色素炭黑生产中锅炉的炉内过程及锅内过程

色素碳黑锅炉的炉内过程及锅内过程

1、炉内过程

   “炉”的部分包括炉膛、燃烧器、烟道、空气供应系统及炭黑烟气供应系统。对炉内过程来说，我们要求能给炭黑尾气创造一个良好的燃烧条件，使炭黑尾气中的可燃气体的化学能最大限度地转化为热能，并有效地传递给工质。要能达到这个要求，就必须是炭黑尾气能与空气充分混合，并给它们创造一个良好的燃烧环境。也就是要确定一个合理的燃烧方式及燃烧装置。这与燃烧器的形式、炉膛的形状大小和水冷程度有关。另外。为保证较高的传热效率，还需考虑合适的烟气流速及烟道的形状大小等。

2、锅内过程

    由于锅炉是在较高温度和较高压力的环境中，所以对于蒸发系统，我们不仅要考虑其传热的效率，即经济形，同时还要保证其工作的安全性。

（1）锅内的热交换：炭黑尾气在炉内燃烧后产生的热量通过金属管壁传递给锅内工质的过程称为传热过程。传热情况的好坏影响到锅炉运行的经济性。如果传热效率差，那么烟气的热量不能充分地传给工质，就会使热损失增加，而降低锅炉的热效率；要减少热损失，就要加大受热面积，这样就会造成金属的浪费。所以在布置锅炉受热面时，应使传热过程处于较大传热系数的条件下进行，以提高效率，节省金属材料。

   在锅炉的受热面中，以辐射换热方式为主的受热面称为辐射受热面，如炉膛内的水冷壁，而以对流换热为主的受热面称为对流受热面，如烟道中的对流管、省煤器等。

   辐射受热面都布置在高温区，因为辐射放热的强度是与温度的四次方成正比的。在高温区辐射换热的效率最高。但在炉膛这个高温区内，要合理布置受热面，既要有高效的换热，更需要有保证燃烧的稳定和能燃烧完全的环境。这是因为在炉膛受热面布置过多，因吸热量大，使烟温降低过多，造成燃烧无法继续，而使燃料燃烧不完全。

   对流受热面一般布置在烟道内。对流换热的效率与烟温、换热介质的流速、受热面的结构及布置形式等因素有关。由于通过换热后烟温不断下降，这样传热的效率就越来越差。在这种情况下，提高烟气速度可以提高传热效率，但提高烟气的流速后增加烟气流动的阻力。如烟气对Φ51mm管子做横向冲刷时，将烟气流速从4m/s提高到12m/s时。传热系数增加2.7倍而烟气流动的阻力则增加了11倍。如烟气中含有粉尘的话，还可能加速金属的磨损。所以，对烟气流速的大小也需根据设备、燃料等因素，选取一个合理的烟气流速。对于燃烧气体的锅炉来说，普遍选取的烟气流速可高一些。

    （2）锅炉水循环：锅炉的水循环可分为自然循环的强制循环两种。依靠工质的重度差而使工质循环流动称为自然循环；而借助水泵的压力使工质流动的称之为强制流动。在炭黑尾气锅炉中主要是采用自然循环的锅炉。锅炉水循环的状况，不仅关系到受热面的换热效果，更重要的是锅炉运行的安全性，任何锅炉的水循环故障都可导致锅炉的事故。

    锅炉在冷态时，各部分的温度都处于常温状态，里面的水是不流动的。当锅炉启动后，炉膛内的高温烟气向水冷壁放热，水冷壁的水被加热。此时，在炉外的水被加热。此时，在炉外下降管里的谁则仍处于较低的温度。因为水被加热后就会膨胀，其密度变小，此时还有部分水汽化，在水冷壁管内形成密度更小的汽水混合物。这样由上锅筒、下集箱、上升管（水冷壁）和下降管组成的封闭系统中，由于上升管和下降管中水的密度不同，就形成重度差，而重度差的存在就导致了系统内水的流动，形成水循环。水的流动带走了热量，冷却了金属管壁，使锅炉能长期稳定地运行。影响锅炉的自然循环的因素有：组成水循环回路的高度，高度越大则形成的重度差也越大；另外，就是上升管和下降管温度差，也就是两者之间的受热的强度差，这个差值越大，则水循环的流速也越大，还有就是组成循环回路的流动阻力。

    由于锅炉水循环的好坏对锅炉的运行来说是至关重要的，所以对于锅炉的水循环应该从设计、制造、安装及运行个方面均要严格地把关，保证锅炉运行中不出现任何水循环的故障。