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新疆久泰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 1～2 mm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2 400 kJ／m3(573 kcal／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1 100℃)、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 3.2 GnHm 0.2 O2 3.0 CO 14.8 CH4 0 H2 4.7 N2 42.0 N2O 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。
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三、编制依据
3.1 GB50273-2009 锅炉安装工程施工及验收规范 3.2 GB50203-2002 砌体工程施工质量验收规范 3.3 GB50126-2008 工业设备及管道绝热工程施工规范 3.4 GB13271-2001 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。
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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：
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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 2 3 4 5 6 7 8 9 锅炉额定蒸发量 锅炉额定工作压力（绝对压力） 给水温度 给水压力（绝对压力） 出口蒸汽温度 出口蒸汽压力（绝对压力） 蒸汽湿度 冷空气温度 排污率 D Ped Tgs Pgs tbq Pbq W tlk ρ t/h MPa ℃ MPa ℃ MPa % ℃ % 设计取定 设计取定 设计取定 设计取定 查表 设计取定 设计取定 设计取定 设计取定 4 1.324 20 1.373 192.449 1.324 3 30 5 (一): 燃料特性（应用基成份） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 燃料容积百分数 燃料容积百分数 燃料容积百分数 燃料容积百分数 气体燃料中含水量 低位发热量 理论空气量 RO2容积 理论N2容积 理论H2O容积 H2 N2 O2 CO WW Qxr VAir VRO2 V°N2 % % % % g/Nm3 kJ/Nm3 m3/Nm3 m3/Nm3 m3/Nm3 设计燃料数据 设计燃料数据 设计燃料数据 设计燃料数据 设计燃料数据 设计燃料数据 11 40 1.5 12 286 2724.062 0.476 0.12 0.776 0.472 V°H2O m3/Nm3 三、热平衡参数及计算 (一): 热平衡计算 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 名 称 冷空气理论热焓 排烟温度 排烟热焓 排烟热损失 气体不完全燃烧热损失 固体不完全燃烧热损失 散热损失 锅炉总热损失 锅炉的效率 保热系数 饱和蒸汽焓 饱和水焓 给水焓 符号 Ilk Tpy Ipy q2 q3 q4 q5 ∑q η ψ igq ibs igs 单 位 kJ/Nm3 ℃ kJ/Nm3 % % % % % % kJ/kg kJ/kg kJ/kg 计 算 先假定，后校核 查焓温表 《标准》附表5 《标准》附表5 《标准》表4-1 《标准》附表15 《标准》附表13 《标准》附表14 数 值 18.501 129.15 296.77 9.808 0.5 0 2.9 13.208 86.792 0.968 2786.155 818.497 85.155 .\\
14 15 16 17 汽化潜热 锅炉有效利用热 总燃料消耗量 计算燃料消耗量 r Qgl B Bj kJ/kg kJ/h Nm3/h Nm3/h 《标准》附表13 1961.634 10715273.4 4532.161 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。
新疆久泰化工炭黑尾气利用技术材料文件
