NCE引進焚燒爐國產化

張國亮，焦艷虎，巫國雄，王明明，李 宏

（1.巨化股份有限公司氟聚合物事業部，浙江 衢州 324004；2.中鋼集團洛陽耐火材料研究院有限公司，河南 洛陽 471039）

國內某氟化工企業引進日本日鐵化學工程公司（簡稱NCE）全套焚燒系統，用于焚燒處理氟產品生產裝置中排出的廢氣和廢液，經焚燒化學處理后轉換為無害或易于處理的氣體或液體。廢液、廢氣在焚燒爐內1350℃高溫下完全分解，相應地轉化為HF、CO2、H2O等。燃燒氣導入急冷器中，用稀酸溶液直接急冷。包含在燃燒氣中的HF也被吸收槽中的稀酸溶液吸收成為一定濃度的HF溶液排到接收槽中，該溶液通過酸冷卻器、泵輸送出界區。裝置經過近八年的運行，相繼出現焚燒爐爐磚侵蝕風化減薄、爐鋼殼滲漏、運行爐壓高等缺陷，嚴重影響裝置的正常運行，為此我們進行爐磚、爐鋼殼國產化改造，實現了裝置安全經濟運行，取得較好效果。

1 爐缺陷情況

NCE引進焚燒爐類型為立式圓柱形；運行溫度1150℃～1350℃；爐壓0.023 MPa；爐結構為鋼殼內砌隔熱磚和耐火磚，與物料接觸層耐火磚采用剛玉磚。焚燒爐經過多年的運行，主要出現了以下缺陷，并且進行了一些臨時處置。

（1）爐法蘭泄漏。爐進出口法蘭由于密封墊高溫脆化導致泄漏，采用法蘭縫隙用鉛條封堵、緊固螺母改用冕形螺母，外部全密封消漏。

（2）爐鋼殼泄漏。焚燒爐磚內表面多處磚縫縫隙膠泥侵蝕見圖1的a，縫隙存在3～4 mm。由于部分縫隙存在穿透性，導致磚與爐鋼殼間串氣，由于日常裝置存在故障停車降溫檢修情況，導致降溫氫氟酸氣體結露腐蝕鋼殼，鋼殼局部出現腐蝕穿孔泄漏。臨時采用爐鋼殼外部貼補C-276板材消漏；同時停車時爐體通熱空氣保護。

（3）爐膛測溫計斷裂泄漏。由于爐膛測溫計口磚存在下沉見圖1的b所示，壓迫外襯剛玉管的插入式法蘭測溫計，導致測溫計剛玉管斷裂泄漏，采用插入管偏心設計，避免受壓損壞。

圖1 爐磚缺陷照片

（4）爐壓超指標。焚燒爐磚內表面存在風化疏松情況，磚表面多處凹坑見圖1的a所示，進入爐內測量內層磚減薄將近40%，磚材剝落出口管堵塞，導致爐壓超指標。開始只能采用間歇性停車，清理出口管爐渣維持生產運行；后續采用出口管口改大，但是對出口溫度控制、氣量控制存在影響。

2 國產爐磚選擇

根據焚燒爐缺損情況，急需對磚進行更換處理，若繼續采用日本NCE公司磚，存在時間長、費用高的實際情況，為此決定選用國內爐磚，根據規模、生產能力、產品質量等方面對國內爐磚廠家進行優選，最終選定河南中鋼集團洛陽耐火材料研究院有限公司，通過雙方的協商，針對運行的工況、日本NCE公司磚的實際使用情況及理化分析，對磚的制作及要求制定了方案。耐火材料所使用的材料，制造工藝及檢驗要求，均不低于國家行業和企業制定頒發的相關規定和標準，熱面磚外觀尺寸偏差要求：大于100 mm為±2.0%，小于100 mm為±1.5%。并且要求不得有下列形式的裂縫或缺陷：

（1）任何縱向裂縫：深度≥5 mm，長度≥磚長的 10%；或裂紋＜0.5 mm，長度＞30 mm；以及寬度超過0.5 mm均為不合格。

（2）任何垂直于焚燒爐半徑的邊角裂縫：總長≥15mm，或者距熱面≤50 mm的此類裂縫。

（3）任何水平裂縫：寬度＜0.25 mm 不限制；＜0.5 mm長度不超過30 mm；＞0.5 mm不允許。

（4）所有裂紋不得成網狀或放射狀。

（5）背襯面耐火缺角：周長≥30 mm。

（6）背襯面耐火磚缺邊：深度≥10 mm，長度≥20 mm。

（7)背襯面空洞或溶洞：平均每平方分米上有多于一個的直徑≥5 mm，深度≥3 mm的空洞；或整塊磚有四個以上的上述空洞；或向火面上有直徑≥4 mm，深度≥3 mm的空洞。

（8）翹曲變形：通過磚的對角線測量，翹曲度超過0.3%或翹曲深度≥0.5 mm，長度≥100 mm。

3 筑爐

爐鋼殼按照現場及實際運行情況，并且參照NCE公司提供的技術資料，進行重新設計，材質確定爐膛上部采用C-276，其它采用Q235B，對爐鋼殼進行重新制作。筑爐砌磚前對爐鋼殼內壁加耐酸纖維涂層，來緩解對爐殼的侵蝕。同時制作相應的固定支架在現場進行筑爐，爐中掛中心線測量控制爐磚內表面的圓度和垂直度，并且嚴格控制筑爐質量。

（1)相鄰耐火材料內襯之間應留有一定的間隙，以緩沖材料產生的熱膨脹，從而可消除相鄰耐火內襯間所產生的熱擠壓應力，但不可過大。

（2)保證相鄰耐火磚之間的各縱向灰縫不大于2 mm，上下層、內外層之間灰縫相互錯開，不允許出現從向火面至焚燒爐爐壁相應貫通橫向連成直線的情況，嚴格保證尺寸公差。

（3)焚燒爐耐火磚在耐火材料生產廠家進行預裝配，保證所有耐火磚能夠以1.6～2.0 mm寬的接縫相互配合，最大接縫寬度為2.0 mm。

4 烘爐

根據焚燒爐的控制溫度，及現場烘爐裝備的實際情況，采用低溫、高溫兩個階段烘爐。低溫烘爐采用電加熱，通壓縮空氣控制溫升，低溫烘爐階段是整個烘爐的關鍵階段，根據磚材特性及筑爐實際情況，制定嚴格的升溫曲線見表1，因為水在 100℃時變為水蒸汽，此階段脫水量大，脫水速度快，排出水分速度對澆筑料的影響很大，如果水分排出太快，內部殘存水分擴散速度不及表面蒸發速度，內部水也會受熱變成蒸汽，產生膨脹，致使澆注料收縮發生龜裂，降低粘結強度，使強度削弱，因此應適當延長這段時間的保溫。從110℃升溫到300℃時，應有緩慢的升溫速度，升溫速度過快，耐火材料表面干燥也就快，大量氣化水分無法排出，會產生破壞性蒸汽壓力，使耐火材料產生裂紋或開裂。溫度到300℃時，結晶水逐漸分離氣化，從排氣孔排出，因而要有足夠的烘爐時間，才能徹底排除結晶水。原則上整個烘爐過程中，爐溫只能上升，不能下降。若升溫過快，超過當天升溫計劃，只能恒溫或減慢升溫速度，嚴禁急升急降，升溫達不到當天計劃時，嚴禁急切追趕計劃，應緩慢地接近計劃值，尤其在晶型轉化和聚合作用溫度區域，更要嚴格按計劃升溫和恒溫。

表1 焚燒爐低溫階段烘爐控制

焚燒爐高溫階段烘爐按照原來焚燒爐開車操作票執行，進行燃氣點火升溫控制，增加800℃恒溫2 h處理。烘爐完成降溫后對爐內目測無垮塌、無脫落、無鼓泡、無大的貫穿性裂紋。

5 結語

NCE引進的焚燒爐國產化改造投用后，在廢氣、廢液滿負荷處理工況下，爐壓＜0.015 MPa；爐內和爐鋼殼外壁溫度分別控制在1250℃和150℃左右，運行各項指標均正常，經過近三年的運行，期間進行幾次停車拆檢，爐磚均未發現明顯缺陷。焚燒裝置及時地處理廢氣廢液，為氟產品生產裝置連續穩定運行提供了保障。同時國產化改造也節約了投資費用，節省了時間，取得了較好成效。