新型熱壁爐烘爐技術(shù)應(yīng)用研究

楊志建

（浙江豐登化工股份有限公司，浙江蘭溪 321100）

0 引言

熱壁爐是水煤漿氣化工藝的關(guān)鍵設(shè)備之一，在整個(gè)工藝設(shè)備投資中占據(jù)相當(dāng)?shù)姆蓊~，作為煤化工裝置的龍頭設(shè)備，其高在線率是整個(gè)裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行的保障。烘爐是熱壁爐運(yùn)行前的首要任務(wù)，關(guān)乎著熱壁爐的使用壽命，也是熱壁爐生產(chǎn)裝置產(chǎn)前產(chǎn)中產(chǎn)后的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是讓所有耐火材料融為一起形成合力抗擊苛刻環(huán)境的技術(shù)保障，也關(guān)乎著氣化爐的操作溫度選擇。傳統(tǒng)烘爐方法是采用柴油、液化氣或天然氣烘爐，烘爐設(shè)備成本高、拆卸費(fèi)時(shí)、烘爐需要聯(lián)動(dòng)的設(shè)備多、拔燒嘴存在回火等安全隱患，需要制作專門的烘爐燒嘴等，本文介紹一種具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新型烘爐預(yù)熱工藝技術(shù)和設(shè)備在多元料漿氣化爐烘爐預(yù)熱中的應(yīng)用。

1 新型烘爐工藝技術(shù)

1.1 多元料漿氣化爐烘爐

多元料漿氣化技術(shù)（Multi-component Slurry Gasification，MCSG），是近年來大規(guī)模推廣的具有自主產(chǎn)權(quán)的國(guó)產(chǎn)成熟水煤漿氣化技術(shù)，浙江豐登化工股份有限公司2003 年首次引進(jìn)該技術(shù)，建成氣化壓力1.6 MPa、配置2 臺(tái)Φ2400 mm 的多元料漿氣化爐、年產(chǎn)3 萬(wàn)噸合成氨規(guī)模的生產(chǎn)裝置。多元料漿氣化爐為典型熱壁爐，內(nèi)襯組成為粘合劑膠結(jié)在一起的多層耐火材料，耐受1500 ℃左右的高溫，通過可控的外熱源對(duì)耐火材料分階段反復(fù)進(jìn)行升溫恒溫再升溫冷卻等過程，使熱壁爐耐火材料層層之間、同類之間融合到一起，耐火材料得到徹底改性融合，形成能抵抗煤氣化復(fù)雜工況的一體化熱壁爐襯里。

1.2 新型烘爐專利設(shè)備

浙江豐登化工股份有限公司是原化工部的中試實(shí)驗(yàn)基地，2012 年5 月被中國(guó)環(huán)保產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)和中國(guó)氮肥工業(yè)協(xié)會(huì)共同授予“高濃度廢水制水煤漿資源化利用試驗(yàn)中心”，也是多元料漿氣化技術(shù)在國(guó)內(nèi)首家商業(yè)化運(yùn)行的廠家，積累了豐富的生產(chǎn)操作經(jīng)驗(yàn)，開發(fā)了與多元料漿氣化技術(shù)配套的多套新工藝和取得了多項(xiàng)專利，新型烘爐技術(shù)就是該公司優(yōu)創(chuàng)之一，并取得3 件專利：多元料漿電爐[4]（ZL201520052751）、電爐控制系統(tǒng)[5]（ZL201520052704）和多元料漿氣化爐用高溫防泄漏熱電偶[6]（ZL201520052703），3 件專利設(shè)備是該新烘爐技術(shù)核心組件，設(shè)備組件如圖1 所示，其中所涉的多元料漿氣化爐用高溫防泄漏熱電偶能夠承受≥4 MPa 且≤1600 ℃的壓力和溫度，完全能夠滿足熱壁爐烘爐的環(huán)境條件。

1.3 新型烘爐工藝技術(shù)

圖1 專利設(shè)備

新型熱壁爐烘爐工藝技術(shù)克服了傳統(tǒng)烘爐技術(shù)的缺點(diǎn)，采用專利電爐加熱，通過專利智控設(shè)備精準(zhǔn)控制爐膛溫度梯度，溫控精度更高，恒升溫等各個(gè)溫升階段更容易調(diào)控，根據(jù)耐火材料物化性質(zhì)選擇適宜于耐火材料改性融合的最佳溫度點(diǎn)，通過恒溫、升溫、快速升溫、降溫和快速降溫幾個(gè)過程的交替變換和有機(jī)結(jié)合，使得溫升過程與耐火材料改性和融合過程所需環(huán)境條件更匹配，耐火襯里融合成型更好，使用壽命更長(zhǎng)、扛熱蝕磨蝕性能更佳。烘爐預(yù)熱工藝簡(jiǎn)圖如圖2 所示。

圖2 烘爐

2 新舊烘爐工藝技術(shù)比較

2.1 傳統(tǒng)烘爐工藝技術(shù)

傳統(tǒng)烘爐技術(shù)，燃料易燃易爆，點(diǎn)火和燃料量調(diào)節(jié)時(shí)都存在危險(xiǎn)，容易發(fā)生燒傷事故，爐膛需要抽負(fù)（-10～-20）mmH2O，部分廠家需要專門外購(gòu)燃料。燃料烘爐時(shí)，熱量傳遞主要靠對(duì)流方式，火焰短，燃料流量流速難以恒定、爐膛溫度分布不均、特別是對(duì)大高徑比的氣化爐會(huì)出現(xiàn)爐膛溫區(qū)分布密集且溫差大；爐溫和烘爐曲線難以嚴(yán)格成線性關(guān)系，導(dǎo)致耐火材料的改性和融合不力，投料時(shí)容易發(fā)生“熱震擊”現(xiàn)象而損壞耐火材料；需要啟動(dòng)部分輔助設(shè)備，建立部分水系統(tǒng)循環(huán)，運(yùn)行工藝路線相對(duì)較長(zhǎng)，經(jīng)濟(jì)性相對(duì)較差；抽負(fù)不穩(wěn)或停止抽負(fù)也容易造成燒嘴熄火釀成事故。傳統(tǒng)烘爐技術(shù)設(shè)備造價(jià)高，整套設(shè)備約150 萬(wàn)元人民幣，運(yùn)行費(fèi)用約50 萬(wàn)元人民幣，工藝復(fù)雜，操作復(fù)雜，安全要求高，運(yùn)行費(fèi)用高。

2.2 新型烘爐工藝技術(shù)

新型烘爐工藝技術(shù)集電熱轉(zhuǎn)換原理和先進(jìn)智控技術(shù)于一起，熱量傳遞主要靠輻射方式對(duì)爐膛通體加熱，通過專利電爐加熱，專利熱電偶測(cè)溫以及先進(jìn)專利智控技術(shù)，溫控精準(zhǔn)，能滿足熱壁爐耐火材料改性融合至材料熱熟的各個(gè)溫升階段，溫控值與烘爐曲線嚴(yán)格線性，耐火材料改性融合最佳；爐膛抽負(fù)≤-10 mmH2O；爐膛受熱均衡、特別是對(duì)大高徑比的氣化爐，容易進(jìn)行快慢節(jié)奏的升溫操作，熱敏反應(yīng)快，烘爐時(shí)幾乎沒有配套輔助設(shè)備，烘熟的耐火襯里改性融合好、堅(jiān)實(shí)耐用；新型烘爐工藝技術(shù)因其在達(dá)到高溫之前是一個(gè)稍顯緩慢的升溫過程，因此也對(duì)耐火材料起到了熱養(yǎng)護(hù)的作用，受熱循序漸進(jìn)，也能極大保護(hù)改性融合后成一體化的耐火襯里；突然斷電熄火無任何安全影響。

新型烘爐技術(shù)造價(jià)低，整體設(shè)備投資約10 萬(wàn)元人民幣，運(yùn)行費(fèi)用約8 萬(wàn)元人民幣，特別是可以根據(jù)爐膛尺寸訂做與爐膛尺寸匹配的電加熱爐，工藝簡(jiǎn)單，安全環(huán)保無污染?？梢酝ㄟ^電控柜和分布式控制系統(tǒng)（Distributed Control System，DCS）控制爐溫，也能夠按升溫曲線設(shè)定程序自動(dòng)操作，對(duì)不具備傳統(tǒng)烘爐工藝條件的企業(yè)更具優(yōu)勢(shì)。

3 新型烘爐工藝技術(shù)在多元料漿氣化技術(shù)上的應(yīng)用

浙江豐登化工股份有限公司引進(jìn)多元料漿氣化技術(shù)（MCSG）用于制合成氨，建成Φ2400 mm 的多元料漿氣化爐2 臺(tái)，多元料漿氣化爐是典型的熱壁爐型，采用新型烘爐工藝技術(shù)至今運(yùn)行達(dá)十多年，爐膛依舊完好，熱壁爐原始烘爐約410 h（圖3a），正常烘爐約160 h，具有普遍性意義的烘爐曲線如圖3b 所示，足以使耐火材料層層熱透、達(dá)到受熱平衡，完美克服了傳統(tǒng)技術(shù)烘爐時(shí)容易造成耐火材料受熱不平衡現(xiàn)象和熱度不夠的盲點(diǎn)密布現(xiàn)象，大大避免了因投料時(shí)產(chǎn)生的巨大瞬時(shí)熱量對(duì)受熱不平衡的耐火襯里造成“熱震擊”，從而造成耐火材料受損甚至崩裂坍塌，造成企業(yè)經(jīng)濟(jì)損失，特別是新砌筑的氣化爐烘爐，精準(zhǔn)的溫控與烘爐曲線嚴(yán)格匹配，使得耐火材料在工作前就已完全的一體化。

多元料漿氣化爐采用該新型烘爐技術(shù)烘爐，安全可靠、溫控精度高，投資和運(yùn)行成本低，設(shè)備投資只有天然氣烘爐成本的1/15，運(yùn)行費(fèi)用只有天然氣烘爐的1/6，設(shè)備占地非常小，使用方便快捷，是值得大規(guī)模推廣應(yīng)用的可靠烘爐技術(shù)。

圖3 烘爐曲線

4 結(jié)束語(yǔ)

熱壁爐是水煤漿氣化技術(shù)的經(jīng)典爐型，也是水煤漿氣化技術(shù)的關(guān)鍵設(shè)備之一，其內(nèi)襯的耐火材料好壞直接關(guān)乎著整個(gè)生產(chǎn)裝置的在線率，特別是對(duì)新砌筑氣化爐，嚴(yán)格按烘爐曲線烘爐更是直接影響著耐火材料的使用壽命，文中所述的新型烘爐技術(shù)是專利技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)新耐火材料間更好的改性融合，大大延長(zhǎng)了耐火材料的使用壽命，是值得推廣應(yīng)用的先進(jìn)新型熱壁爐烘爐技術(shù)。