炭⿊尾⽓发电的若⼲问题
孙怀起⽥丽焕马捷林
防辐射内裤天津市化⼯设计院
⼀、前⾔
随着我国改⾰开放的步骤不断深⼊，国内⼯业企业也突飞猛进的发展。近⼗年，随着我国国民经济和⾼速公路的迅速发展、作为汽车⼯业--我国的⽀柱产业之⼀的⾼速发展从⽽带动了轮胎⼯业的快速发展。汽车轮胎产量以及橡胶消耗量迅速增加。炭⿊作为橡胶制品的补强剂--70%⽤于⽣产车⽤轮胎及轮胎制品、20%⽤于⽣产其它橡胶制品如胶⽪、⽪带、机械及铸造物、胶鞋等，剩余的10%⽤于⽣产塑料、墨⽔、涂料、纸及其它领域。炭⿊的需求量也随之增加。国内现有炭⿊⽣产⼚近百家，总⽣产能⼒约90万吨。
炭⿊⼯业是⼀种⾼能耗的化⼯产业，⽣产炭⿊的原料主要是煤焦油和⼄烯焦油，这些原料也都可以作为⼯业燃料，本⾝也是能源。故此炭⿊⽣产的节能降耗是很有潜⼒，很有效益的。节能对炭⿊⼯业是相当重要。
对于⼀条年产2万吨硬质炭⿊⽣产线，年消耗原料油（⼄烯焦油）3.57万吨，燃料油（煤焦油）0.52万吨，平均原料油单耗1.785吨/吨炭⿊，平均燃料油单耗0.26吨/吨炭⿊。 电力安全性评价⼆、炭⿊⽣产中节能措施
⾃⼀九⼋七年天津炭⿊⼚引进年产1.5万吨新⼯艺炭⿊⽣产线投产以来，通过消化、吸收，⽬前国内已有类似的⼏⼗条⽣产线相继投产。
这些新⼯艺炭⿊⽣产线具有如下特点：
1．采⽤新型三段式炭⿊反应炉，燃料先完全燃烧，产⽣⾼温，⾼速⽓流，然后从喉管（缩⼝）处径向喷⼊原料油，燃料油和原料油均充分雾化，与⾼ 温烟⽓混合良好，燃烧和裂解分开，从⽽使⽣产的炭⿊表⾯反应完全，保
证了炭⿊质量。
2．充分利⽤过程余热，设置在线空⽓预热器，使空⽓予热温度达650℃，再经反应炉夹套进⼀步加热后⼊炉。原料油温度可达280℃，从⽽强化反应
太白参条件，降低⼀次能源消耗，回收过程产⽣的⼆次能源，充分利⽤了反应烟
⽓显热的45%。
3．炭⿊反应⽣成的尾⽓为⾼温低热值（650千卡/Nm3）的可燃⽓体（其中含Co、H2各10%左右）。充分利⽤炭⿊尾⽓的化学能是炭⿊⽣产中余热综合
利⽤的主要课题。
双油路线炭⿊⽣产流程简图如下；
炭⿊⼯艺⽣产流程简图
按上述流程年产2万吨硬质炭⿊⽣产线可产⽣尾⽓约为27000Nm3/h，炭⿊尾⽓全部回收利⽤，其中20%部分作炭⿊回转⼲燥机热源的燃料，80%部分尾⽓送⾄尾⽓锅炉作燃料，锅炉产⽣蒸汽或送往汽轮发电机组发电，其中间抽汽或背压排汽供炭⿊⽣产装置原、燃料油的保温、伴热及其它⽣产⽤汽，或直接产⽣低压蒸汽送⽣产装置。 通过上述，炭⿊⽣产中尾⽓利⽤技术有很⼤突破。⽬前，利⽤尾⽓对空⽓予加热，空⽓温度已达650℃以上，利⽤尾⽓发电已普及到全⾏业的⼤中型企业，从⽽减少了污染，并⼤⼤提⾼能源的综合利⽤率。
三、炭⿊⽣产中炭⿊余热锅炉和余热发电简况：
1．炭⿊余热锅炉
随着炭⿊⽣产规模逐渐扩⼤，1.5万吨/年、2万吨/年、2.8万吨/年、4.0万吨/年炭⿊⽣产线相继建成。炭⿊⽣产中能源利⽤⽔平在提⾼。据资料介绍，国外⽬前单炉能⼒在1.5-3万吨/年，每吨炭⿊油耗1.9-2.0吨。国内新⼯艺炭⿊⽣产线每吨产品平均全油耗为 2.07吨。⽽⽼⼯艺炭⿊⽣产的全油耗为
2.4吨/吨炭⿊，即每吨产品可节约原（燃）料油0.3吨左右，按年产1.5万
吨炭⿊计算，每年可节省原（燃）油约4500吨。
炭⿊⽣产过程中，原料油和热空⽓在炭⿊反应炉燃烧段混合燃烧，产⽣1900℃的⾼温燃烧⽓流。
原料油经泵送⾄在线的原料油预热器，予热到280℃后喷⼊反应炉喉管段，与⾼温燃烧⽓流混合，迅速汽化、裂解，⽣产炭⿊。在反应段后部的急冷段，直接把⽔喷⼊⾼温⽓流中，使其温度迅速降低，终⽌反应。
主袋滤器排出的炭⿊尾⽓经尾⽓加压风机加压后，风压可达11000Pa。
⼀部分送给⼲燥机尾⽓燃烧炉燃烧作为⼲燥机热源，⼤部分送⾄尾⽓锅炉作为燃料。
炭⽓锅炉作为新⼯艺炭⿊⽣产线的⼀个重要组成部分，作为炭⿊⽣产节能的重要设备受到炭⿊⾏业的重视。
国内炭⿊企业炭⿊尾⽓锅炉⼤致分⼆⼤类。⼀类是杭州锅炉⼚QC系列低燃烧热值的⼯艺尾⽓锅炉系列产品。该型锅炉炉膛呈正⽅形，主燃烧设备采⽤多管式低热值尾⽓燃烧器，四⾓布置。这种锅炉已⼴泛应⽤于炭⿊⽣产线。
小型振动器QC型炭⿊尾⽓锅炉使⽤情况如下：
QC型低热值炭⿊尾⽓锅炉⽤户简表
在该型锅炉基础上，杭州锅炉⼚于2002年9⽉⼜推出改进系锅炉，即SHS型低热值尾⽓锅炉，此型锅炉系为了充分利⽤余热能源，设计和制造的炭⿊⼯艺尾⽓、⾼炉煤⽓、焦炉煤⽓等低燃烧热值尾⽓的产品。
SHS20-2.45/400-Q型锅炉已⽤于江西⿊猫炭⿊股份有限公司韩城炭⿊⼚。SHS 型锅炉和QC型锅炉最⼤的区别是SHS型锅炉燃烧器，单台锅炉配置四只，两侧墙布置。QC型锅炉燃烧器是四⾓布置，这两种锅炉均采⽤室内布置。
另⼀⼤类尾⽓锅炉是通道式尾⽓锅炉。锅和炉分成⼆部分。前部配有前置燃烧炉，后部配由锅筒、对
流管束和过热器管束组成的通道式尾⽓锅炉。低热值的尾⽓在前置燃烧炉中充分燃烧混合，形成900-1000℃的⾼温烟⽓流，在随后的锅部分与管束中的⽔强烈进⾏热交换⽣成蒸汽。这类锅炉亦获得⼴泛应⽤。如天津海豚炭⿊有限公司炭⿊⽣产线中即有低压10吨/时和15吨/时炭⿊尾⽓锅炉，还有中压15吨/时尾⽓锅炉。 其具体型号见下表：
天津海豚炭⿊有限公司余热锅炉
由上表可见，在天津海豚炭⿊有限公司的炭⿊⽣产线中除最早配置的QC12-10-2.45/400尾⽓锅炉为锅、炉综合⼀体外，其余四台锅炉均为锅、炉分离，前部为前置燃烧炉，后部为锅筒、过热器、对流管束组合的强换热的锅部分。
经过⼗⼏年的运⾏经验这种锅炉⽇臻成熟。上海⾦⼭炭⿊⼚余热锅炉也采⽤此种炉型。（此炉由⽆锡锅炉⼚制造）。
多媒体教学平台杭州锅炉⼚制造的Q37.1/990-15-3.82/450型炭⿊余热锅炉在⾸次运⾏时，即发现过热器出现超温变形现象，在余热锅炉过热器受热⾯的布置及其⾯积的选择上，存在⼀起问题，经天津炭⿊⼚和天津市化⼯设计院对该炉进⾏改造，切割将近1/4过热器受热⾯，及采⽤强制循环冷却系统保护过热器，成功地解决了过热器超温问题，并使锅炉各项参数达到额定值。最后该⼚3000KW⾃备电站成功地以炭⿊尾⽓为燃料，顺利投产发电。
2．炭⿊余热发电
为了提⾼炭⿊⽣产的综合热能利⽤率，⾃七⼗年初期，在炭⿊企业中先后安装了炭⿊余热锅炉，燃烧炭⿊尾⽓产⽣低压蒸汽。
国外，六⼗年代初，开始炭⿊尾⽓燃烧利⽤。七⼗年代后期普遍开始了尾⽓锅炉产汽供热或驱动背压式汽轮机作为动⼒的尾⽓利⽤⼯作。
国内，1978年邵阳炭⿊⼚长⼀台1500KW炭⿊尾⽓发电机组试车成功。随之炭⿊尾⽓发电愈来愈得到普及和推⼴。
炭⿊尾⽓发电机组运⾏简表
四、⼩结
33dxdx1．炭⿊⼯业随着汽车⼯业的迅猛发展，有了长⾜的增长。我国⽬前炭⿊⽣产能⼒约93.6万吨，仅次于美国，成为第⼆⼤炭⿊⽣产国，炭⿊⽣产是能源消耗⼤户，节能是⽣产中重要要素。
2．随着炭⿊⽣产规模的扩⼤，单条⽣产线能⼒的提⾼，对炭⿊尾⽓锅炉的品种和蒸发量也提出了新的要求，不仅满⾜于10吨/时，20吨/时⾄30吨/时这⼏种品种，⽽且对⼤容量、⾼参数的尾⽓锅炉需求也在增加。研制新的炭⿊尾⽓锅炉也迫在眉睫。3．隧道式尾⽓锅炉在炭⿊⽣产中也获得了⼴泛的应⽤。但对这种炉型，过热器布置位置和⾯积上应给予⾜够的研究，天津炭⿊⼚对Q37.1/990-15-3.82/450尾⽓锅炉的改造是成功的经验。值得锅炉⼚设计时借鉴和参考。
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