NCE引进焚烧炉国产化

张国亮，焦艳虎，巫国雄，王明明，李 宏

（1.巨化股份有限公司氟聚合物事业部，浙江 衢州 324004；2.中钢集团洛阳耐火材料研究院有限公司，河南 洛阳 471039）

国内某氟化工企业引进日本日铁化学工程公司（简称NCE）全套焚烧系统，用于焚烧处理氟产品生产装置中排出的废气和废液，经焚烧化学处理后转换为无害或易于处理的气体或液体。废液、废气在焚烧炉内1350℃高温下完全分解，相应地转化为HF、CO2、H2O等。燃烧气导入急冷器中，用稀酸溶液直接急冷。包含在燃烧气中的HF也被吸收槽中的稀酸溶液吸收成为一定浓度的HF溶液排到接收槽中，该溶液通过酸冷却器、泵输送出界区。装置经过近八年的运行，相继出现焚烧炉炉砖侵蚀风化减薄、炉钢壳渗漏、运行炉压高等缺陷，严重影响装置的正常运行，为此我们进行炉砖、炉钢壳国产化改造，实现了装置安全经济运行，取得较好效果。

1 炉缺陷情况

NCE引进焚烧炉类型为立式圆柱形；运行温度1150℃～1350℃；炉压0.023 MPa；炉结构为钢壳内砌隔热砖和耐火砖，与物料接触层耐火砖采用刚玉砖。焚烧炉经过多年的运行，主要出现了以下缺陷，并且进行了一些临时处置。

（1）炉法兰泄漏。炉进出口法兰由于密封垫高温脆化导致泄漏，采用法兰缝隙用铅条封堵、紧固螺母改用冕形螺母，外部全密封消漏。

（2）炉钢壳泄漏。焚烧炉砖内表面多处砖缝缝隙胶泥侵蚀见图1的a，缝隙存在3～4 mm。由于部分缝隙存在穿透性，导致砖与炉钢壳间串气，由于日常装置存在故障停车降温检修情况，导致降温氢氟酸气体结露腐蚀钢壳，钢壳局部出现腐蚀穿孔泄漏。临时采用炉钢壳外部贴补C-276板材消漏；同时停车时炉体通热空气保护。

（3）炉膛测温计断裂泄漏。由于炉膛测温计口砖存在下沉见图1的b所示，压迫外衬刚玉管的插入式法兰测温计，导致测温计刚玉管断裂泄漏，采用插入管偏心设计，避免受压损坏。

图1 炉砖缺陷照片

（4）炉压超指标。焚烧炉砖内表面存在风化疏松情况，砖表面多处凹坑见图1的a所示，进入炉内测量内层砖减薄将近40%，砖材剥落出口管堵塞，导致炉压超指标。开始只能采用间歇性停车，清理出口管炉渣维持生产运行；后续采用出口管口改大，但是对出口温度控制、气量控制存在影响。

2 国产炉砖选择

根据焚烧炉缺损情况，急需对砖进行更换处理，若继续采用日本NCE公司砖，存在时间长、费用高的实际情况，为此决定选用国内炉砖，根据规模、生产能力、产品质量等方面对国内炉砖厂家进行优选，最终选定河南中钢集团洛阳耐火材料研究院有限公司，通过双方的协商，针对运行的工况、日本NCE公司砖的实际使用情况及理化分析，对砖的制作及要求制定了方案。耐火材料所使用的材料，制造工艺及检验要求，均不低于国家行业和企业制定颁发的相关规定和标准，热面砖外观尺寸偏差要求：大于100 mm为±2.0%，小于100 mm为±1.5%。并且要求不得有下列形式的裂缝或缺陷：

（1）任何纵向裂缝：深度≥5 mm，长度≥砖长的 10%；或裂纹＜0.5 mm，长度＞30 mm；以及宽度超过0.5 mm均为不合格。

（2）任何垂直于焚烧炉半径的边角裂缝：总长≥15mm，或者距热面≤50 mm的此类裂缝。

（3）任何水平裂缝：宽度＜0.25 mm 不限制；＜0.5 mm长度不超过30 mm；＞0.5 mm不允许。

（4）所有裂纹不得成网状或放射状。

（5）背衬面耐火缺角：周长≥30 mm。

（6）背衬面耐火砖缺边：深度≥10 mm，长度≥20 mm。

（7)背衬面空洞或溶洞：平均每平方分米上有多于一个的直径≥5 mm，深度≥3 mm的空洞；或整块砖有四个以上的上述空洞；或向火面上有直径≥4 mm，深度≥3 mm的空洞。

（8）翘曲变形：通过砖的对角线测量，翘曲度超过0.3%或翘曲深度≥0.5 mm，长度≥100 mm。

3 筑炉

炉钢壳按照现场及实际运行情况，并且参照NCE公司提供的技术资料，进行重新设计，材质确定炉膛上部采用C-276，其它采用Q235B，对炉钢壳进行重新制作。筑炉砌砖前对炉钢壳内壁加耐酸纤维涂层，来缓解对炉壳的侵蚀。同时制作相应的固定支架在现场进行筑炉，炉中挂中心线测量控制炉砖内表面的圆度和垂直度，并且严格控制筑炉质量。

（1)相邻耐火材料内衬之间应留有一定的间隙，以缓冲材料产生的热膨胀，从而可消除相邻耐火内衬间所产生的热挤压应力，但不可过大。

（2)保证相邻耐火砖之间的各纵向灰缝不大于2 mm，上下层、内外层之间灰缝相互错开，不允许出现从向火面至焚烧炉炉壁相应贯通横向连成直线的情况，严格保证尺寸公差。

（3)焚烧炉耐火砖在耐火材料生产厂家进行预装配，保证所有耐火砖能够以1.6～2.0 mm宽的接缝相互配合，最大接缝宽度为2.0 mm。

4 烘炉

根据焚烧炉的控制温度，及现场烘炉装备的实际情况，采用低温、高温两个阶段烘炉。低温烘炉采用电加热，通压缩空气控制温升，低温烘炉阶段是整个烘炉的关键阶段，根据砖材特性及筑炉实际情况，制定严格的升温曲线见表1，因为水在 100℃时变为水蒸汽，此阶段脱水量大，脱水速度快，排出水分速度对浇筑料的影响很大，如果水分排出太快，内部残存水分扩散速度不及表面蒸发速度，内部水也会受热变成蒸汽，产生膨胀，致使浇注料收缩发生龟裂，降低粘结强度，使强度削弱，因此应适当延长这段时间的保温。从110℃升温到300℃时，应有缓慢的升温速度，升温速度过快，耐火材料表面干燥也就快，大量气化水分无法排出，会产生破坏性蒸汽压力，使耐火材料产生裂纹或开裂。温度到300℃时，结晶水逐渐分离气化，从排气孔排出，因而要有足够的烘炉时间，才能彻底排除结晶水。原则上整个烘炉过程中，炉温只能上升，不能下降。若升温过快，超过当天升温计划，只能恒温或减慢升温速度，严禁急升急降，升温达不到当天计划时，严禁急切追赶计划，应缓慢地接近计划值，尤其在晶型转化和聚合作用温度区域，更要严格按计划升温和恒温。

表1 焚烧炉低温阶段烘炉控制

焚烧炉高温阶段烘炉按照原来焚烧炉开车操作票执行，进行燃气点火升温控制，增加800℃恒温2 h处理。烘炉完成降温后对炉内目测无垮塌、无脱落、无鼓泡、无大的贯穿性裂纹。

5 结语

NCE引进的焚烧炉国产化改造投用后，在废气、废液满负荷处理工况下，炉压＜0.015 MPa；炉内和炉钢壳外壁温度分别控制在1250℃和150℃左右，运行各项指标均正常，经过近三年的运行，期间进行几次停车拆检，炉砖均未发现明显缺陷。焚烧装置及时地处理废气废液，为氟产品生产装置连续稳定运行提供了保障。同时国产化改造也节约了投资费用，节省了时间，取得了较好成效。