精确的温度调节和碳氢化合物管理是零重整直接还原铁工艺中加热炉绝对关键的控制要求。您必须严格将气体出口温度维持在 800°C 至 1000°C 之间，同时积极防止炉管内发生结焦和渗碳等退化机制。
核心见解：主要的工程挑战在于将富含碳氢化合物的挥发性气体（如焦炉煤气）加热到足够高的温度，以实现下游的内部重整，同时又要防止这些碳氢化合物通过碳沉积破坏加热炉管。
调节出口温度
关键温度窗口
炉子必须将还原性气体加热到800°C 至 1000°C 的特定目标范围。维持这个窗口不是可选项；它是工艺化学的基本要求。
实现内部重整
加热后的气体将进入竖炉。一旦进入竖炉，金属铁将作为催化剂。
这种催化反应驱动内部重整，这取决于加热炉提供的热能。如果出口温度低于阈值，下游的重整过程将效率低下。
管理碳氢化合物风险
处理高碳氢化合物源
零重整工艺通常使用碳氢化合物含量高的气体，例如焦炉煤气。与简单的燃料源不同，这些气体在化学上是复杂且具有反应性的。
控制系统在直接加热阶段必须考虑这些气体的特定成分。
防止结焦
最显著的操作风险是结焦。当碳沉积在炉管内表面形成时，就会发生这种情况。
如果加热过程相对于气体流速和成分管理不当，这些沉积物就会积聚。这会限制流动并绝缘炉管，降低传热效率。
避免渗碳
除了表面沉积物之外，还存在渗碳的风险。当碳渗透到炉管的金属结构中时，就会发生这种情况。
渗碳会损害炉管的金相完整性，导致其变脆，并在高温应力下最终失效。
理解权衡
工艺效率与设备寿命
操作这些炉子存在固有的张力。800-1000°C 范围内的较高温度通常有利于下游的内部重整过程。
然而，将温度推向上限会增加结焦和渗碳的动力学速率。
不稳定的代价
温度或流速的波动是危险的。不稳定的控制会导致炉子某些区域过热或停滞，从而产生局部热点，加速结焦。
需要严格的稳定性来保护昂贵的合金炉管免受快速退化。
为您的目标做出正确选择
为了优化您的炉子控制策略，请考虑以下优先事项：
- 如果您的主要重点是工艺效率：优先将出口温度保持在 1000°C 附近，以最大化竖炉中的催化内部重整效果。
- 如果您的主要重点是资产保护：严格专注于监测碳氢化合物反应，以防止结焦和渗碳，确保您的炉管寿命。
成功在于提供重整所需的热量，同时又不牺牲基础设施的完整性。
汇总表：
| 控制要求 | 目标范围/风险 | 关键影响 |
|---|---|---|
| 出口温度 | 800°C - 1000°C | 实现竖炉下游内部重整。 |
| 结焦控制 | 防止碳沉积 | 维持流速和传热效率。 |
| 渗碳预防 | 保护炉管金相 | 防止合金炉管变脆和过早失效。 |
| 气体源管理 | 高碳氢化合物气体 | 需要稳定的加热来处理复杂的焦炉煤气。 |
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参考文献
- Yuzhang Ji, Weijun Zhang. Development and Application of Hydrogen-Based Direct Reduction Iron Process. DOI: 10.3390/pr12091829
本文还参考了以下技术资料 Kintek Solution 知识库 .
