新型熱壁爐烘爐技術應用研究

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鍵設備之一，在整個工藝設備投資中占據相當的份額，作為煤化工裝置的龍頭設備，其高在線率是整個裝置長周期運行的保障。烘爐是熱壁爐運行前的首要任務，關乎著熱壁爐的使用壽命，也是熱壁爐生產裝置產前產中產后的關鍵環節，也是讓所有耐火材料融為一起形成合力抗擊苛刻環境的技術保障，也關乎著氣化爐的操作溫度選擇。傳統烘爐方法是采用柴油、液化氣或天然氣烘爐，烘爐設備成本高、拆卸費時、烘爐需要聯動的設備多、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產權的新型烘爐預熱工藝技術和設備在多元料漿氣化爐烘爐預熱中的應用。

1 新型烘爐工藝技術

1.1 多元料漿氣化爐烘爐

多元料漿氣化技術（Multi-component Slurry Gasification，MCSG），是近年來大規模推廣的具有自主產權的國產成熟水煤漿氣化技術，浙江豐登化工股份有限公司2003 年首次引進該技術，建成氣化壓力1.6 MPa、配置2 臺Φ2400 mm 的多元料漿氣化爐、年產3 萬噸合成氨規模的生產裝置。多元料漿氣化爐為典型熱壁爐，內襯組成為粘合劑膠結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耐火材料分階段反復進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雜工況的一體化熱壁爐襯里。

1.2 新型烘爐專利設備

浙江豐登化工股份有限公司是原化工部的中試實驗基地，2012 年5 月被中國環保產業協會和中國氮肥工業協會共同授予“高濃度廢水制水煤漿資源化利用試驗中心”，也是多元料漿氣化技術在國內首家商業化運行的廠家，積累了豐富的生產操作經驗，開發了與多元料漿氣化技術配套的多套新工藝和取得了多項專利，新型烘爐技術就是該公司優創之一，并取得3 件專利：多元料漿電爐[4]（ZL201520052751）、電爐控制系統[5]（ZL201520052704）和多元料漿氣化爐用高溫防泄漏熱電偶[6]（ZL201520052703），3 件專利設備是該新烘爐技術核心組件，設備組件如圖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境條件。

1.3 新型烘爐工藝技術

圖1 專利設備

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

圖2 烘爐

2 新舊烘爐工藝技術比較

2.1 傳統烘爐工藝技術

傳統烘爐技術，燃料易燃易爆，點火和燃料量調節時都存在危險，容易發生燒傷事故，爐膛需要抽負（-10～-20）mmH2O，部分廠家需要專門外購燃料。燃料烘爐時，熱量傳遞主要靠對流方式，火焰短，燃料流量流速難以恒定、爐膛溫度分布不均、特別是對大高徑比的氣化爐會出現爐膛溫區分布密集且溫差大；爐溫和烘爐曲線難以嚴格成線性關系，導致耐火材料的改性和融合不力，投料時容易發生“熱震擊”現象而損壞耐火材料；需要啟動部分輔助設備，建立部分水系統循環，運行工藝路線相對較長，經濟性相對較差；抽負不穩或停止抽負也容易造成燒嘴熄火釀成事故。傳統烘爐技術設備造價高，整套設備約150 萬元人民幣，運行費用約50 萬元人民幣，工藝復雜，操作復雜，安全要求高，運行費用高。

2.2 新型烘爐工藝技術

新型烘爐工藝技術集電熱轉換原理和先進智控技術于一起，熱量傳遞主要靠輻射方式對爐膛通體加熱，通過專利電爐加熱，專利熱電偶測溫以及先進專利智控技術，溫控精準，能滿足熱壁爐耐火材料改性融合至材料熱熟的各個溫升階段，溫控值與烘爐曲線嚴格線性，耐火材料改性融合最佳；爐膛抽負≤-10 mmH2O；爐膛受熱均衡、特別是對大高徑比的氣化爐，容易進行快慢節奏的升溫操作，熱敏反應快，烘爐時幾乎沒有配套輔助設備，烘熟的耐火襯里改性融合好、堅實耐用；新型烘爐工藝技術因其在達到高溫之前是一個稍顯緩慢的升溫過程，因此也對耐火材料起到了熱養護的作用，受熱循序漸進，也能極大保護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。

新型烘爐技術造價低，整體設備投資約10 萬元人民幣，運行費用約8 萬元人民幣，特別是可以根據爐膛尺寸訂做與爐膛尺寸匹配的電加熱爐，工藝簡單，安全環保無污染。可以通過電控柜和分布式控制系統（Distributed Control System，DCS）控制爐溫，也能夠按升溫曲線設定程序自動操作，對不具備傳統烘爐工藝條件的企業更具優勢。

3 新型烘爐工藝技術在多元料漿氣化技術上的應用

浙江豐登化工股份有限公司引進多元料漿氣化技術（MCSG）用于制合成氨，建成Φ2400 mm 的多元料漿氣化爐2 臺，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至今運行達十多年，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、達到受熱平衡，完美克服了傳統技術烘爐時容易造成耐火材料受熱不平衡現象和熱度不夠的盲點密布現象，大大避免了因投料時產生的巨大瞬時熱量對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，造成企業經濟損失，特別是新砌筑的氣化爐烘爐，精準的溫控與烘爐曲線嚴格匹配，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烘爐，安全可靠、溫控精度高，投資和運行成本低，設備投資只有天然氣烘爐成本的1/15，運行費用只有天然氣烘爐的1/6，設備占地非常小，使用方便快捷，是值得大規模推廣應用的可靠烘爐技術。

圖3 烘爐曲線

4 結束語

熱壁爐是水煤漿氣化技術的經典爐型，也是水煤漿氣化技術的關鍵設備之一，其內襯的耐火材料好壞直接關乎著整個生產裝置的在線率，特別是對新砌筑氣化爐，嚴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是專利技術，能夠實現新耐火材料間更好的改性融合，大大延長了耐火材料的使用壽命，是值得推廣應用的先進新型熱壁爐烘爐技術。