近日，北京精益增材科技有限公司及其子公司利恩（海宁）科技有限公司自主研发生产的第二代长寿命水煤浆工艺烧嘴——现代煤化工产业高端核心装备——首次在中国石化长城能源化工(宁夏)有限公司安全顺利地结束生产测试，运行周期达到95天，创下该公司“气化炉扩能”和“煤浆提浓”以来工艺烧嘴单次运行周期最长纪录，标志着该产品达到了国际先进水平，对现代煤化工行业降低运行成本、提升产业竞争力、提升碳利用与减少碳排放具有重大经济价值和环境价值。
图1 完成本次生产运行的新型长寿命水煤浆工艺烧嘴
气流床加压煤气化技术是近三十年发展起来的现代煤化工技术，以其节能和无污染被称为“绿色煤炭技术”，是国家“十三五”和“十四五”重点支持科学发展的产业。工艺烧嘴是该技术的核心装备，其单次运行周期决定了气化炉的稳定运行周期。早期进口水煤浆工艺烧嘴运行周期甚至达不到30天，经过国内全行业十多年的共同努力，水煤浆工艺烧嘴运行周期平均达到60~90天。但是近年随着经济效益极大的煤浆提浓技术（煤浆提浓后气化炉消耗降低、产出提升）的推广应用，工艺烧嘴的单周期运行寿命降低到30天~60天甚至更低，部分企业不得不放弃该技术。因此，随着“煤浆提浓技术”的逐步推广，水煤浆工艺烧嘴的单次运行周期再次成为整个水煤浆煤化行业发展的技术瓶颈。
作为国家高新技术企业，北京精益增材科技有限公司及其子公司利恩（海宁）科技有限公司持续投入数百万元和五年的时间进行研发测试，采用增材制造技术进行材料革新和结构创新，取得水煤浆工艺烧嘴技术突破，获得二十项专利。本次95天的生产运行，验证了该产品的长寿命、可靠性和安全性，标志着该产品技术已经成熟，可以进行市场推广。
该产品的长寿命特性在本次测试运行中表现突出。烧嘴压差是工艺烧嘴运行的首要监控参数。工艺烧嘴进行维修更换的标志是：烧嘴压差从0.40MPa以上，下降到0.1MPa以下，单次运行周期下降0.2~0.3MPa。本产品运行到第95天停车时，烧嘴压差仍然保持在0.32Mpa，如图2所示。相比起始运行时0.42MPa，仅下降0.1MPa，远达不到必须停车的标准。因此判断，该产品的单次安全运行周期不少于120天，极限单次运行寿命还有待进一步验证。
在本次测试运行中，该产品表现出杰出的运行稳定性。传统烧嘴一般运行20天以后压差即开始波动，运行30天以后波动幅度超过0.1MPa。一般平均压差下降到0.2MPa时，为了避免出现负压回火引发安全事故，气化炉就要停车更换烧嘴。在本次生产测试中，该产品运行的前50天，中控室监控的烧嘴压差运行曲线为水平直线，始终保持在0.42MPa，无波动；停车前24h烧嘴压差运行曲线仍然为直线，保持在0.32MPa，无波动，如图3所示。本产品的这一特性相比传统工艺烧嘴具有绝对优势，将显著提升气化炉生产运行的稳定性和安全性。
在本次测试运行中，运行该产品的气化炉有效气比例更高。与同时运行水夹套工艺烧嘴的另一台气化炉相比，运行该产品的气化炉渣口压差更高，气化炉内甲烷CH4含量更低；有效气组份相比高1个百分点，二氧化碳含量相比低1个百分点，如图4所示。对比结果表明：该产品的雾化效果更好，气化反应温度更高更充分，更有利于有效气的生成。
（C为新型工艺烧嘴气化炉，A为水夹套烧嘴气化炉）
在本次测试运行中，该产品也表现出节能方面的优势。与同时运行的水夹套工艺烧嘴相比，该产品的冷却循环水流量略低（低1~1.5m3/h），冷却水出水温度却低1~2℃，表明该产品冷却效率更高更节能，如图5所示。
本次生产测试所采用的原料煤产自中石化长城能化所属的银星二号煤矿。主采煤种属于低变质、不具黏结性的不黏煤，具有低灰、低硫、低磷、高热值、抗碎强度高等特点，是煤化工生产中的优质原料煤。
该公司正与中国石化长城能源化工(宁夏)有限公司密切配合，研发单次运行周期长达180-220天的超级工艺烧嘴，也欢迎更多煤化企业合作测试其产品对不同煤种的适应性，突破煤质差异对工艺烧嘴运行寿命的挑战。
