色素炭黑生产中的余热利用

色素碳黑生产中的余热利用

早期的炭黑生产由于工业、技术以及节能观念的淡薄，在对排出炭黑反应炉的余热利用是很有限的。那时，对排出反应炉的烟气，只是采用急冷水直接冷却，或用水夹套等间接的方法来冷却炭黑烟气后进行收集炭黑，使这部分能量都被浪费了，随着人们对节能的重视以及工业技术的不断进步，这部分余热资源被利用的程度就越来越高。

 现在，在炭黑生产中利用空气预热器来回收炭黑烟气中的物理热，有的试用急冷锅炉、在线余热锅炉等来冷却炭黑烟气。

由炭黑工艺我们可以知道，燃烧段的高温烟气流经喉管段和反应段时，由喷入的原料油吸热反应生成炭黑，并使烟气温度降低，在1300℃时用急冷水终止其反应。调节急冷水的流量控制排出反应炉的炭黑烟气的温度。急冷水量大则排出的炭黑烟气温度低，反之则炭黑烟气温度就高。从利用能源的角度考虑，只要能终止供应反应，使反应烟气冷却到反应温度以下。排出反应炉的炭黑烟气温度越高，则炭黑烟气的利用价值也就越高。但是由于设备不能承受太高的温度，目前排出炭黑反应炉的烟气温度都控制在750~950℃，甚至更低。

在炭黑生产中，由于炭黑的品种不同，结构不同，它们的油耗也不大一样。一般来说，硬质炭黑的油耗较软质炭黑要高。

如某硬质炭黑生产装置，炭黑的收率在45%~51%，其他参数如下。

   燃料油温度：130℃

   原料油温度：288℃

   入炉空气温度：650℃

   排出反应炉湿尾气温度：760℃

   排出反应炉尾气的热值：2740~3285kJ/Nm3

那么，我们可以得知，在进入炭黑反应炉中，燃料油和原料油所占输入热能的91.7%~92.9%，热空气带入反应炉的热量为6.0%~7.3%，而原料油和燃料油带入的热量为1.1%，而供入电能所占的比例在1%以下。

在排出反应炉的热量中，炭黑所占的热量为34.5%~39.2%，炭黑尾气带走的热量占54.3%~40.6%，而在尾气带走的热量中，炭黑尾气的化学热占70.9%~74.1%，炭黑尾气的物理热占25.9%~29.1%。另外还有炭黑带走的物理热占1%左右，散热损失约占2%左右，气体热损失（如急冷水吸热）为10%左右。

如果把整个炭黑生产装置作为一个能量体系的话，那么进入该体系的能力为燃料油和原料油的化学热，已经电能和蒸汽的热能。而排出该体系的则是炭黑的化学热已经炭黑尾气的能量。

   如用以上面的例子来分析的话，排出体系的尾气温度为246℃，尾气的热值为2421.47~2859.54kJ/Nm3。其有效利用能为39.67~39.73%。

由于炭黑生产系统中排出的炭黑尾气可利用作为燃料、生产蒸汽供热和发电。所以，炭黑生产装置的供电和供热则由炭黑尾气的余热来供应。这样该系统的有效利用能为44.32%~45.41%。

在反应炉以后（包括前期油类的处理和输送）的生产装置都是常规的用电设备（如电动机拖动的泵、风机、输送机等）和常规的换热设备，可按常规的设备能耗来分析。他们在炭黑生产总能耗中占的比例很小，但也是不能忽视的。

 在炉法炭黑的生产过程中，燃料油和原料油进入反应炉，并在其中转化为炭黑和尾气。这以后，就是收集产品和回收能量的过程。能量回收的主要目的就是如何利用从中止炭黑生产反应后的全部能量。如果采用水急冷的方式冷却炭黑烟气，那么，炭黑烟气中的热量则被水汽化而带走，无法回收利用，所以，要尽可能地减少急冷水的用量，而通过空气预热器、油预热器、在线锅炉等方式来回收炭黑烟气中的热能，降低其温度。经计算表明，入炉空气每上升100℃，总热能耗减少1.95%。除了回收炭黑烟气中的物理热以外，还有就是炭黑尾气的化学热。在正常情况下，炉法生产炭黑时，产生的炭黑尾气量是炭黑反应炉进风量的两倍。在生产过程中，入炉风量和燃料量基本保持不变，而是通过改变原料油量来改变炭黑的品种。而炭黑尾气的热值则是随着入炉油量的增加而增大。炭黑尾气的化学热主要被用来作为燃料，作湿法造粒后炭黑干燥的热源，以及被引入锅炉来产生蒸汽由于供热和发电。如果这样的话，炭黑生产中的用电和加热用蒸汽都是回收的余热。