旋風(fēng)反應(yīng)爐生產(chǎn)軟質(zhì)炭黑油耗降低的探討

韓斌（蘇州寶化炭黑有限公司，江蘇 蘇州 215151）

摘要：

介紹旋風(fēng)軟質(zhì)炭黑反應(yīng)爐結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，從理論上研究反應(yīng)爐內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、分析這種爐型的反應(yīng)機(jī)理，更進(jìn)一步完善和提高軟質(zhì)炭黑生產(chǎn)的技術(shù)水平。

關(guān)鍵詞：

旋流強(qiáng)度、原料油霧化、霧化介質(zhì)、高壓蒸汽和壓縮空氣、縮口部分、節(jié)流環(huán)。

一、前言

目前國內(nèi)炭黑企業(yè)軟質(zhì)線多數(shù)使用旋風(fēng)反應(yīng)爐，產(chǎn)能從2萬噸到4萬噸炭黑生產(chǎn)線，生產(chǎn)工藝成熟，可使用不同品種煤焦油系列原料油，霧化介質(zhì)使用高壓蒸汽或壓縮空氣，生產(chǎn)如N660品種水洗篩余物控制在200PPM以下，但橡膠市場的也有些橡膠制品需要的軟質(zhì)炭黑品種水洗篩余物要求穩(wěn)定控制150PPM以下，針對(duì)這樣指標(biāo)要求，需要生產(chǎn)過程長期穩(wěn)定組織生產(chǎn)，然而軟質(zhì)炭黑生產(chǎn)影響指標(biāo)的因素較多，如反應(yīng)爐長期運(yùn)行，原料油霧化質(zhì)量穩(wěn)定，原料油噴嘴的選擇。使用雙切向反應(yīng)爐這種反應(yīng)爐能適應(yīng)軟質(zhì)炭黑裂解溫度低，反應(yīng)時(shí)間較長的要求。本文簡要的闡述軟質(zhì)炭黑反應(yīng)爐生產(chǎn)技術(shù)，并提出了一些看法，從理論上研究、分析這種爐型的反應(yīng)機(jī)理，便于更進(jìn)一步穩(wěn)定和提高軟質(zhì)炭黑生產(chǎn)控制水平。

二、旋風(fēng)反應(yīng)爐結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

旋風(fēng)燃燒型軟質(zhì)爐的結(jié)構(gòu)見圖1，這種爐型的主要特點(diǎn)是，兩側(cè)均勻分布的燃燒用空氣和燃料油混合燃燒后，從切向旋轉(zhuǎn)同向進(jìn)入反應(yīng)室，形成穩(wěn)定的火焰，原料油槍固定在爐子軸中心，油槍可軸向移動(dòng)調(diào)整，通過噴嘴噴入霧化好的原料油，生成的炭黑粒子經(jīng)縮口的強(qiáng)化湍流提高了性能。它的優(yōu)點(diǎn)是只要A段與燃燒室交接底部不積耐火材料和原料油霧化介質(zhì)流量穩(wěn)定，反應(yīng)爐就不結(jié)焦，生產(chǎn)穩(wěn)定，產(chǎn)量彈性調(diào)整較大，反應(yīng)爐B段末端設(shè)有較大縮口，緊接相連的C1段是一較小縮口，也稱節(jié)流環(huán)，這兩縮口作用可降低旋流的衰減，增加系統(tǒng)阻力，生產(chǎn)證明它的位置和節(jié)流環(huán)直徑大小對(duì)炭黑的性能起著重要的作用。較大縮口區(qū)域長度增加可以增加炭黑粒子聚集程度，有助于炭黑產(chǎn)品DBP的增加;在縮口的位置固定后，一般可通過調(diào)節(jié)原料油槍的伸縮位置來調(diào)節(jié)炭黑性能和改變品種。調(diào)整急冷位置改變反應(yīng)時(shí)間。見圖1。

圖1旋風(fēng)燃燒型軟質(zhì)爐的結(jié)構(gòu)圖

一、旋風(fēng)反應(yīng)爐生產(chǎn)原理

當(dāng)上、下切燃燒室出口高溫燃燒氣體進(jìn)入反應(yīng)爐A/B段后，由切向進(jìn)入的兩股混合氣體在爐內(nèi)呈同向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，A/B段的高溫火燃順向沿反應(yīng)爐徑向形成旋轉(zhuǎn)流產(chǎn)生離心力，使氣流獲得較大的徑向速度，向周邊擴(kuò)展，最大旋轉(zhuǎn)速度位于從爐壁到中心的2/處，在這一點(diǎn)上，高溫旋轉(zhuǎn)氣流比爐壁附近高近2倍，從這一點(diǎn)到中心，氣流旋轉(zhuǎn)速度逐漸降低為零，同時(shí)A/B段的高溫火燃同向沿反應(yīng)爐軸向形成旋轉(zhuǎn)流速逐漸衰減，逐漸推進(jìn)形成穩(wěn)定氣流，在工藝規(guī)定位置，位于反應(yīng)爐軸中心原料油油槍定位并以一定角度霧化原料油，與旋轉(zhuǎn)的高溫氣體接觸，由于旋轉(zhuǎn)的高溫氣體含有一定量氧氣，預(yù)熱200℃左右原料油通過高壓蒸汽或0.6MPa左右壓縮空氣霧化，霧化原料油油滴在1650℃左右的高溫旋轉(zhuǎn)燃燒氣流迅速與霧化的原料油微粒接觸反應(yīng)生成炭黑，反應(yīng)過程是不完全燃燒或熱裂解，希望反應(yīng)生產(chǎn)炭黑燃余氣旋流經(jīng)過節(jié)流環(huán)后衰減完成變成直流擴(kuò)散。

實(shí)際生產(chǎn)工藝空氣流量增加時(shí)，相對(duì)生成炭黑粒子增加，按旋轉(zhuǎn)流產(chǎn)生離心力，最大旋轉(zhuǎn)速度也向周邊擴(kuò)展，使氣流獲得平均旋轉(zhuǎn)速度增加，炭黑粒子軌跡延長，即炭黑粒子停留時(shí)間延長，相對(duì)粒子聚集程度增加。

反應(yīng)爐B段在A段后端，并含有兩處收縮的反應(yīng)空間，這兩處收縮是反應(yīng)段的非常重要部份。收縮空間迫使熱燃燒氣體伴隨以氣化、反應(yīng)的原料增加速度和湍流度到生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)炭黑必需的水平。相接B段的是C1段，并設(shè)有一段節(jié)流環(huán)，與反應(yīng)爐B段縮口形成第二處反應(yīng)縮口區(qū)域，縮口空間的直徑、長度及合理的長度和直徑的比值加上C1段的節(jié)流環(huán)直徑，對(duì)炭黑反應(yīng)均勻穩(wěn)定非常重要，通過軸向原料油槍的調(diào)整定位，通常認(rèn)為原料油槍噴嘴點(diǎn)距離C1段的節(jié)流環(huán)末端的立體空間作為原料油主要反應(yīng)空間，此反應(yīng)空間容積減小，霧化原料油反應(yīng)越強(qiáng)烈，反應(yīng)可強(qiáng)化炭黑生成粒子聚集，生成的炭黑經(jīng)縮口的強(qiáng)化湍流提高了性能。有利于炭黑指標(biāo)DBP的增加，加快炭黑生成反應(yīng)速度。

針對(duì)原料油噴嘴處節(jié)點(diǎn)，希望這節(jié)點(diǎn)前來自上下切燃燒室高溫燃燒旋轉(zhuǎn)氣流穩(wěn)定和充實(shí)，形成穩(wěn)定的火焰，才能保證這節(jié)點(diǎn)后的高溫氣流和霧化原料油油滴反應(yīng)均勻，生成的炭黑經(jīng)縮口的強(qiáng)化湍流提高了性能。旋轉(zhuǎn)氣流旋流強(qiáng)度均勻逐漸衰減，原料油吸收熱量，反應(yīng)生成炭黑燃余氣均勻進(jìn)入反應(yīng)爐B段縮口內(nèi)。

這種旋風(fēng)燃燒爐的運(yùn)行阻力，一方面與燃燒室出口的燃燒氣體流速有關(guān)，另一方面還與爐內(nèi)氣流速度，特別是與B段出口節(jié)流環(huán)界面出口速度有關(guān)。

而在反應(yīng)爐中心軸向噴入霧化好的原料油，生成的炭黑經(jīng)縮口的強(qiáng)化湍流提高了性能。在縮口的位置固定后，一般可通過調(diào)節(jié)原料油槍的伸縮位置來調(diào)節(jié)炭黑性能和改變生產(chǎn)品種。調(diào)整急冷位置改變反應(yīng)時(shí)間。

在通常設(shè)計(jì)的反應(yīng)爐中，高溫?zé)崛細(xì)獾男D(zhuǎn)氣流都是在反應(yīng)爐前部生成的，其目的是增加高溫?zé)崛細(xì)獾男鲝?qiáng)度。這種高溫?zé)崛細(xì)庑鲿?huì)使原料油噴嘴霧化的油滴被剪切而成更小的液滴。實(shí)際生產(chǎn)有時(shí)會(huì)出現(xiàn)高溫氣體并非呈對(duì)稱旋轉(zhuǎn)，使得部分原料油霧化區(qū)域偏移，原料油油滴與反應(yīng)爐爐壁接觸，導(dǎo)致炭黑成品中篩余物超標(biāo)。

四、生產(chǎn)工藝過程計(jì)算選擇

本文只討論年產(chǎn)3萬噸軟質(zhì)炭黑反應(yīng)爐反應(yīng)特點(diǎn)，分析理論生產(chǎn)1kg炭黑需要能耗情況;生產(chǎn)炭黑品種N660，使用燃料油和原料油品種：煤焦油;原料油品種：炭黑油。

工藝指標(biāo) 工藝空氣流量 10000Nm3/h

燃料油流量 460kg/h比值21.7:1

原料油流量 4900 kg/h

空氣預(yù)熱器入口煙氣溫度 740℃

空氣預(yù)熱器出口空氣溫度 610℃

原料油噴嘴孔徑Φ22：霧化介質(zhì)高壓蒸汽，霧化介質(zhì)蒸汽現(xiàn)場壓力0.9-1.0MPa。

原料油槍插入1200mm;水洗篩余物100-300ppm;

著色強(qiáng)度：57-58%

總油單耗：1.5314t/t。原料油單耗：1.40t/t;燃料油單耗：0.1314t/t;

日產(chǎn)炭黑84噸。

炭黑反應(yīng)爐工藝計(jì)算

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：燃料煤焦油和原料油炭黑油組成如下表：

1kg煤焦油烴理論空氣量L0

Lc=0.089C+0.267H+0.033(S-O)

式中：L0 --理論空氣量Nm3/kg;

C、H 、S 、O-----煤焦油中各元素的重量百分含量;

煤焦油理論空氣量L0=9.4Nm3/kg。

一次燃燒率=10000/(230×2×9.4)=231%，每小時(shí)460kg燃料油完全燃燒需空氣量460×9.4=4324NM3/h,那么燃燒室內(nèi)剩余空氣量10000-4324=5676NM3/h，計(jì)算假設(shè)生成1kgN660炭黑品種需要Mkg含碳91.56%的原料油，取N660炭黑品種含碳C=98%,原料油炭黑油含碳C=91.56%;以1kgN660炭黑為基準(zhǔn)，由碳平衡等式1×98%=91.56×M，得出1kg炭黑需要含碳91.56%原料油M=(1×98%)/91.56=1.07kg，即生成1公斤炭黑理論需要裂解或不完全燃燒煤焦油1.07公斤，工藝日產(chǎn)炭黑84噸，小時(shí)炭黑產(chǎn)量3500kg/h，那么由碳平衡理論上每小時(shí)生成3500kg炭黑需要裂解和不完全燃燒原料油：3500×1.07=3745kg/h。在反應(yīng)爐A/B段內(nèi)，實(shí)際生產(chǎn)投入原料油4900kg/h，如圖原料油噴嘴位置1-1，從炭黑反應(yīng)生成過程中，沒有轉(zhuǎn)化為炭黑的原料油等于[實(shí)際消耗原料油-理論消耗原料油]，即提供不完全燃燒或熱裂解的原料油為(4900-3500×1.07)=1155kg/h，從等式看，右側(cè)數(shù)值越小越好，這些無效的原料油占比越少越好，也就是單位炭黑需要耗能低。如果燃燒室過剩氧含量高可能有一部分原料油要參加完全燃燒提供炭黑反應(yīng)生成熱量，造成炭黑消耗增加;這些燒掉或裂解的原料油占總原料油為1155/4900×100%=23.6%。從反應(yīng)爐內(nèi)過?？諝夥治觯抗锶剂嫌屯耆紵碚撔杩諝饬?.4NM3/kg，上、下切燃燒室燃料油合計(jì)460公斤燃料油完全燃燒需空氣量460×9.4=4324NM3/h，那么燃燒室內(nèi)剩余空氣量10000-4324=5676NM3/h，這些過?？諝夂屠碚撚?jì)算過剩的原料油1155kg/h相比，工藝空氣不足，只能不完全燃燒反應(yīng)，為生成炭黑提供熱量;按不完全燃燒(不完全燃燒理論需空氣量取完全燃燒的50%即4.7NM3/kg)計(jì)算，實(shí)際燃燒室內(nèi)剩余空氣量5676Nm3/h，這些過?？諝獠煌耆紵脑嫌?676/4.7Nm3/kg =1207kg/h，實(shí)際反應(yīng)過程被燒掉的1155kg/h，多余原料油1207-1155=52kg/h，必須與燃燒室生成的CO2發(fā)生反應(yīng)。公式C+CO2=2CO 說明原料油中的碳C與完全燃燒生成的CO2進(jìn)行吸熱反應(yīng)。

影響因素主要有工藝空氣過剩流量、燃料油完全燃燒提供熱量、原料油品種和霧化介質(zhì)及原料油槍推進(jìn)位置。

影響因素：

4.1、燃料油完全燃燒提供熱量過剩空氣流量對(duì)指標(biāo)影響

炭黑生產(chǎn)企業(yè)使用燃料作為完全燃燒來提供熱量，燃料系統(tǒng)采用燃油或燃?xì)?，關(guān)于燃燒室燃料油或燃料氣燃燒情況，各炭黑企業(yè)控制有所不同，燃料燃燒需要空氣流量有些按燃燒模型來給定，也有按空氣和原料油或煤氣的比值來控制，一般來說切向燃燒室溫度越高，燃料部分需要越多，也就是一次燃燒率越低，燃燒室產(chǎn)生高溫氣流量越小，反之產(chǎn)生高溫氣量越大。

軟質(zhì)炭黑由于其裂解生成反應(yīng)溫度較低，停留時(shí)間較長，如果原料油霧化不好，油滴不能及時(shí)汽化和裂解就容易產(chǎn)生焦粒而導(dǎo)致45μm篩余物偏多。如果停留時(shí)間不足，裂解不充分，就會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品炭黑表面殘留的油偏多形成油膜，從而影響其橡膠物理機(jī)械性能。為此生產(chǎn)軟質(zhì)炭黑不宜采用硬質(zhì)炭黑提高燃燒氣流的溫度，需有最高的火焰溫度和最少的過剩空氣百分?jǐn)?shù)。所以軟質(zhì)炭黑一次燃燒率一般控制180%-240%。

4.2燃料油完全燃燒提供熱量

燃料燃燒計(jì)算：

前面計(jì)算1kg煤焦油烴理論空氣量L0=9.4Nm3/ kg，煤焦油燃燒產(chǎn)物計(jì)算依據(jù)公式：Vn=VCO2+ VH2O+ VCO2+ VSO2+ VO2+ VN2

式中：VCO2=0.01865C

VH2O =0.112H+0.01243H2O、VN2=0.008N+0.79(a)L0

VSO2=0.0068S 、VO2=0.21(a-1)L0

上式中L0—煤焦油理論空氣量Nm3/kg;高溫燃燒氣體Vn=0.01865C+0.112H+0.01243H2O+0.0068S+0.21(a-1)L0+0.008N+0.79aL0

當(dāng)一次燃燒率a=100%時(shí)，Vn=9.69Nm3/kg;

每1kg煤焦油進(jìn)入燃燒室產(chǎn)生燃?xì)饬髁浚?kg煤焦油完全燃燒理論需空氣量L0=9.4NM3/kg;高溫燃燒氣體Vn=V0+(a-1)L0;

通過公式選擇一次燃燒率從100%到260%對(duì)應(yīng)計(jì)算列入下表，

通過計(jì)算得出燃燒室提供熱量有所不同，對(duì)炭黑產(chǎn)品全油耗有所不同，一次燃燒率較高，相對(duì)單耗降低，但是，從反應(yīng)過程機(jī)理看，反應(yīng)生成過程一次燃燒率高，反應(yīng)爐內(nèi)過?？諝饬髁烤投?，原料油霧化后油滴與過?？諝庵醒醴磻?yīng)或勢必要消耗部分原料油來提供熱量。從上匯總表看，一次燃燒率180%和220%對(duì)比燃燒室460kg/h燃料油產(chǎn)生的高溫氣體流量由7917增加到9646Nm3/h，煙氣體積增加19.3%，相對(duì)高溫?zé)煔鈳胛锢頍彷^多。

4.3、原料油品種和霧化介質(zhì)及原料油槍推進(jìn)位置

4.3.1原料油噴嘴及霧化

國內(nèi)使用旋風(fēng)反應(yīng)爐生產(chǎn)炭黑所使用原料油為煤焦油、煤焦油蒽油配比油、煤焦油加工油等，原料油霧化方式都為載體霧化，霧化介質(zhì)為蒸汽或壓縮空氣，使用原料油噴嘴有單孔、多孔、單孔內(nèi)部帶旋流槽等幾種形式。噴嘴結(jié)構(gòu)都是內(nèi)混形式，即這種噴嘴霧化劑與燃料油的混合, 或是說霧化劑對(duì)原料油的沖擊發(fā)生于噴嘴體腔的內(nèi)部，故稱內(nèi)混式噴嘴。內(nèi)混式高壓氣流霧化噴嘴特點(diǎn)是有一個(gè)較大的內(nèi)混室，油在混合室內(nèi)與霧化劑混合后，從噴出孔噴出并膨脹、霧化。良好的預(yù)混合霧化，可減少霧化劑的氣耗，提高燃燒速度，縮短火焰長度。內(nèi)混式噴嘴的燃油噴口不受高溫輻射，可防止燃油裂化而堵塞噴口。

原料油液滴噴射霧化過程分為三個(gè)階段：一是原料油進(jìn)入油管內(nèi)管，經(jīng)管頭徑向噴孔高速噴出形成油霧。;二是高壓蒸汽或壓縮空氣從內(nèi)管外的環(huán)隙進(jìn)人，經(jīng)過圓孔型分布板重新分布，與油霧剪切混合;三是霧滴在氣體中進(jìn)一步破碎階段，通過噴嘴霧化，使液體燃料形成顆粒微小、尺寸均勻的液霧以增加液體燃料與助燃空氣之間的接觸面積，促進(jìn)蒸發(fā)，從而使燃料得到充分有效地燃燒，而且霧化越細(xì)燃燒就越充分。

影響原料油霧化的因素主要有油的溫度(決定粘度和油的表面張力)，油與霧介質(zhì)的相交角接觸面積及霧化介質(zhì)的重度和壓力等。適當(dāng)?shù)靥岣哽F化介質(zhì)壓力，相應(yīng)提高了霧化速度，有利于提高霧化效果;噴嘴出口直徑不同，噴嘴內(nèi)液體的分布也不同。由于小口徑噴嘴產(chǎn)生的壓降大，增大了氣液流的相對(duì)速度，有利于霧化原料油。

對(duì)煤焦油來說，溫度120℃下可以得到良好的霧化效果，炭黑原料油密度達(dá)到1.22g/cm3時(shí)，預(yù)熱溫度達(dá)到145℃時(shí)，隨著溫度提高粘度變化不大，達(dá)到恩氏粘度3～5。E，說明原料油粘度降低，流動(dòng)性較好和且霧化不受影響。實(shí)際炭黑生產(chǎn)線都配備原料油預(yù)熱器，通常原料油預(yù)熱溫度180-220℃左右，扣除壓縮空氣做霧化介質(zhì)造成原料油溫度降低因素，說明在線原料油預(yù)熱溫度是能滿足工藝要求的。

3.2原料油油槍位置調(diào)整與炭黑油耗關(guān)系

炭黑生產(chǎn)工藝控制過程，原料油槍定位是穩(wěn)定生產(chǎn)的關(guān)鍵，如何確保原料油霧化延伸控制在B段縮口區(qū)域，若來自燃燒室的旋轉(zhuǎn)氣流不平衡，造成氣流旋向偏移，原料油存在油滴還沒有與旋轉(zhuǎn)高溫燃燒氣體完全反應(yīng)生成炭黑，就接觸爐壁結(jié)焦，損壞耐火材料，甚至造成炭黑產(chǎn)品篩余物超標(biāo)。

從反應(yīng)爐截圖看，分析反應(yīng)爐A、B段內(nèi)部高溫燃燒氣流的旋流狀態(tài)，來自上、下燃燒室的高溫燃燒氣流進(jìn)入燃燒室A段內(nèi)部，工況工藝流速90m/s，速度越大，旋轉(zhuǎn)越強(qiáng)，但旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度衰減也快，反應(yīng)段B末端設(shè)有縮口段，連接B段的C1段還設(shè)有節(jié)流環(huán)段，這兩部分縮口變化都有利于旋轉(zhuǎn)氣流的加強(qiáng)，

從截圖原料油槍定位看，原料油槍向縮口移動(dòng)，對(duì)生產(chǎn)炭黑過程有利，因?yàn)榉磻?yīng)爐結(jié)構(gòu)尺寸固定后，原料油霧化火燃長度一定，當(dāng)原料油槍越靠近縮口，來自燃燒室的高溫氣流越易包裹覆蓋原料油霧化油滴，霧化區(qū)域越易控制在縮口內(nèi)部，避免原料油霧化油滴被切向旋轉(zhuǎn)氣流輸送偏移，并接觸耐火材料，造成原料油結(jié)焦形成篩余物。同時(shí)通過軸向原料油槍的定位調(diào)整，通常認(rèn)為原料油槍噴嘴點(diǎn)距離C1段的節(jié)流環(huán)末端的立體空間作為原料油主要反應(yīng)空間，此反應(yīng)空間容積減小，提高反應(yīng)核心濃度，霧化原料油反應(yīng)越強(qiáng)烈，反應(yīng)可強(qiáng)化炭黑生成粒子聚集，有利于炭黑指標(biāo)吸碘值、DBP的增加，加快炭黑生成反應(yīng)速度。

以3萬噸軟質(zhì)炭黑生產(chǎn)線油-油工藝路線為例，工藝空氣流量一定，燃料油煤焦油，原料油為炭黑油。當(dāng)原料油油槍向B段縮口移動(dòng)100mm和200mm后，過程結(jié)果如下表。

實(shí)際上，由于縮小爐徑的結(jié)果，不僅能提高反應(yīng)段的輻射強(qiáng)度，而且，當(dāng)溫度和壓力不變時(shí)，反應(yīng)速度僅與參與反應(yīng)的反應(yīng)物濃度有關(guān)，會(huì)增加了反應(yīng)物一炭黑核心的濃度，無疑會(huì)提高炭黑的質(zhì)量和收率。

五、反應(yīng)爐內(nèi)部旋轉(zhuǎn)氣流穩(wěn)定

實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行表明，當(dāng)上、下切燃燒室出口高溫燃燒氣體進(jìn)入反應(yīng)爐A段后，由切向進(jìn)入的兩股混合氣體在爐內(nèi)呈同向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，切向燃燒方式中每個(gè)燃燒室所產(chǎn)生的火焰是通過反應(yīng)爐爐內(nèi)的整體熱質(zhì)傳遞來穩(wěn)定的，在反應(yīng)爐A/B段內(nèi)形成一個(gè)旋轉(zhuǎn)的燃燒火焰鋒面并旋渦向前流動(dòng)，兩切向的混合在反應(yīng)爐A/B空間逐漸達(dá)到均勻.如果兩處高溫氣流受反應(yīng)爐A段進(jìn)口存在局部阻力引起氣流發(fā)生旋轉(zhuǎn)紊亂，由于軟質(zhì)炭黑原料油霧化噴嘴壓力較高，常壓狀態(tài)下火燃長度約4-5米左右，工作狀態(tài)下火燃長度約2-3米左右，加上原料油霧化不足，造成部分原料油微粒接觸反應(yīng)爐爐壁結(jié)焦，進(jìn)而引起局部耐火材料損壞。一旦部分耐火材料損壞，加劇旋轉(zhuǎn)氣流惡化，炭黑生產(chǎn)過程出現(xiàn)偏移，生產(chǎn)過程炭黑產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)篩余物波動(dòng)超標(biāo)。

另一方面保證原料油霧化扇面在反應(yīng)爐B段縮口區(qū)域，還與兩個(gè)燃燒室產(chǎn)生廢氣流量有關(guān)，也就是生產(chǎn)工藝空氣流量多少，當(dāng)反應(yīng)爐型固定后，工藝空氣流量增加，同時(shí)原料油原料油霧化扇面要增大，兩個(gè)燃燒室產(chǎn)生高溫燃燒氣體同向混合相對(duì)包裹原料油霧化扇面要小。

6、實(shí)際生產(chǎn)過程注意的問題

1.原料油噴嘴使用前要做水壓試驗(yàn)，模擬原料油使用水，霧化介質(zhì)使用壓縮空氣，調(diào)整霧化流量，確保噴嘴出口沒有水滴現(xiàn)象。

2.原料油噴嘴減小，原料油霧化質(zhì)量提高，炭黑產(chǎn)品質(zhì)量提高，反之減低，但原料油現(xiàn)場噴嘴壓力和霧化介質(zhì)壓力要控制得當(dāng)，一般現(xiàn)場霧化介質(zhì)壓力和原料油壓差要大于0.09-0.1MPA，否則原料油壓力較高出現(xiàn)油封堵霧化介質(zhì)情況，原料油霧化質(zhì)量降低。

3.反應(yīng)爐B段縮口位置的測溫點(diǎn)要投用，通常熱電偶和爐壁齊平就可，生產(chǎn)N660時(shí)正常溫度1250℃-1280℃，因?yàn)檫@點(diǎn)溫度可以反映生成炭黑溫度，與炭黑產(chǎn)品吸碘值具有相關(guān)性，如果過剩空氣量較多，必然會(huì)有較多原料油參與完全燃燒，造成局部區(qū)域耐火材料溫度高，炭黑生產(chǎn)反應(yīng)生成區(qū)域后移。

六、結(jié)論

1、針對(duì)旋風(fēng)軟質(zhì)炭黑反應(yīng)爐生產(chǎn)炭黑質(zhì)量的影響因素較多，首先炭黑反應(yīng)爐內(nèi)部耐火材料表面完好是前提，原料油密度控制小于1.23g/cm3與原料油霧化介質(zhì)壓力和流量相關(guān)性，軸向原料油油槍定位與生產(chǎn)炭黑噴嘴質(zhì)量和單耗息息相關(guān)，原料油油槍靠近B段縮口，可較好確保原料油霧化反應(yīng)進(jìn)入縮口內(nèi)部，避免原料油霧滴接觸耐火材料表面，引起耐火材料損壞。

2、生產(chǎn)企業(yè)也可通過改變B段縮口形式，將B段縮口突擴(kuò)形式該為漸擴(kuò)形式過度，這樣可確保反應(yīng)爐B段高溫燃燒氣流的旋流強(qiáng)度衰減的減少，強(qiáng)制將原料油高壓霧化油滴被氣流包裹覆蓋，強(qiáng)化炭黑生成反應(yīng)，降低反應(yīng)爐耐火材料制作成本。

3、霧化介質(zhì)用壓縮空氣的壓力要保持恒定，過大的波動(dòng)，顯然會(huì)引起霧化不均勻，特別是壓力突然下降時(shí)，霧化流量不足，會(huì)產(chǎn)生原料油油滴嚴(yán)重粘壁現(xiàn)象。因此，壓縮空氣控制系統(tǒng)確保供給。

4、采用高壓蒸氣作為霧化氣體時(shí)，應(yīng)當(dāng)在其進(jìn)入噴嘴前將蒸氣疏水。最好采用過熱蒸汽，代替壓縮空氣霧化原料油。

5、原料油噴嘴直徑減小，原料油霧化質(zhì)量提高，炭黑產(chǎn)品質(zhì)量提高，反之減低，但原料油現(xiàn)場噴嘴壓力和霧化介質(zhì)壓力要控制得當(dāng)，一般現(xiàn)場霧化介質(zhì)壓力和原料油壓差要大于0.09-0.1MPA，否則原料油壓力高時(shí)出現(xiàn)原料油封堵霧化介質(zhì)，造成霧化效果下降。

參考文獻(xiàn)：

       1、李顯堂，提高新工藝炭黑收率的探討 炭黑工業(yè)，[1]，1995。

2、高壓霧化噴嘴 邵熤昌 工業(yè)爐 1988年第3期

3、孫學(xué)良 萬噸級(jí)軟質(zhì)炭黑反應(yīng)爐的發(fā)展及應(yīng)用 炭黑工業(yè)， [3]，2005。

4、燃油霧化理論研究 林洪義、譚鳳娟 現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備 2009第4期