀13XV0025、13XV0026 处于关闭状态。开工烧嘴正常退出时，由DCS 执行顺控程序，先开启13XV0025、13XV0026 和13XY0027，将高压吹扫氮气先补进氧油管线， 然后再关闭13XV0023 和13XV0024， 切断氧气和柴油， 目的是防止烧嘴退出时烧嘴里的油和氧被炉膛的高背压往回顶，产生回火现象而将烧嘴烧坏。

以上指的是烧嘴的正常退出程序，按理说非正常退出时也应如此，但有些气化炉在开工烧嘴因联锁保护动作而发生跳车时，经常将烧嘴烧坏，后经观察发现， 每当烧嘴非正常退出( 跳车) 时，13XV0025、13XV0026 和13XY0027 的开启总是比13XV0023 和13XV0024 的关闭晚，即氧油已切断而高压吹扫氮气来不及补上，导致回火而烧毁烧嘴。

为何会发生这样的现象呢？ 有经验的技术人员从DCS 与ESD 之间找到了原因： 烧嘴系统正常退出时由DCS 控制， 而跳车时则由ESD 通过DCS 向13XV0025、13XV0026 和13XY0027 发出“开” 的命令， 同时直接向13XV0023 和13XV0024 发出“ 关”命令，可ESD 与DCS 之间通讯需要时间，致使高压吹扫氮滞后(约1.3s)补进，造成开工烧嘴回火被烧坏。后来将以上3 个阀门全部改为由ESD 直接控制后，问题得以解决。

烧嘴点火柴油管线压力不稳

壳牌炉的柴油泵一般都设在零米，且大都采用往复泵，往复泵的优点是扬程大，缺点是出口压力不稳，为保持柴油管线的压力稳定，在泵的出口都设计了柴油缓冲罐(也称作阻尼器或蓄能器)，目的是随时调整柴油管线的压力，防止开工烧嘴因油压不稳而跳车。但由于柴油缓冲罐也安装在零米，而开工烧嘴安装在43m 层， 两者之间连接管线太长、且高度相差大， 制约了缓冲罐的压力调节能力，致使开工烧嘴经常因油压不稳导致氧油比超限而跳车。据悉，龙宇煤化工通过调整柴油缓冲罐的位置而圆满解决了这一问题，具体整改方案概述如下：把位于零米的柴油缓冲罐移至38m 的平台上。

在缓冲罐投用前，先用高压氮气向罐内充25~30kgf(1kgf 约等于9.806N，下同)的压力，使罐内的液位达到5cm 左右，当柴油管线内的压力大于30kgf 时再投用缓冲罐。这样不仅缩短了缓冲罐与开工烧嘴的距离，而且可使罐内有足够可压缩的气体，从而让缓冲罐起到了很好的稳压作用。

烧嘴点火火检信号延时设置不合适

壳牌气化炉设置了专门的火焰探测器(通常称为火检)，用来检测开工烧嘴点火是否成功，此检测信号既用来保护开工烧嘴，同时又给粉煤烧嘴的投放提供了条件。火焰探测器是通过紫外线探测火焰强度的，检测的是电离信号，并输出给DCS(开关量信号)。

当氧气开关阀13XV0023 开启后， 开工烧嘴顺控程序将延迟几秒来检测火检信号，如果未检测到火焰，开工烧嘴将立即跳车，以保护烧嘴。

因氧气从开关阀到烧嘴喷头需要时间，且烧嘴刚点着时，氧油混合燃烧并不稳定，且火焰强度也不高，所以在顺控程序中对火检信号设置了延迟时间，以确保检测信号的准确。这一设计是非常合理的，关键是如何确定合适的延迟时间，若时间偏短，烧嘴还未点着或点着后火焰还没稳定就跳车了，属误停车；若时间偏长，烧嘴如果确实未点燃而没有及时跳车，很容易把烧嘴烧坏，而且柴油留在炉内，在下次点火时会出现爆燃，危害到设备安全。

据技术人员介绍，火检信号的延迟检测时间一般设置为3～5s 较合适， 具体准确时间需现场做试验测定，各烧嘴略有不同 。

1.一种气固双燃料复合型烧嘴，构成中有烧嘴体，烧嘴体前端有喷口，其特征在于，所述烧嘴体中设有固体燃料、气体燃料和助燃空气通道，三个通道的出口在烧嘴前端的喷口处汇集。2100433B

尽管国内外生产烧嘴的厂家很多，但壳牌目前只认证了唯一的烧嘴供货商： 德国沃尔特·布林克曼公司。目前国内所有壳牌气化炉的开工烧嘴全部采用该公司的产品。

德国沃尔特·布林克曼公司成立于1883 年，是一家专业生产各类燃烧器、烘干系统的知名企业，其产品广泛应用于钢铁、制铝、石灰烧制及化工行业。目前该公司已被德国克莱德公司收购，更名为克莱德·贝尔格曼·布林克曼有限公司。该公司在工业烧嘴和加热系统的设计、加工方面一直处于世界领先地位，曾为韩国浦项钢铁厂的炼钢工艺设计了功率达300MW 的燃烧器。同时，布林克曼公司是壳牌气化炉开工烧嘴的唯一指定生产商， 为欧洲的IGCC 电站提供了相应的燃烧系统， 包括西班牙IGCC 电站的开工烧嘴， 荷兰IGCC 电站的点火烧嘴、开工烧嘴以及惰性气体发生器等。

正因为其产品的唯一性，导致其销售价格一直居高不下，据悉一套烧嘴(一台点火烧嘴加一台开工烧嘴)的价格约80 万欧元( 约680 万人民币)， 且降价的余地很小。

对于国产气化炉烧嘴来说，经了解， 目前最值得关注的是西安远征公司的产品。该公司的全称为西安航天远征流体控制股份有限公司，成立于2001年5 月18 日， 是以中国航天科技集团公司六院第十一研究所与航天六院为主体，以液体火箭发动机特种技术为依托的高科技股份有限公司，专业从事石化热能产品的设计、开发、生产等业务。该公司利用液体火箭发动机高效燃烧和传热技术，先后开发了渣油气化炉烧嘴、天然气造气烧嘴、二段转化炉烧嘴、焦炉气转化炉烧嘴、水煤浆气化烧嘴、干粉气化烧嘴，以及为各种气化炉(转化炉)配套的工艺烧嘴，并成功地应用于我国的石油化工领域。

2006 年该公司开始启动壳牌气化炉点火烧嘴与开工烧嘴的资格认证工作。2010 年6 月，航天部六院十一所介质试验室自行设计和建设的壳牌全尺寸烧嘴试验系统经过了综合测试，并通过了壳牌专家组的评审验收。该试验系统由工艺系统和测控系统两部分组成，是目前国内最先进、最完善的石化烧嘴试验台。但由于该公司产品一直没有壳牌炉应用业绩，所以至今未获得壳牌的资格认证，只获取了壳牌对其技术方案的认可。据悉，云南云天化于2010 年5 月已向远征公司定购了两台开工烧嘴，一台完全克隆原布林克曼的烧嘴，一台为远征公司自主研发生产的烧嘴，近期准备交货 。