李永田新奧工業節能中心
關鍵詞：炭黑；節能；餘熱**；
0 前言
炭黑工業是一種高能耗的，也是典型的大氣汙染源化學產業。生產炭黑的原料主要是煤焦油和乙烯焦油，這些原料也都可以作為工業燃料，本身也是能源。故此對炭黑工業節能降耗，提高有性能源的利用率，具有現實的經濟效益和保護環境及清潔生產的雙重意義。
節能對炭黑工業已是相當重要。
1 炭黑工藝概述
目前，油爐法炭黑產量佔總我國炭黑總產量的95%以上。目前已成熟、較先進的雙油路炭黑生產工藝見圖1。這類炭黑工藝流程圖多用於年萬噸級別的生產。
已採用的節能裝置有：空氣預熱器、油預熱器、尾氣鍋爐。炭黑尾氣中除含微量的炭黑微粒外，還含有co、h2、ch4、n2、co2、o2、cnhm、sox、h2s及h2o等，如某碳黑生產企業的碳黑尾氣成分（體積比）為：
注：除了表中的成分外，還有少量o2、so2、h2s等；a為灰份。
從上述表中可以得出：
1、炭黑尾氣是一種熱值很低的可燃性氣體，大約為650kcal/nm3；
2、炭黑尾氣是一種劇毒氣體；
3、炭黑尾氣是一種易爆氣體；
4、炭黑尾氣中含有大量的水分；水分**有兩處：①工藝冷卻水；②烴類物質燃燒而生成水。
5、炭黑尾氣中的各種成分的含量是很不穩定；
炭黑生產中的尾氣量是很大的，其所含的總能量約合炭黑生產總能量的30%～40%左右。
圖1：炭黑工藝生產流程
2 炭黑尾氣利用技術
炭黑尾氣利用技術可分為兩塊：
① 尾氣燃燒熱**技術；
② 炭黑反應爐的高溫炭黑煙氣顯熱**技術。
㈠炭黑尾氣燃燒熱利用技術
目前炭黑尾氣燃燒生產蒸汽供熱的方法在20世紀70年代就被有些炭黑生產廠家採用。2023年，邵陽炭黑廠第一台1500kw的炭黑尾氣發電機組建成投產。目前的尾氣燃燒發電技術大部分採用上述工藝，如：
年產2萬噸硬質炭黑按先進生產線可產生尾氣約為22000nm3/h，炭黑尾氣全部**利用，其中20%部分作炭黑迴轉乾燥機熱源的燃料，80%部分尾氣送至尾氣鍋爐作燃料。來自袋濾器的炭黑尾氣，經加壓風機輸送到餘熱鍋爐的噴燃器內和預熱到250℃熱空氣混合燃燒，產生900～1000℃的煙氣，加熱鍋爐內的水，產生2.45mpa的飽和蒸汽。
此飽和蒸汽，經過熱器過熱，成為溫度為400℃、2.45mpa的過熱蒸汽。該過熱蒸汽在透平機內膨脹做功，帶動發電機高速旋**電。
如目前已採用的qc12及qc22型低熱值尾氣預熱器鍋爐效能引數如下：
裝機容量及相應的配套設計
從表中，我們可以看出炭黑尾氣餘熱發電機組，**得到的電能及熱能的經濟效益十分可觀。一台年產1萬噸的油爐法炭黑廠，安裝發電機組後每年發電10mkv，按照工業用電0.7元計算，每年電費直接經濟效益700萬元。
採用背壓式發電機組，每年還可得到1.2mpa、7.2萬噸的蒸汽，每噸蒸汽按照120元計算，每年**蒸汽的費用達864萬元。
整套裝置合計年直接經濟效益1564萬元。
㈡炭黑尾氣顯熱利用技術
①原料油預熱器
對原料油進行預熱，可以增加原料油的流動性和霧化效果，通過原料油噴嘴注入反應爐的油滴更小，和高溫燃燒氣的混和更快更完全和均勻，可以有效地增加產能和收率，同時還可以有效地利用顯熱，減少冷卻水量。在以前的生產中一般原料油的預熱溫度是200℃左右，現在工藝均提高到260℃～280℃。從效果上看，200℃提高到260℃產能可以提高5%左右，收率可以提高3%左右。
②空氣預熱器
對於炭黑生產過程中的熱量用來加熱炭黑反應爐過程空氣技術，早在20世紀五六十年代就已使用，但由於材料和製造工藝的限制，**利用的水平較低，只能使用管殼式空氣預熱器，是過程空氣加熱到300℃左右。據資料：假定原料油價1000元/噸和1500元/噸的情況下做出以下的評價：
各種溫度的空氣預熱器評價
從上表中可以看出，在兩種油價和上述的裝置**情況下，目前採用800℃的空氣預熱器是最經濟的。當然，隨著能源資源的短缺、油價的**及裝置製造水平的提高和裝置**的下降，選用溫度更高一些的空氣預熱器是將來的乙個趨勢。
③急冷鍋爐及低溫餘熱鍋爐
油爐法炭黑生產的特點決定了炭黑的生成都是在高溫下進行的。生產炭黑的原料油在1800℃以上的環境下裂解後，煙氣的溫度仍有1300℃以上。而炭黑的收集又因為袋濾器材料的限制，必須在280℃以下。
目前，此段工藝熱利用僅僅侷限在空氣預熱器和油預熱器技術方面，為達到終止生成炭黑的反應和冷卻煙氣的目的，其餘熱量均通過噴水的方式來冷卻炭黑煙氣。採用噴水方式雖簡單易行，冷卻速度快，但缺點很有如下幾點：
①大量的熱能由水蒸氣帶走，無法**；
②增大煙氣量，增大風機能耗及袋濾器的負荷；
③炭黑尾氣的熱值降低，增加尾氣**難度；
④耗費大量的冷卻水；
如採用急冷鍋爐將高溫煙氣降至950℃左右，然後煙氣進入800℃的空氣預熱器，加熱空氣後，炭黑煙氣被冷卻至600℃以下，再加裝鍋爐水預熱器，將炭黑煙氣冷卻到350℃以下，稍微冷卻即可滿足濾袋器的使用溫度，該工序布置如下
預熱空氣800℃
這樣可以完全或部分代替原有的噴霧急冷水的冷卻工序，不用或少用冷卻水油。而急冷鍋爐利用這部分熱量每小時可產生4mpa、大約4噸的蒸汽，同時減少部分急冷水的使用，減少急冷水的使用可使濾袋器的使用壽命提高6個月。這部分蒸汽可以直接供附近的廠區使用，或者經過熱處理，可作為工業汽輪機的起源，可代替300kw左右的電動機工作。
低溫鍋爐採用煙管式餘熱鍋爐根據現場情況設計成立式或臥式，這部分餘熱可產生1.27mpa、大約4噸的蒸汽，減少了二次極冷水的使用量。
3 炭黑煙氣餘熱利用綜述
對於新建或在建的大、中型生產線均已配備尾氣發電機組。然而國內仍有大部分低產能及落後生產工藝的尾部煙氣通過燃燒直接排放，這既浪費了大量能源又嚴重汙染了環境。目前較先進、成熟的炭黑生產工藝過程，基本沒有加裝急冷鍋爐而低溫餘熱鍋爐則很少使用， 2萬噸級別採用一級和二級急冷水來實施降溫，每小時消耗的冷卻水量在8噸左右，溫度每降低300℃，冷卻水量可減少使用2.
5噸左右。加裝此類節能裝置後，冷卻水用量可以大大減少，**的熱量產生蒸汽，可以供本廠、附近廠區或生活採暖使用。對落後工藝的改造、增設節能裝置、提高能源利用率不僅具有直接的、可觀的經濟效益也是我們的社會使命和歷史使命。
各種炭黑牌號用途
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