新型热壁炉烘炉技术应用研究

杨志建

（浙江丰登化工股份有限公司，浙江兰溪 321100）

0 引言

热壁炉是水煤浆气化工艺的关键设备之一，在整个工艺设备投资中占据相当的份额，作为煤化工装置的龙头设备，其高在线率是整个装置长周期运行的保障。烘炉是热壁炉运行前的首要任务，关乎着热壁炉的使用寿命，也是热壁炉生产装置产前产中产后的关键环节，也是让所有耐火材料融为一起形成合力抗击苛刻环境的技术保障，也关乎着气化炉的操作温度选择。传统烘炉方法是采用柴油、液化气或天然气烘炉，烘炉设备成本高、拆卸费时、烘炉需要联动的设备多、拔烧嘴存在回火等安全隐患，需要制作专门的烘炉烧嘴等，本文介绍一种具有自主知识产权的新型烘炉预热工艺技术和设备在多元料浆气化炉烘炉预热中的应用。

1 新型烘炉工艺技术

1.1 多元料浆气化炉烘炉

多元料浆气化技术（Multi-component Slurry Gasification，MCSG），是近年来大规模推广的具有自主产权的国产成熟水煤浆气化技术，浙江丰登化工股份有限公司2003 年首次引进该技术，建成气化压力1.6 MPa、配置2 台Φ2400 mm 的多元料浆气化炉、年产3 万吨合成氨规模的生产装置。多元料浆气化炉为典型热壁炉，内衬组成为粘合剂胶结在一起的多层耐火材料，耐受1500 ℃左右的高温，通过可控的外热源对耐火材料分阶段反复进行升温恒温再升温冷却等过程，使热壁炉耐火材料层层之间、同类之间融合到一起，耐火材料得到彻底改性融合，形成能抵抗煤气化复杂工况的一体化热壁炉衬里。

1.2 新型烘炉专利设备

浙江丰登化工股份有限公司是原化工部的中试实验基地，2012 年5 月被中国环保产业协会和中国氮肥工业协会共同授予“高浓度废水制水煤浆资源化利用试验中心”，也是多元料浆气化技术在国内首家商业化运行的厂家，积累了丰富的生产操作经验，开发了与多元料浆气化技术配套的多套新工艺和取得了多项专利，新型烘炉技术就是该公司优创之一，并取得3 件专利：多元料浆电炉[4]（ZL201520052751）、电炉控制系统[5]（ZL201520052704）和多元料浆气化炉用高温防泄漏热电偶[6]（ZL201520052703），3 件专利设备是该新烘炉技术核心组件，设备组件如图1 所示，其中所涉的多元料浆气化炉用高温防泄漏热电偶能够承受≥4 MPa 且≤1600 ℃的压力和温度，完全能够满足热壁炉烘炉的环境条件。

1.3 新型烘炉工艺技术

图1 专利设备

新型热壁炉烘炉工艺技术克服了传统烘炉技术的缺点，采用专利电炉加热，通过专利智控设备精准控制炉膛温度梯度，温控精度更高，恒升温等各个温升阶段更容易调控，根据耐火材料物化性质选择适宜于耐火材料改性融合的最佳温度点，通过恒温、升温、快速升温、降温和快速降温几个过程的交替变换和有机结合，使得温升过程与耐火材料改性和融合过程所需环境条件更匹配，耐火衬里融合成型更好，使用寿命更长、扛热蚀磨蚀性能更佳。烘炉预热工艺简图如图2 所示。

图2 烘炉

2 新旧烘炉工艺技术比较

2.1 传统烘炉工艺技术

传统烘炉技术，燃料易燃易爆，点火和燃料量调节时都存在危险，容易发生烧伤事故，炉膛需要抽负（-10～-20）mmH2O，部分厂家需要专门外购燃料。燃料烘炉时，热量传递主要靠对流方式，火焰短，燃料流量流速难以恒定、炉膛温度分布不均、特别是对大高径比的气化炉会出现炉膛温区分布密集且温差大；炉温和烘炉曲线难以严格成线性关系，导致耐火材料的改性和融合不力，投料时容易发生“热震击”现象而损坏耐火材料；需要启动部分辅助设备，建立部分水系统循环，运行工艺路线相对较长，经济性相对较差；抽负不稳或停止抽负也容易造成烧嘴熄火酿成事故。传统烘炉技术设备造价高，整套设备约150 万元人民币，运行费用约50 万元人民币，工艺复杂，操作复杂，安全要求高，运行费用高。

2.2 新型烘炉工艺技术

新型烘炉工艺技术集电热转换原理和先进智控技术于一起，热量传递主要靠辐射方式对炉膛通体加热，通过专利电炉加热，专利热电偶测温以及先进专利智控技术，温控精准，能满足热壁炉耐火材料改性融合至材料热熟的各个温升阶段，温控值与烘炉曲线严格线性，耐火材料改性融合最佳；炉膛抽负≤-10 mmH2O；炉膛受热均衡、特别是对大高径比的气化炉，容易进行快慢节奏的升温操作，热敏反应快，烘炉时几乎没有配套辅助设备，烘熟的耐火衬里改性融合好、坚实耐用；新型烘炉工艺技术因其在达到高温之前是一个稍显缓慢的升温过程，因此也对耐火材料起到了热养护的作用，受热循序渐进，也能极大保护改性融合后成一体化的耐火衬里；突然断电熄火无任何安全影响。

新型烘炉技术造价低，整体设备投资约10 万元人民币，运行费用约8 万元人民币，特别是可以根据炉膛尺寸订做与炉膛尺寸匹配的电加热炉，工艺简单，安全环保无污染。可以通过电控柜和分布式控制系统（Distributed Control System，DCS）控制炉温，也能够按升温曲线设定程序自动操作，对不具备传统烘炉工艺条件的企业更具优势。

3 新型烘炉工艺技术在多元料浆气化技术上的应用

浙江丰登化工股份有限公司引进多元料浆气化技术（MCSG）用于制合成氨，建成Φ2400 mm 的多元料浆气化炉2 台，多元料浆气化炉是典型的热壁炉型，采用新型烘炉工艺技术至今运行达十多年，炉膛依旧完好，热壁炉原始烘炉约410 h（图3a），正常烘炉约160 h，具有普遍性意义的烘炉曲线如图3b 所示，足以使耐火材料层层热透、达到受热平衡，完美克服了传统技术烘炉时容易造成耐火材料受热不平衡现象和热度不够的盲点密布现象，大大避免了因投料时产生的巨大瞬时热量对受热不平衡的耐火衬里造成“热震击”，从而造成耐火材料受损甚至崩裂坍塌，造成企业经济损失，特别是新砌筑的气化炉烘炉，精准的温控与烘炉曲线严格匹配，使得耐火材料在工作前就已完全的一体化。

多元料浆气化炉采用该新型烘炉技术烘炉，安全可靠、温控精度高，投资和运行成本低，设备投资只有天然气烘炉成本的1/15，运行费用只有天然气烘炉的1/6，设备占地非常小，使用方便快捷，是值得大规模推广应用的可靠烘炉技术。

图3 烘炉曲线

4 结束语

热壁炉是水煤浆气化技术的经典炉型，也是水煤浆气化技术的关键设备之一，其内衬的耐火材料好坏直接关乎着整个生产装置的在线率，特别是对新砌筑气化炉，严格按烘炉曲线烘炉更是直接影响着耐火材料的使用寿命，文中所述的新型烘炉技术是专利技术，能够实现新耐火材料间更好的改性融合，大大延长了耐火材料的使用寿命，是值得推广应用的先进新型热壁炉烘炉技术。