摘要：介绍了一台燃煤化工釜槽加热炉采用往复炉排、炉体优化和主烟道降尘等技术措施后取得显著节能、环保达标和经济效果良好的设计实例。 关键词：燃煤；反应釜；加热炉；改造；设计
1.前 言
在化工生产中，许多物理、化学过程都是在各种化工釜槽中通过加热实现的。这些化工釜槽包括各种反应釜、反应槽、溶解槽、熔化槽、固化锅等，常见的加热方式是用煤气、燃料油、煤炭等燃料直接加热。当被加热物料对温度敏感时，为避免物料过烧还可在反应釜槽壁面设置热媒(水、热油、熔盐等)夹层间接加热，以缓冲过高的加热温度。这种采用燃料直接加热一个化工釜槽的热工设备就是化工釜槽加热炉。相对于经典的集中供热式间接热媒加热工艺，化工釜槽加热炉更适用于批量小、控温过程复杂、品种较多的化工生产过程。例如精细化工产品，仍广泛采用这种加热方式，以图获得较大的工艺自由度、较少的设备投资、较高的产品质量和较低的生产成本。
化工釜槽加热炉的工艺作用在于通过燃烧燃料产生热能，直接对单个化工釜槽进行加热，热量通过釜槽的器壁(为防止过热有的釜槽器壁还设有缓冲热媒夹
层)对釜槽内的工艺介质进行加热，为其物理过程和化学反应提供必需的温度和压强条件。对于化工釜槽加热炉的工艺要求一般包括：足够高的供热能力、良好的加热效果(控温精度高，不过烧)。足够低的能耗指标和污染物排放指标。
笔者承担改造设计的某助剂生产企业，其反应釜加热炉以煤炭为燃料，器壁设有热煤夹层，属于典型的化工釜槽加热炉。该炉原设计采用简易人工手烧炉排，不仅存在加热周期长、燃料消耗高、控温精度低、反应釜寿命短等问题，而且燃烧烟尘排放严重超标，成为该企业发展的制约因素。针对这些问题，采用可调往复炉排燃烧装置代替原来的简易手烧炉排，解决了温度调节困难、反应釜过热、燃料燃烧不完全和排烟黑度严重超标的问题；采用上排烟可调折返式火道结构，改善了炉内的温度分布，提高了炉子的热能利用率；并且利用主烟道的结构特点使部分烟尘得以沉降；结果不仅大幅度降低了单位产品能耗、解决了烟尘污染问题，而且提高了反应釜的寿命和产品的质量。
2.工艺及设备
该企业的产品为一种高分子水解聚合物，其生产工艺流程主要包括：原料整理、水解反应、沉淀过滤、喷雾干燥、检验包装等生产环节。
水解反应是该工艺流程中的关键生产环节。水解反应在反应釜中进行，其工艺控制参数主要为加热时间、保温时间和反应釜内压力，其工艺制度如表1所示。水解反应釜的尺寸为φ1450×1900mm，采用密闭夹层热媒加热方式，以防止反应釜局部过热影响产品质量。反应釜夹层中所用热媒为56度工业石蜡，每次加热反应前补充少量石蜡，并定期清除石蜡残渣。
该反应釜加热炉的燃烧煤种为大同原煤，采用向后倾斜式手烧炉排，自然通风排烟。加热炉内火焰仅加热反应釜的球部，高温烟气自炉后约5m高的简易烟囱排出。由于手烧炉排的加煤量不均匀，通风排烟效果很差，又没有除尘设备，结果排烟黑度经常高达林格曼3度左右，加热炉煤耗高达250～300kg/炉，存在严重的能源浪费和环境污染问题。改造前炉体结构如图1所示。
3.改造设计
3.1燃烧装置
燃烧装置的选用是保证本设计工艺特性、投资经济性、节能特性和环境特性的一个关键。改造设计中选用微倾可调式往复炉排，利用这种炉排具有较好的焖火再启动特性，以适应炉子的间断操作特点；同时解决节约燃煤、消除黑烟的问题。
本设计采用的往复炉排规格为1.0×12排，有效面积2.6m2，额定燃煤260kg/h，炉排驱动速度 , 档可调，炉排驱动电机1.1kW；炉排的通风通道设在炉排下部的夹层中，鼓风机型号为4-72-No.32A，配用电机率2.2kW。
3.2炉体结构
改造后的炉体结构如图2所示。炉膛下部为燃烧空间，燃煤在往复炉排的推动下自炉头向炉尾均匀移动，炉头部设有点火炉拱以保证炉排的点火燃烧速度，炉尾部设有燃尽炉拱以保证煤炭的燃烧完全；炉膛上部采用圆形结构，烟气在炉膛内向上流动，在反应釜与炉体之间的环形夹缝中快速流动形成对流加热区，提高炉内热量利用率；炉膛下部采用砌砖退台的方式形成以矩形的炉排燃烧面为底、以上部圆形炉膛为顶的渐变立体空间。炉体的一侧开有点火口和出灰门，炉排尾部留有出渣堆积空间和出渣门。反应釜的球部以辐射加热方式为主，反应釜的侧壁则以对流加热方式为主。
3.3炉排防灼烧措施
炉排是本设计的关键设备，其寿命与炉膛高温火焰的灼烧有关。为防止灼烧，这里选用具有耐热铸铁护边的炉排，并且在炉膛侧壁沿炉排表面高度设置一排由伸出的半块耐火砖形成的遮蔽带，使炉排的侧边受到有效的遮蔽保护。
3.4烟气通道
烟气通道是本设计的另一个关键，因为必须在相对狭小的空间中解决好烟气流量均匀分布、烟气热量充分利用、烟道防堵和烟尘积聚问题。炉膛烟气出口四角布置、开在炉膛的上部，炉体的四角各设有一个向下的支烟道，每个支烟道上都设有调节活砖，以保证高温烟气在炉膛及环形对流加热区的均匀分布。
总烟道设在炉体的正下方，支烟道由对流加热区上部四角导出垂直向下，进入地平面之后改为朝向主烟道的倾斜走向，在主烟道断面的侧上方与主烟道相接，进入总烟道时利用气流流通截面的突然变化，使主烟道中的烟气流速大约减少为支烟道中流速的1/10～1/15，同时在转弯离心力的作用下，使烟气中的烟尘部分在这里得以沉降，沉降在主烟道中的积尘则由人工定期清除。
该炉的设计热量衡算情况如表2所示。在设计工况下，每炉装入物料300kg、水1000kg，消耗燃煤190kg，炉子的热效率为24.6%，炉子单位物料耗煤量为633kg/t。由表2见，该炉的最大热支出项为烟气带出的物理热，占总热支出的31.9%，应该考虑回收利用；其次是反应釜釜体、石蜡热媒夹层和炉衬的吸热，占总热支出的31.9%，这与该炉的间歇操作方式有关，应该通过改进操作使之尽量减少。
4.使用效果
本设计实施后，该反应釜加热炉的各项工艺指标不仅都达到了要求，而且加热时间缩短为1.8h～2.3h，平均缩短近1h。此外，排烟林格曼黑度降至0～1度，彻底解决了烟尘达标排放问题；燃煤消耗降低为180～230kg/炉，燃煤节约率20%～30%，不仅直接减少了企业的燃料成本，而且相应减少了排污费支出；操作环境条件显著改善，告别了过去烟熏火燎的历史，工人劳动强度显著降低；由于往复炉排的加热量可以方便地调控，以及炉膛设计的合理化，使加热和控温质量明显改善，不仅提高了产品的合格率，而且减少了反应釜的维护工作量和过热损坏事件，提高了反应釜的平均寿命。
5.结 语
(1)化工釜槽加热炉是化工行业广泛使用的一种工业炉窑，对于这种炉窑进行节能与环保改造显得十分必要。
(2)本次改造所涉及的反应釜加热炉采用往复炉排燃煤装置代替人工手动加煤，通过改善燃烧过程的均匀性和通风效果，再加上合理的炉型结构，可以有效
克服燃煤的不完全燃烧问题。
(3)本次改造所涉及的反应釜加热炉关于炉型的设计方案切实可行，取得了多方面的技术与经济效果。本项目取得的经验可以为拥有同类型设备的化工企业
提供借鉴。
(4)将该加热炉的出炉烟气直接用于后部的喷雾干燥过程以回收这部分余热资源还将产生更明显的节能、环保效益。
