一種線外預(yù)熱工藝空氣的炭黑節(jié)能生產(chǎn)方法及裝置與流程

本發(fā)明屬于炭黑工業(yè)的技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種線外預(yù)熱工藝空氣的炭黑節(jié)能生產(chǎn)方法及裝置。

背景技術(shù)：

炭黑工業(yè)屬于高耗能工業(yè)領(lǐng)域，其中炭黑產(chǎn)品熱量的占比不足反應(yīng)輸入總熱量的50％。因此，炭黑節(jié)能系統(tǒng)的配置在生產(chǎn)過程中尤為重要，也是控制炭黑產(chǎn)品綜合能耗的關(guān)鍵所在。

目前，炭黑生產(chǎn)的節(jié)能方法主要是針對高溫炭黑煙氣物理熱和副產(chǎn)尾氣化學(xué)熱的回收利用。

高溫炭黑煙氣物理熱的回收是在流程中依次設(shè)置了高溫空氣預(yù)熱器、余熱鍋爐、原料油預(yù)熱器，利用炭黑反應(yīng)生成的含炭黑高溫?zé)煔獾奈锢頍犷A(yù)熱工藝空氣、產(chǎn)生蒸汽、預(yù)熱反應(yīng)所需原料油，充分回收系統(tǒng)的熱量。在炭黑生產(chǎn)過程中，為了終止炭黑生成反應(yīng)，需要將炭黑煙氣降低到1250℃左右。又因?yàn)樵诰€空氣預(yù)熱器煙氣入口溫度最高不能超過950℃，因此常用在反應(yīng)爐急冷段噴入急冷水的方法，將煙氣降低到950℃。如此一來，在950℃～1250℃煙氣中的物理熱就白白浪費(fèi)了，而且還在炭黑急冷過程中噴入大量急冷水。這樣不僅浪費(fèi)了大量的水資源，能耗大，而且使得炭黑煙氣中水蒸氣含量增加，給后部收集系統(tǒng)增加了負(fù)荷，同時(shí)也增加了相應(yīng)設(shè)備、土建等的造價(jià)。

又因?yàn)榉磻?yīng)爐出口煙氣煙氣中含有大量炭黑粉塵，在線空氣預(yù)熱器換熱時(shí)煙氣選擇走管程，極易黏附在管束中，容易造成傳熱效果下降，所以通常選用高流速，大管徑，加之溫差的加劇導(dǎo)致空氣預(yù)熱器的熱應(yīng)力增大，所以要求使用特殊的材料及結(jié)構(gòu)，設(shè)備成本造價(jià)很高，使用壽命亦不長。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中上述的不足，本發(fā)明提供一種線外預(yù)熱工藝空氣的炭黑節(jié)能生產(chǎn)方法及裝置，本方法及裝置實(shí)現(xiàn)了更高的空氣預(yù)熱溫度，降低燃料消耗量，還可以提高炭黑的收率以及尾氣的熱值，從而使得產(chǎn)品綜合能耗大幅度下降。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的解決方案是：

一種線外預(yù)熱工藝空氣的炭黑節(jié)能生產(chǎn)方法，本方法包括以下步驟，

a、炭黑反應(yīng)爐反應(yīng)產(chǎn)生的反應(yīng)爐煙氣依次通入高梯度急冷換熱器、余熱鍋爐、原料油預(yù)熱器后送至主袋濾器；反應(yīng)爐煙氣經(jīng)主袋濾器分離出炭黑與尾氣；

b、炭黑引入炭黑后處理裝置；

c、尾氣分為a、b、c三股；a股尾氣引入炭黑處理裝置，b股尾氣引入尾氣燃燒器，與定量空氣燃燒產(chǎn)生燃余氣，將燃余氣引入高溫空氣預(yù)熱器來進(jìn)行線外預(yù)熱工藝空氣，再將空氣引入炭黑反應(yīng)爐的燃燒段，c股尾氣引入尾氣發(fā)電裝置用于發(fā)電。

一種線外預(yù)熱工藝空氣的炭黑節(jié)能生產(chǎn)裝置，包括依次連接的炭黑反應(yīng)爐、高梯度急冷換熱器、余熱鍋爐、原料油預(yù)熱器和主袋濾器，炭黑反應(yīng)爐包括依次連接的燃燒段、喉管段和急冷段，主袋濾器下端連接有炭黑后處理裝置，主袋濾器上端設(shè)有尾氣加壓風(fēng)機(jī)，尾氣加壓風(fēng)機(jī)的進(jìn)風(fēng)端與主袋濾器上端連通，尾氣加壓風(fēng)機(jī)的出風(fēng)端連接有尾氣分支管；尾氣分支管包括a股尾氣管、b股尾氣管和c股尾氣管，a股尾氣管與炭黑后處理裝置連通，b股尾氣管的出風(fēng)端連接有尾氣燃燒器，尾氣燃燒器的出風(fēng)端連接有高溫空氣預(yù)熱器，高溫空氣預(yù)熱器與燃燒段連通。

進(jìn)一步地，高溫空氣預(yù)熱器上連接有主供風(fēng)機(jī)。

進(jìn)一步地，高溫空氣預(yù)熱器上方連接有燃燒空氣預(yù)熱器，燃燒空氣預(yù)熱器上方固定連接有排氣煙筒。

進(jìn)一步地，燃燒空氣預(yù)熱器與尾氣燃燒器的進(jìn)氣口之間連接有預(yù)熱管。

進(jìn)一步地，燃燒空氣預(yù)熱器外設(shè)有燃燒空氣供風(fēng)機(jī)，燃燒空氣供風(fēng)機(jī)的出風(fēng)口與高溫空氣預(yù)熱器、燃燒空氣預(yù)熱器連通。

進(jìn)一步地，高溫空氣預(yù)熱器包括通空氣的殼體以及通燃余氣的倒u型管式結(jié)構(gòu)，倒u型管式結(jié)構(gòu)設(shè)置在殼體內(nèi)，殼體底部兩側(cè)設(shè)有空氣入口和空氣出口，倒u型管式結(jié)構(gòu)兩端設(shè)有煙氣入口和煙氣出口，空氣入口與煙氣出口同側(cè)，空氣出口與煙氣入口同側(cè)。

本發(fā)明的有益效果如下：本方法取消了現(xiàn)有的在線高溫空氣預(yù)熱器，采用旁路前置尾氣燃燒器加新型的高溫空氣預(yù)熱器配套使用，將入爐工藝空氣預(yù)熱溫度從800℃提升至1000℃左右，從而減少燃料油的消耗量，直接降低炭黑生產(chǎn)能耗，并提高炭黑的收率，從而使得產(chǎn)品成本大幅度下降。首先，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了更高的工藝空氣預(yù)熱溫度，降低了燃料消耗量，還提高了炭黑的收率以及尾氣的熱值，從而使得產(chǎn)品綜合能耗大幅度下降。其次，高溫空氣預(yù)熱器具有經(jīng)濟(jì)性和長期運(yùn)行的高效穩(wěn)定性。第三，高梯度急冷換熱器的應(yīng)用減少了急冷水用量、降低后部收集系統(tǒng)造價(jià)，同時(shí)生產(chǎn)的蒸汽再投入炭黑生產(chǎn)，循環(huán)利用能源，綜合節(jié)能效果顯著。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的線外預(yù)熱工藝空氣的工藝流程圖。

圖2為本發(fā)明的高溫空氣預(yù)熱器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖中：

1、炭黑反應(yīng)爐；101、燃燒段；102、喉管段；103、急冷段；2、高梯度急冷換熱器；3、余熱鍋爐；4、原料油預(yù)熱器；5、主袋濾器；6、炭黑后處理裝置；7、尾氣加壓風(fēng)機(jī)；801、a股尾氣管；802、b股尾氣管；803、c股尾氣管；9、尾氣燃燒器；10、高溫空氣預(yù)熱器；1001、殼體；1002、倒u型管式結(jié)構(gòu)；1003、空氣入口；1004、空氣出口；1005、煙氣入口；1006、煙氣出口；11、主供風(fēng)機(jī)；12、燃燒空氣預(yù)熱器；13、排氣煙筒；14、預(yù)熱管；15、燃燒空氣供風(fēng)機(jī)。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述：

參照附圖1和附圖2，本發(fā)明提供一種線外預(yù)熱工藝空氣的炭黑節(jié)能生產(chǎn)方法及裝置，本發(fā)明的線外預(yù)熱工藝空氣的炭黑節(jié)能生產(chǎn)方法包括以下步驟，

a、炭黑反應(yīng)爐1反應(yīng)產(chǎn)生的反應(yīng)爐煙氣依次通入高梯度急冷換熱器2、余熱鍋爐3、原料油預(yù)熱器4后送至主袋濾器5；反應(yīng)爐煙氣經(jīng)主袋濾器5分離出炭黑與尾氣；

b、炭黑引入炭黑后處理裝置6；

c、尾氣分為a、b、c三股；a股尾氣引入炭黑處理裝置6，b股尾氣引入尾氣燃燒器9，與定量空氣燃燒產(chǎn)生燃余氣，將燃余氣引入高溫空氣預(yù)熱器10來進(jìn)行線外預(yù)熱工藝空氣，再將空氣引入炭黑反應(yīng)爐1的燃燒段101，c股尾氣引入尾氣發(fā)電裝置用于發(fā)電。

首先，本炭黑節(jié)能生產(chǎn)方法及裝置實(shí)現(xiàn)了更高的工藝空氣預(yù)熱溫度，降低了燃料消耗量，還提高了炭黑的收率以及尾氣的熱值，從而使得產(chǎn)品綜合能耗大幅度下降。其次，高溫空氣預(yù)熱器10具有經(jīng)濟(jì)性和長期運(yùn)行的高效穩(wěn)定性。第三，高梯度急冷換熱器2的應(yīng)用減少了急冷水用量、降低后部收集系統(tǒng)造價(jià)，同時(shí)生產(chǎn)的蒸汽再投入炭黑生產(chǎn)，循環(huán)利用能源，綜合節(jié)能效果顯著。

本發(fā)明的線外預(yù)熱工藝空氣的炭黑節(jié)能生產(chǎn)裝置包括依次連接的炭黑反應(yīng)爐1、高梯度急冷換熱器2、余熱鍋爐3、原料油預(yù)熱器4和主袋濾器5，高梯度急冷換熱器2利用炭黑煙氣1250℃-650℃的高梯度物理熱。一方面急冷換熱器的煙氣進(jìn)口溫度控制在1250℃，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)空氣預(yù)熱器的煙氣進(jìn)口溫度950℃，節(jié)約了急冷水的用量；另一方面高梯度急冷換熱器2利用了炭黑煙氣的高梯度物理熱，優(yōu)于傳統(tǒng)空氣預(yù)熱器利用炭黑煙氣950℃-650℃，而且采用水作介質(zhì)，優(yōu)于傳統(tǒng)空氣預(yù)熱器采用空氣作介質(zhì)，傳熱效果好，效率更高，蒸汽產(chǎn)量提高一倍，而且高梯度急冷換熱器2成本增加并不多。同時(shí)高梯度急冷換熱器2產(chǎn)生的蒸汽除滿足炭黑生產(chǎn)線所需，富余的蒸汽可并入尾氣發(fā)電裝置發(fā)電，而又因其利用物理熱，無需進(jìn)入尾氣鍋爐燃燒產(chǎn)生蒸汽，更節(jié)能還減少污染物排放。

炭黑反應(yīng)爐1包括依次連接的燃燒段101、喉管段102和急冷段103，主袋濾器5下端連接有炭黑后處理裝置6，主袋濾器5上端設(shè)有尾氣加壓風(fēng)機(jī)7，尾氣加壓風(fēng)機(jī)7的進(jìn)風(fēng)端與主袋濾器5上端連通，尾氣加壓風(fēng)機(jī)7的出風(fēng)端連接有尾氣分支管；尾氣分支管包括a股尾氣管801、b股尾氣管802和c股尾氣管803，a股尾氣管801與炭黑后處理裝置6連通，b股尾氣管802的出風(fēng)端連接有尾氣燃燒器9，尾氣燃燒器9的出風(fēng)端連接有高溫空氣預(yù)熱器10，高溫空氣預(yù)熱器10與燃燒段101連通；c股尾氣進(jìn)入尾氣發(fā)電裝置用于發(fā)電。

b股炭黑副產(chǎn)尾氣的化學(xué)熱預(yù)熱工藝空氣，而不再是利用炭黑反應(yīng)爐1高溫?zé)煔獾奈锢頍幔唇?jīng)主袋濾器5分離出來的b股尾氣與一定量的空氣在尾氣燃燒器9中燃燒，產(chǎn)生的燃余氣送入燃燒空氣預(yù)熱器12，與來自主供風(fēng)機(jī)11的冷空氣在該設(shè)備中完成熱交換，使工藝空氣預(yù)熱至1000℃左右，較在線空氣預(yù)熱器預(yù)熱的800℃的工藝空氣高200℃。

本實(shí)施例中，高溫空氣預(yù)熱器10上連接有主供風(fēng)機(jī)11。

本實(shí)施例中，高溫空氣預(yù)熱器10上方連接有燃燒空氣預(yù)熱器12，燃燒空氣預(yù)熱器12上方固定連接有排氣煙筒13。一方面節(jié)約設(shè)備的平面布置，另一方面預(yù)熱進(jìn)入尾氣燃燒器9的助燃空氣，回收排放的燃余氣熱量，降低新型高溫空器預(yù)熱器的尾氣消耗量，從而降低整體炭黑生產(chǎn)的綜合能耗。

本實(shí)施例中，燃燒空氣預(yù)熱器12與尾氣燃燒器9的進(jìn)氣口之間連接有預(yù)熱管14。

本實(shí)施例中，燃燒空氣預(yù)熱器12外設(shè)有燃燒空氣供風(fēng)機(jī)15，燃燒空氣供風(fēng)機(jī)15的出風(fēng)口與高溫空氣預(yù)熱器10、燃燒空氣預(yù)熱器12連通。

高溫空氣預(yù)熱器10包括通空氣的殼體1001以及通燃余氣的倒u型管式結(jié)構(gòu)1002，倒u型管式結(jié)構(gòu)1002設(shè)置在殼體1001內(nèi)，倒u型管式結(jié)構(gòu)1002能夠解決管束本身的膨脹不均的問題；殼體1001底部兩側(cè)設(shè)有空氣入口1003和空氣出口1004，倒u型管式結(jié)構(gòu)1002兩端設(shè)有煙氣入口1005和煙氣出口1006；為了保證管板的受力環(huán)境，空氣入口1003與煙氣出口1006同側(cè)，空氣出口1004與煙氣入口1005同側(cè)，這樣管束的熱場分布較為均勻。

由于倒u型管式結(jié)構(gòu)1002內(nèi)走的是較潔凈的燃余氣，使得換熱器傳熱系數(shù)更高，相應(yīng)的換熱面積更小；同時(shí)換熱管可以采用較小的管徑，這樣結(jié)構(gòu)緊湊，使得空氣預(yù)熱器的造價(jià)更低。另外，換熱管內(nèi)外設(shè)有翅片或擾流裝置，進(jìn)一步提高換熱效率，降低換熱面積，節(jié)約成本。由于新型高溫空器預(yù)熱器的結(jié)構(gòu)和使用介質(zhì)環(huán)境的優(yōu)勢，使得本高溫空氣預(yù)熱器10具備長期穩(wěn)定運(yùn)行的條件和基礎(chǔ)。