劉紅偉，崔占陽，周文明 (金能科技股份有限公司，山東 德州 251100)
摘? 要：隨本文闡述了炭黑尾氣中含水量偏高，對于尾氣資料利用的不利影響。通過利用尾氣余熱回收裝置對熱量 進行初步回收，然后利用填料塔進行水氣換熱進行降溫處理，達到尾氣脫水的目的，脫水后尾氣送至尾氣鍋爐或焦爐作 為燃料。同時填料塔采用閉式循環(huán)思路進行設(shè)計，可以杜絕尾氣氣味的散發(fā)，更加綠色環(huán)保。
關(guān)鍵詞：炭黑;尾氣脫水;綠色環(huán)保
1? 前? 言
炭黑是現(xiàn)代國民經(jīng)濟中不可缺少的重要化工 原料，廣泛用于橡膠、塑料、涂料、油墨、軍工、 通訊、電子、電信、家用電器、電纜、光纜、高能 電池、靜電復印、感光材料、印染、造紙及冶金 等多種領(lǐng)域。炭黑工業(yè)的發(fā)展，促進了社會的進 步，但同時也增加了對人類生存環(huán)境的污染。
炭黑工業(yè)歷來都是一個高耗能、高污染的行 業(yè)。隨著我國汽車工業(yè)的快速發(fā)展，對炭黑的需 求量也越來越大，這對炭黑工業(yè)的發(fā)展來說是一 個很好的機遇，同時也是一個挑戰(zhàn)。對于炭黑行 業(yè)發(fā)展來說，除了不斷適應市場的需要，還需挖 掘炭黑內(nèi)部潛力，降低炭黑生產(chǎn)能耗，把炭黑生 產(chǎn)中的余熱充分利用，實現(xiàn)資源的循環(huán)利用。
2? 炭黑尾氣特點及應用
炭黑尾氣是指來自炭黑反應爐的含炭黑粉末 的煙氣，經(jīng)主袋濾器凈化后的廢氣。根據(jù)炭黑工 藝要求，用急冷水將煙氣溫度降低至約 1100℃來 終止反應，一次急冷與二次急冷噴入急冷水量約 10~15m3/h，最終炭黑尾氣中含水升高至 36~40% 左右。炭黑生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物炭黑尾氣含 水量高、熱值低，炭黑尾氣成分較為復雜，含水、 硫化物、氮化物、粉塵等，使其作為燃料的使用 較為困難。傳統(tǒng)生產(chǎn)過程中使用不完的尾氣直接 排空，有效利用率差。
炭黑行業(yè)對炭黑尾氣的利用主要是作為干 燥爐燃料或尾氣鍋爐燃料。炭黑尾氣鍋爐是用來 回收炭黑生產(chǎn)中排放的尾氣，并將炭黑尾氣中的 化學能轉(zhuǎn)化為熱能。通過它的轉(zhuǎn)化，使炭黑尾氣 中的氫氣、甲烷、一氧化碳等物質(zhì)，轉(zhuǎn)變成水和二 氧化碳。不僅消除了這些有毒物質(zhì)，同時還回收 了能源，尾氣鍋爐效率可>80%。高含水的炭黑尾 氣利用有何弊端?本文將以我司煉焦車間為實例 進行概算：煉焦車間貧煤氣量濕基11.2萬Nm3/h， 脫水前后主要影響如下：①焦爐能耗貧煤氣溫 度和廢氣溫度分別按 50℃和 220℃計算，則其 對應的焓值分別為 2587.4 kJ/kg 和 2801.0 kJ/kg， 煤氣熱值 17049.7698 kJ/m3 ，焦爐熱效率按 70% 計 算， 則 多 消 耗 的 煤 氣 量：24129*(2801.0- 2587.4)/17049.7698/70%=431.84 m3 /h; 每 年 多 耗焦爐煤氣431.84*8760=3782918 m3 /h。②輸送電耗： 112000*(36.31%-12%)=27227 Nm3 /h;每小時增加耗電 27227/3600*(273+180)/273*5100/1000/70%=91.43 度 /h; 每 小 時 增 加 耗 電 27227/3600*(273+80) /273*5100/1000/70%=71.25 度 /h; 每 年 增 加 耗 電162.68*8760=142.5 萬度 /a ③對焦爐影響：對焦爐 蓄熱室隔墻有嚴重侵蝕。
如果將含水量較高的炭黑尾氣進行脫水處 理，使炭黑尾氣的熱量提高，以上問題將得到改 善。同時貧煤氣降溫、水汽冷凝過程中，其中的 大部分固體顆粒物、銨鹽也將隨之得到去除，對 于焦爐生產(chǎn)、爐體壽命延長、脫硫脫硝正常運行 具有很大意義。
3? 炭黑尾氣脫水
3.1? 傳統(tǒng)尾氣脫水
炭黑行業(yè)傳統(tǒng)尾氣脫水：①尾氣換熱器直接 將尾氣由 230℃降低至 60℃左右，利用循環(huán)水將 熱量移走。本種方式的主要缺點為列管式換熱器， 傳熱系數(shù)小，造成設(shè)備龐大投資高，同時低溫腐 蝕會造成設(shè)備壽命短。②另外一種方式是采用尾 氣噴淋塔直接噴淋，將炭黑尾氣由 230℃降低至 60℃左右。本種方式采用直接換熱方式，但是會 造成余熱資源的浪費，同時采用開式?jīng)鏊?，?黑尾氣中冷凝水中含有氨等揮發(fā)性氣味，造成環(huán) 境污染。
3.2? 新型尾氣脫水裝置
新型尾氣脫水系統(tǒng)主要包括：余熱利用部分， 噴淋塔部分，閉式循環(huán)部分。炭黑尾氣 230℃左 右自主袋濾器出口，經(jīng)尾氣加壓風機加壓升壓至 10~16kPa 左右，進入尾氣余熱回收器換熱系統(tǒng)， 換熱器可產(chǎn) 0.5MPa 蒸汽或除氧水，供給爐前鍋爐 使用，可延長設(shè)備壽命。炭黑尾氣自尾氣余熱回 收器出口溫度約 160℃左右，既充分利用了系統(tǒng) 余熱能源，還避開了煙氣露點低溫腐蝕區(qū)。來自 尾氣余熱回收器的炭黑尾氣(160℃)進入噴淋塔， 直接與熱水接觸換熱至 50℃排出塔頂。循環(huán)液 利用脫水塔噴淋泵作為動力源，自噴淋塔頂部經(jīng) 過槽式分布器均勻分布后進入填料層，炭黑尾氣 與噴淋循環(huán)液在此充分換熱后進入塔底持液層， 析出的水至沉淀池沉淀后排至界外進行工藝水回 用。
3.3? 余熱回收部分? 炭黑尾氣余熱回收器由換 熱管、上下聯(lián)箱、外聯(lián)管及汽包等設(shè)備組成，其換 熱管采用翅片形式以強化換熱面積，提高換熱系 數(shù)。其受熱段置于熱流體風道內(nèi)，熱流體橫掠換 受熱段。氣側(cè)與水側(cè)完全分隔，上下聯(lián)箱的結(jié)構(gòu) 降低了制造難度，減少現(xiàn)場的安裝工作量，上下聯(lián) 箱通過連接管路和頂部的汽水分離裝置連接，避 免流體對鍋筒的沖刷，對設(shè)備的密封也較常規(guī)的 廢熱鍋爐簡單，可以有效的防止爐氣泄漏。尾氣 余熱回收器設(shè)計需充分考慮尾氣性質(zhì)，其含塵量 約18mg/m3 ，大部分成分為在袋濾器過濾后逃逸的 炭黑粉塵等，易附著在換熱管翅片上，加之炭黑尾 氣含水量達到了 36%，容易在降溫過程中形成炭 黑泥包裹掛壁在設(shè)備內(nèi)表面，加重堵塞。尾氣還 含有硫化氫，對設(shè)備腐蝕也很嚴重，設(shè)計時要充分 考慮腐蝕問題。
3.4? 噴淋塔系統(tǒng)? 噴淋塔有兩項重要功能：(1) 冷卻煙氣的溫度，脫除煙氣中的大量水分。煙氣 在整個噴淋塔內(nèi)得到均勻的分布，加強了煙氣與 水的充分接觸。充足的停留時間以便冷卻效果好， 煙氣脫水更充分;(2)噴淋塔為循環(huán)噴淋設(shè)計， 使得冷卻水循環(huán)利用，大大降低了水的消耗量及污水的排放量，保證了系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性。該噴 淋塔主要由下列部分組成：a、噴淋塔本體。塔本 體采用碳鋼加防腐或者玻璃鋼。b、進、出風口。 本噴淋塔設(shè)計為下進上出，進風口設(shè)在噴淋塔中 部偏下，出風口設(shè)在塔頂部。進風口采用碳鋼防 腐或者玻璃鋼。c、噴淋塔底部設(shè)有循環(huán)水儲槽。 d、噴淋塔中部設(shè)三層噴霧裝置，噴入循環(huán)冷卻 水。噴嘴采用陶瓷，或PP噴嘴。e、噴淋塔上部設(shè) 二層噴霧裝置，噴入沖洗水。噴嘴采用PP材料。
炭黑尾氣從冷凝塔下部進入，依次通過氣流 均布裝置(建議采用管式氣流均布器)，冷凝填 料段以及除霧填料段，然后從冷凝塔頂部排出。 炭黑尾氣溫度從冷凝塔入口時 160℃，通過冷凝 填料段后，降至約為 50℃，同時含水率從 36.31% 降至 12% 左右，期間有大量冷凝水析出。
3.5? 循環(huán)水系統(tǒng)? 本系統(tǒng)是通過噴淋塔洗滌煙 氣對煙氣進行降溫、脫水。這樣煙氣中的熱量置 換到循環(huán)水中，使得噴淋塔中的循環(huán)水溫度升 高。為了使得循環(huán)噴淋水能有效地對煙氣進行降 溫、脫水，必須把循環(huán)水中的熱再置換出來。本系 統(tǒng)是通過在循環(huán)冷卻水管路系統(tǒng)上設(shè)置一套板式 換熱器，用廠內(nèi)的冷卻水管網(wǎng)通過此板式換熱器 將噴淋塔中的循環(huán)冷卻水中的熱量置換出來。從而 使得噴淋塔中的循環(huán)水能循環(huán)對煙氣進行降溫、脫 水，同時避免了炭黑尾氣冷凝水氣味的泄露。
4? 總? 結(jié)
4.1 炭黑尾氣脫水裝置的應用，可使炭黑尾氣中 含水由36%左右降低至10~12%左右，同時可降低 炭黑尾氣中粉塵、氮化物等雜質(zhì)，提高燃氣的潔凈 度。
4.2 隨著日益嚴峻的環(huán)保、能源形勢，炭黑尾氣 脫水裝置為多數(shù)炭黑生產(chǎn)裝置的標配，值得大家 進一步探索。
4.3 炭黑尾氣脫水工藝在炭黑行業(yè)的應用，不僅 提 高了炭黑尾氣的熱值，同時可回收尾氣冷凝水 進行回用，節(jié)約利用水資源。
參考文獻
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