化工炭黑尾气利用技术方案.docx
《化工炭黑尾气利用技术方案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化工炭黑尾气利用技术方案.docx（15页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
化工炭黑尾气利用技术方案
化工炭黑尾气利用技术方案
一、概述
炭黑主要用作橡胶补强剂,是仅次于生胶的第二大橡胶材料,在橡胶工业中的消耗量约占总产量的89.5%（其中在轮胎中的消耗量约占总产量的67.5%）。
炭黑由烃类化合物（液态或气态）经不完全燃烧或热裂解制成,主要由碳元素组成,以近似球体的胶体原生粒子及聚集体形式存在,外观呈黑色粉末。
炭黑一般加工（造粒）成直径为1～2mm的粒状产品使用。
炭黑尾气是炭黑生成反应中富含芳烃的油类不完全燃烧裂解的副产物，其成分相对复杂。
在输送炭黑的过程中，因工艺需要，喷人大量激冷水降温，因此炭黑尾气中水蒸气含量高，可燃成分较少，发热值很低，低位发热量约为2400kJ／m3（573kcal／m。
），相当于天然气的l／13，焦炉煤气的1／7。
炭黑尾气实际着火温度高达700℃左右，同时具有理论燃烧温度较低（约1100℃）、燃烧火焰短、火焰中心温度低、化学反应速度慢、不易回火、但易脱火等特点。
另外其成分中除含有苯、萘等易结晶物外，还含腐蚀性较强的S02、H2S。
炭黑尾气成分见表1。
表1：
炭黑尾气成分（单位：
%）
CO2
GnHm
O2
CO
CH4
H2
N2
N2O
3.2
0.2
3.0
14.8
0
4.7
42.0
32.1
根据本厂监测所产生的废气，其中年产4t的炭黑，其每年所产生的废气大约在32000㎥。
因此所生产的炭黑中所产生的尾气具有厂区生活使用的价值。
二、编制目的
2.1利用所产生的炭黑尾气作为本厂的余热锅炉能源消耗，通过尾气的利用满足本厂的生产和生活所需。
2.2对现有的余热锅炉进行改造，使锅炉能够燃烧炭黑所产生的尾气。
三、编制依据
3.1GB50273-2009锅炉安装工程施工及验收规范
3.2GB50203-2002砌体工程施工质量验收规范
3.3GB50126-2008工业设备及管道绝热工程施工规范
3.4GB13271-2001锅炉大气污染物排放标准
四、现状
现有4t/a炭黑生产线一条，年产量为4t，年尾气排放量32000㎥。
现有配备锅炉为4t燃煤蒸汽锅炉，锅炉压力1.25Mpa，温度194℃。
五、技术方案
5.1改造内容
对现有的燃煤锅炉进行改造，其主要改造为：
1、锅炉炉膛改造
2、锅炉新增燃烧设备
3、锅炉炉排改造
4、锅炉除渣改造
5、锅炉炭黑尾气进气口改造
6、防爆系统
7、自控系统
5.2改造工艺流程
炭黑尾气处理工艺流程示意图见下页图1。
各条生产线产生的尾气经尾气风机加压后，一路送到各生产线的尾气燃烧炉燃烧，用于烘干湿法造粒后的炭黑，另一路送至放空烟囱直接排放，第3路同另两条生产线的尾气汇合后，送至尾气锅炉。
5.3分项改造方案
5.3.1锅炉的炉膛改造
对现有的余热锅炉中炉膛前炉膛的水冷壁管进行拆除，前炉墙两边各拆除1组水冷壁管，用于燃烧器的改造。
清理锅炉炉膛，将受热面水冷壁管进行除锈、更换等。
重新砌筑两边炉墙。
5.3.2锅炉燃烧设备
5.3.2.1燃烧计算
可燃物质与氧进行激烈化合而伴有放热发光的物理一化学现象，称为燃烧。
炭黑尾气的燃烧也就是其中的H2、CO、CH4。
等可燃物质与氧气激烈化合，并放出热量的反应过程。
燃烧计算就是对燃烧过程进行物质平衡和热平衡的计算。
通过计算来说明燃料燃烧条件的特性，也就是燃烧时的空气需求量。
燃烧产物的成份和数量以及燃烧温度等。
由于炭黑尾气燃烧后的烟气中含有大量的水蒸气，当烟气的温度降低到一定值时，烟气中的水蒸气就会因饱和而凝结析出，也称为结露。
烟气中的水蒸气开始凝结析出时的温度称之为烟气的露点。
烟气达到露点时，水蒸气凝结的水就会附着在设备的表面，污染设备。
特别是在炭黑尾气中含有少量的硫化物，这些硫化物在燃烧后生成二氧化硫和三氧化硫。
这些硫的氧化
物不仅会使烟气的露点急剧上升，还会在设备表面生成稀硫酸液体，使金属设备受到腐蚀。
另外附属设备管道上的液体还会黏附灰尘杂质堵塞通道，增加输送的阻力，加大了动力消耗。
附：
燃烧计算表：
序号
名称
符号
单位
计算
数值
一、锅炉基本参数
（一）:
锅炉基本参数
1
锅炉额定蒸发量
D
t/h
设计取定
4
2
锅炉额定工作压力（绝对压力）
Ped
MPa
设计取定
1.324
3
给水温度
Tgs
℃
设计取定
20
4
给水压力（绝对压力）
Pgs
MPa
设计取定
1.373
5
出口蒸汽温度
tbq
℃
查表
192.449
6
出口蒸汽压力（绝对压力）
Pbq
MPa
设计取定
1.324
7
蒸汽湿度
W
%
设计取定
3
8
冷空气温度
tlk
℃
设计取定
30
9
排污率
ρ
%
设计取定
5
（一）:
燃料特性（应用基成份）
1
燃料容积百分数
H2
%
设计燃料数据
11
2
燃料容积百分数
N2
%
设计燃料数据
40
3
燃料容积百分数
O2
%
设计燃料数据
1.5
4
燃料容积百分数
CO
%
设计燃料数据
12
5
气体燃料中含水量
WW
g/Nm3
设计燃料数据
286
6
低位发热量
Qxr
kJ/Nm3
设计燃料数据
2724.062
7
理论空气量
VAir
m3/Nm3
0.476
8
RO2容积
VRO2
m3/Nm3
0.12
9
理论N2容积
V°N2
m3/Nm3
0.776
10
理论H2O容积
V°H2O
m3/Nm3
0.472
三、热平衡参数及计算
（一）:
热平衡计算
序号
名称
符号
单位
计算
数值
1
冷空气理论热焓
Ilk
kJ/Nm3
18.501
2
排烟温度
Tpy
℃
先假定，后校核
129.15
3
排烟热焓
Ipy
kJ/Nm3
查焓温表
296.77
4
排烟热损失
q2
%
9.808
5
气体不完全燃烧热损失
q3
%
《标准》附表5
0.5
6
固体不完全燃烧热损失
q4
%
《标准》附表5
0
7
散热损失
q5
%
《标准》表4-1
2.9
8
锅炉总热损失
∑q
%
13.208
9
锅炉的效率
η
%
86.792
10
保热系数
ψ
0.968
11
饱和蒸汽焓
igq
kJ/kg
《标准》附表15
2786.155
12
饱和水焓
ibs
kJ/kg
《标准》附表13
818.497
13
给水焓
igs
kJ/kg
《标准》附表14
85.155
14
汽化潜热
r
kJ/kg
《标准》附表13
1961.634
15
锅炉有效利用热
Qgl
kJ/h
10715273.4
16
总燃料消耗量
B
Nm3/h
4532.161
17
计算燃料消耗量
Bj
Nm3/h
4532.161
5.3.2.2燃烧过程
（1）着火：
着火发生在燃烧之前，是燃烧的准备阶段。
可燃气体由稳定的氧化反应突然转化为不稳定的氧化反应，称之为着火，而产生突变点温度称之为着火温度。
炭黑尾气的着火温度，不仅与其本身的物理化学性质有关，还与所在环境的热力条件有关，也就是与它的成份，可燃气体的浓度和它所在环境的温度、压力以及散热情况有关。
（2）点火
我们在把炭黑尾气作为燃料使用时，都需将其点燃，也就是在燃烧室中的高温点火源的不
停作用下，瞬间使其着火。
炭黑尾气在与空气混合后，发生着火燃烧的最低温度称为它的着火温度。
着火温度并不是一个常数，它与尾气中所含可燃气体的种类，浓度及其各种成份的混合均匀程度有关，还与燃烧设备的结构形式、热容量、有无催化作用的物质存在等外部条件有关，同时还会随着炭黑尾气中水蒸气和氮气等惰性气体的浓度的增加而升高。
（3）火焰的传播
如果在点火时，气体不是全部着火，而是使点火的部分燃烧，此时在点火处就会形成一个很厚的高温燃烧面，此焰面不断向来被点燃的气体方向传播，这种燃烧想象称之为火焰的传播过程，而火焰面的移动速度，就称为火焰的传播速度。
火焰传播速度的大小与以下几种因素有关：
①混合可燃气体的物理化学性质有关，如导温系数大的火焰传播速度也大。
②与混合气体中可燃气体的含量有关。
④如火焰在管道内传播的话，则是与管道的管径有关。
④另外如火焰传播速度与可燃气体的初温有关，初温越高，火焰的传播速度越大。
⑤与燃气中的惰性气体的含量有关。
另外当炭黑尾气中还含有粉尘的话，则其火焰传播速度还与粉尘的性质及含量有关。
炭黑尾气的火焰传播速度可通过相关公式计算得知。
（4）稳定燃烧
①稳定燃烧的条件
a、可燃气体与空气的混合，由于炭黑尾气中的可燃成份较少，大部分是惰性气体，其混合过程远比燃烧过程要漫长，炭黑尾气的充分燃烧必须要采取必要的措施来保证其很好地与空气混合。
b、在它的燃烧过程中，创造条件增加火焰面和提高火焰的传播速度，可以对参与燃烧的空气、尾气进行预热和减少火焰散热等的方法来提高火焰传播速度。
c、为促使可燃气体与空气的混合，可采取使气流产生旋转等方法来改变气流的方向速度．加强其扰动。
d、设置稳定的火源，使可燃物能连续地着火燃烧。
e、燃烧装置的设计要合理，不能产生脱火和回火现象。
②焰的脱火及预防：
燃烧时的脱火就是燃气火焰脱离火口后，不能连续的稳定燃烧，这种现象称为脱火。
脱火现象产生的原因是因为燃气或其与空气的混合物的流速（指在火焰面法线方向的分量）大于其火焰的传播速度造成的。
一般可以通过以下措施来防止脱火：
a、保持合适的炭黑尾气压力
b、选择安全炭黑尾气的燃烧器
c、设置必要的稳焰装置
d、提高燃烧室的热负荷
e，炭黑尾气的成分相对稳定
f、合理地送风
⑦回火现象及其预防
回火现象就是火焰缩回火孔内部燃烧的现象。
产生回火的原因是：
由于燃烧气体的流速（在燃烧焰面法线方向的分量）小于火焰的传播速度造成的，是一种不稳定燃烧的现象。
产生回火一般由下列原因造成：
a、燃气的性质与燃烧器形式不符合
b、一次空气量过小
c，燃气通过火孔的速度太小
防止回火的措施一般有：
a、保证混合气体以燃烧器出口处进入燃烧室处的速度场分布均匀。
如果分布不均匀，局部地区会造成逆向漩涡。
也会发生回火
b、冷却燃烧器的火部。
使燃气出口处的火焰传播速度降低。
c、采用合适炭黑尾气的燃烧器
d、配送合理的空气量
e、减小燃气流道的阻力
3、炭黑尾气的爆炸特性
（1）着火浓度极限
可燃气体与空气并不是在任何混合比例下都能使火焰在其中传播，而是只有它们的混合物在一定的浓度范围内，才能产生火焰的传播。
这浓度范围的上下限称为该可燃气体的着火浓度极限，也称为其爆炸极限。
如果在着火浓度范围内的可燃气体处于一密闭容器内，遇有明火，则可燃气体与空气的混合物几乎可以在瞬间完成燃烧，也就形成了爆炸。
这种情况在我们对炭黑尾气的使用中也曾有发生，是应该避免的。
炭黑尾气的着火浓度极限也可通过相关公式求取。
（2）影响着火浓度极限的原因：
着火浓度不是一个不变的范围，它会随着下列的环境因素的变化而变化。
a，气体所在容器的容积大小的影响，一般内径小的容器，其着火浓度极限范围变窄
b，温度的影响，随着所在环境温度的升高，其范围会扩大
c，压力的影响，低压的情况下，着火浓度极限范围变化不大，在高压时，甲烷等的
升级会员 