雍春军，吕保龙，张国冠，管升，毛影

（中国石油兰州石化公司，甘肃 兰州 730060）

1 基本概况

二套微球装置焙烧炉采用的是目前催化剂行业常用的回转式焙烧炉，自1996年建成投入使用后，根据实际运行中存在的问题，经过了4次小规模的改造，能满足当时的生产需求。由于产品升级和产能提高，自2019年开始，焙烧炉出现了耐火材料脱落严重、火嘴频繁熄灭、炉筒破裂、炉膛老化等问题，导致焙烧炉热效率降低，能耗增加，检修频繁。焙烧炉燃烧器为早期CEMW-D-N型油气联合燃烧器，由燃气烧嘴、燃烧流道、调节风门等部件组成，点火方式为手动点火，手动点火不但增加劳动强度，而且增加安全风险。配风方式为自然通风，调风精准度不高，仅凭个人经验进行调节，火焰燃烧不均匀，造成炉筒烧损破裂。另外，燃烧系统没有配备瓦斯减压装置，不能燃烧低压瓦斯，也造成了瓦斯的浪费，炉膛耐火材料脱落严重，修复困难，热能损失严重，生产成本高。焙烧炉主要参数如下：内炉筒直径：φ1524mm；炉筒总长：～16612mm；原炉膛总长：14478mm；工作温度：750℃；工作压力：微负压；炉筒材质：Inconel625。

2 存在的问题

2.1 CEMW-D-N型油气联合燃烧器缺少自动点火系统

采用早期的CEMW-D-N型气联合燃烧器，由于设计或其制造工艺的不完善，无法实现高能自动点火功能，装置开工时需用火把进行点炉，手动点火需要明火作业，劳动强度大，工作效率低，安全风险高，同时缺少对应的火焰检测装置，也在一定程度上增加了安全风险，在目前安全压倒一切，一切服从安全的形势下，该问题就显得更加突出。

2.2 CEMW-D-N型油气联合燃烧器拆装困难、密封不良

燃烧器外轮廓结构尺寸φ600×450mm，材质为普通碳钢。每次停工检修需将11个燃烧器拆卸下来，清理火嘴及炉膛内积料。另外，该型号燃烧器笨重，拆卸不方便，加上使用年限较长，外轮廓部分螺栓锈蚀甚至断裂在螺栓孔内，无法取出，拆卸更加困难，增加了操作人员的劳动强度，降低了工作效率。此外其密封效果较差，筒体破损后部分助剂直接从燃烧器调节风门及外轮廓冒出，造成仪器仪表、设备管线卫生脏，现场粉尘大，清理困难，产品浪费严重，更不符合环保要求。

2.3 CEMW-D-N型油气联合燃烧器火嘴调节精准度不高

焙烧过程分为预热段、升温段与恒温段三部分。原炉膛三个燃烧分区的火嘴布置不一致，预热段和升温段均布置4个火嘴，火嘴中心距为1180mm，火嘴高度为450mm。恒温段布置3个火嘴，火嘴中心距为1200mm，火嘴高度为450mm。由于此火嘴的插深可以调整，所以在运行过程中为了保证更好的焙烧效果，通常采用手动操作来调整火嘴插深，操作精准度不高，火焰燃烧不均匀，仅凭个人经验进行调节，造成炉筒局部受热严重，炉筒不同程度的损坏，近年来，由于炉筒破裂导致的非计划停工频发。另外，在运行过程中火嘴一旦熄灭，需重新手动点火，此过程仍然需明火作业，安全风险高，工作效率低。

2.4 CEMW-D-N型油气联合燃烧器为自然式进风无法精准调节风量

助燃风量的大小直接影响火嘴的燃烧效率，其精准的控制既能保证燃烧更加充分又可降低风能消耗。原油气联合燃烧器采用圆周式自然通风和炉膛微负压供风，风量大小不可控，无法达到精确的空燃比，凭经验调节，随意性大，精准度不高，燃料不能充分燃烧，火焰较长、成形度差，从而影响催化剂助剂的焙烧效果及产品性能。

2.5 原焙烧炉炉膛排烟性能不强耐火材料脱落严重

焙烧炉炉膛的作用是，通过加热炉筒间接加热物料，其合理的结构和尺寸，使得热能更加有效的利用。原焙烧炉下炉膛，预热段、升温段和恒温段均开有300mm×300mm的方形安装孔，用来安装CEMW-D-N型油气联合燃烧器，孔径大，密封效果差，热能损失多。原下炉膛内壁（火嘴对侧）按照部分半圆加炉膛外圆切线设计，内壁涂有耐火材料，整体类似于直线型设计，烟气流动性不强，热能不能有效利用，甚至会造成气流漩涡，烟气不能及时排出，炉筒局部受热严重，炉筒损坏破裂。

上下炉膛内壁采用传统耐火材料，耐火材料质量重，易脱落，修复困难，设备基础负荷大。自1996年建成投用以来，至今也连续运行25年，耐火材料多次脱落，脱落后修复无法达到出厂前良好状态，修复困难，增加检修成本，同时耐火材料的脱落造成部分热能损失，热效率降低，能耗增加，焙烧效果不良，炉膛有效利用容积小，炉膛外表面温度高（70℃）左右，增加生产成本的同时也增加了安全风险。

3 燃烧系统改进措施

3.1 选用高压自动点火装置及控制系统

通过分厂、车间及研究院确定，采用新型的高压点火装置及自动控制系统，高压点火装置是由高压包、点火枪、高压电缆等三部分组成。控制系统包括：高压点火装置、火焰监测装置、燃气电磁阀、燃气压力、燃烧器急停保护等功能，对点火系统进行控制。

高压点火装置原理，利用电流在一定条件下接触引弧，在强磁场下获得稳定功率的空气等离子体，当电火花通过时，燃料由绝缘体变为导体，两极间电压增高，电场增强，燃料中的带电体被电场加速，带电粒子与分子发生非弹性碰撞，当碰撞到一定程度，分子被电离，变成带电粒子，带电粒子以指数增加，电流被放大几百万倍，最终产生一个大电流，形成高温区，从而点燃燃料。

控制系统采用PLC控制，可靠性高，抗干扰能力强，结构紧凑，体积小，重量轻，功耗低。现场配备3台PLC控制柜，主控制柜和分控制柜，主控制柜主要控制总点火条件和总紧急停止及预热段的点火控制，其余两台则控制焙烧段、恒温段的点火程序以及紧急停止，操作简便，工作效率高，现场清洁。三台控制柜紧急停止和DCS紧急停止同步进行，使得运行更加安全可靠。

3.2 选用紫外火焰检测装置

火焰检测装置主要包括火焰监测探头、火检处理器两部分组成。9个火嘴和3个长明灯都采用SUV紫外火检，探头安装在燃烧器头部，能始终保证在燃烧器火焰后面进行监测,火检处理器主要对探头反馈的信号进行处理，将信号处理后发出有火信号，安装在就地控制柜内部。选用SUV紫外检测器，其探头与火嘴控制器或火焰监测器配合使用，对燃气火嘴进行火焰检测。配备火焰检测装置，更加精准的对火焰燃烧情况进行检测，提高了燃烧效率，避免了由于其他火焰影响造成检测不精确，同时也降低了火嘴熄灭带来的安全风险。

3.3 选用两级减压及空燃比例调节装置

焙烧炉瓦斯是从炼油厂引至装置总瓦斯线，再到焙烧炉进行点火。原瓦斯没有经过减压，直接点燃，很大程度上造成了燃料的浪费。此次技术改造，增加两级减压装置。一级减压阀选用活塞式减压阀，二级减压阀选用薄膜式减压阀。一级减压是将主瓦斯从0.4MPa减压至60kPa,再经过二级减压后为4～12kPa，较原燃烧系统有了大幅度的下降，此压力满足点火要求，也能达到良好的焙烧效果。两级减压装置，稳定了燃气压力，避免了因燃气压力波动造成的燃烧效率低、燃烧不充分等问题，得到稳定了的空燃比，使燃气更加安全、经济、高效利用。二级减压阀后设置高压、低压压力变送器，主要用于监控燃气管路压力波动情况，有效的检测焙烧炉燃烧所用瓦斯的压力。

选用3个空燃比例调节阀，空燃比例调节阀用于实现恒定的空燃比，获得不同状态下火嘴燃烧所需的燃气压力。避免了燃气和风的浪费，能够根据燃气消耗量自动配比风量，使得燃烧更充分，效率更高，操作更精准。

3.4 选用新型燃烧器、长明灯并合理布局

焙烧炉燃烧器采用低氮燃烧器。型号为：RQQ-1,额定功率为230kW，排放量≤80mg/Nm³，燃烧器效率大于99%，火嘴便于安装拆卸，密封性能好，抗干扰能力强，不产生振动，无噪音，清洁安全。取消11个火嘴设置，保持三个燃烧区，每个分区均设置3个火嘴，其中心距为1370mm，高度为450mm,高度与原高度一致，使得三个分区的燃烧更加均匀，避免了炉筒局部温度过高导致的炉筒破裂事故的发生，降低了设备故障率，减少了非计划停工的次数。

3.5 增加助燃风系统

原风-8提供助燃风的同时提供炉膛微负压，一机两用，使得火嘴燃烧不充分，热效率低，燃料浪费，所以取消原风-8供风流程，保留供送炉膛微负压（约-0.1kPa）功能，单独增加一台助燃风机，型号为WG-37,其叶轮为机翼型叶片，工作效率高、运行平稳。使得风能更加充足。增加主助燃风压力开关。以检测助燃风压力是否满足点火条件，确保燃烧连续稳定。设助燃风压力满足报警器和助燃风机故障报警器等报警显示。保障了焙烧炉的安全平稳运行，更加安全可靠。设置助燃风阀（T-301、T-302、T-303），此助燃风阀有手动和自动两种控制方式，操作简单方便，降低了火嘴熄灭的频次，实现了精准的空燃比，预热段最佳空燃比为1:1.3，焙烧段最佳空燃比为1:1.1，恒温段最佳空燃比为1:1.2。设温度控制系统。根据炉膛内的实际温度，可以自动调节助燃风阀的开度，DCS和现场都能控制，燃烧更加充分，控制更加精准，减少了燃料和风的浪费。

3.6 对炉膛重新设计提高热能利用率

炉膛的形状及结构尺寸对焙烧效果至关重要，原焙烧炉炉膛在烟气流动和蓄能方面存在一定缺陷。由于原下炉膛内壁（火嘴对侧）是按照部分半圆加炉膛外圆切线设计，整体类似于直线，烟气流动性不强，热能效率不高，炉筒局部受热严重，炉膛破裂。现针对以上问题对炉膛结构重新设计。焙烧炉钢结构基础利旧，此次炉膛设计后的总重量不能超过原设计总重量，否则焙烧炉基础及装置楼面受到损坏。经过核算，扩大容积后炉体总重量没有超过原设计，所以此方案可行。

通过研究得出，改造后上下炉膛宽度均增加664mm，上炉膛高度增加10mm，下炉膛高度降低10mm,燃烧器对侧炉膛容积增大。

通过图1可知，新炉膛火嘴对侧内壁为曲线型设计，炉膛内壁弧度增大，曲线性好，烟气流动增强，热能更加合理利用，避免了局部过热造成的炉筒损坏事故的发生，降低了设备故障率和检修成本。

图1 改造前及改造后炉膛尺寸

新炉膛采用上下模块设计，便于拆装，炉膛采用Q235-B壳体，耐火材料采用高铝陶瓷纤维模块，炉膛三个加热区由耐火材料分隔开，每个分区单独设置烟气出口及防爆门，保障了每个区烟气不受其他区干扰，炉膛采用蜗壳型炉膛，便于气流的流动，减少了流动损失，提高了热能利用率，经测定炉膛表面温度从以前70℃左右降低至现在的室温，使得热能更加合理有效的利用，降低了生产成本和安全风险。

4 结语

（1）新燃烧系统自投用以来运行平稳，提高了燃烧效率，实现了清洁生产，达到了节能效果，改善了工作环境，降低了安全风险，满足了生产要求。（2）通过改进自动点火系统，提高了点火效率，降低了火嘴熄灭的频次，减少了由于火嘴熄灭带来的安全风险，降低了劳动强度，使得运行更加高效平稳。（3）通过合理布局燃烧器，避免了火嘴直接灼伤炉筒，降低了检修成本，保证了设备的长周期运行，提高了设备的利用率。（4）通过选用两级减压及空燃比例调节装置。获得了最佳空燃比，减少了燃料和助燃风的浪费，降低了生产成本，操作更加精准简便。（5）通过增加助燃风系统。降低了风能的浪费，提高了火嘴的燃烧效率，使得风能更加有效利用。（6）通过重新设计炉膛，选用新型保温材料，增加了炉膛的有效使用容积，减少了热量的损失，提高了热能利用率，降低了炉膛表面温度，降低了安全风险。