炭黑尾氣鍋爐的結構特點

色素碳黑生產中炭黑尾氣鍋爐的結構特點

1、燃燒裝置的結構特點

    鍋爐的燃燒裝置必須適應鍋爐所使用的燃料。不同的燃料所配置的燃燒設備形式也有所不同。

    炭黑尾氣鍋爐使用的燃料炭黑尾氣。我們知道炭黑尾氣是一種熱值很低的可燃氣體，其中的可燃成分只占20%左右，大部分都是氮氣和水蒸氣。作為燃料來說，這不是一種理想的燃料。因為其中的可燃成分少，發熱值就低。它的理論燃燒溫度有1250攝氏度左右。燃燒形成火焰的穩定性也較差。因為其惰性氣體成分含量高，使可燃氣體與空氣中氧氣混合較為困難。針對炭黑尾氣的這種特點，為了保證燃燒溫度，一般采用擴散式煩的燃燒器，這樣可以使炭黑尾氣燃燒溫度，不易回火。而且炭黑尾氣中的可燃成分很少，為了強化炭黑尾氣與空氣的混合，炭黑尾氣鍋爐的燃燒器采用了多管式或旋流式的燃燒器。多管式燃燒器使炭黑尾氣從多根小管內流出，而空氣則從多根小管之間流出，這樣在很大程度上改善了炭黑尾氣中可燃氣體與空氣中氧氣的混合情況。另外一種旋流式的燃燒器，是空氣通過配風器產生旋流，使炭黑尾氣流出后與空氣產生強烈的擾動，大大的改善了它們的混合狀態，但這也增加燃燒器的阻力。 

   對于炭黑尾氣鍋爐的燃燒室（爐膛）來說，一般采用單室爐膛，在爐膛下部一般設置穩燃帶（即不布置受熱面），有的鍋爐還設置穩燃器，使該區域成為高溫區，以保證燃燒的穩定性。對于多管式的燃燒器，為了更進一步地改善可燃氣體與空氣中氧氣的混合，都采用把燃燒器布置在爐膛的四個角上，并偏轉一定的角度，使氣流在爐膛內產生旋轉，使混合更為充分，同時也增加了可燃氣體在高溫區域的停留時間，為可燃氣體的完全燃燒創造了條件。

    同時，為了保證炭黑尾氣燃燒的穩定，一般為炭黑尾氣提供較高溫度的助燃空氣，也就是采用增加空氣換熱器的換熱面積和設置高溫空氣預熱器的方法，提高入爐空氣的溫度，一般預熱后的空氣溫度均達到200攝氏度以上，為燃燒提供了良好的條件。

2、炭黑尾氣鍋爐受熱面布置的特點

     根據傳熱的形式，鍋爐的受熱面分為輻射受熱面和對流受熱面。輻射受熱面布置在爐膛內，用以吸收火焰的高溫輻射熱。對流受熱面布置在煙道內通過對流換熱的方式吸收高溫煙氣的熱量。

     對于使用熱值較高燃料的鍋爐來說，因為其燃燒溫度很高，所以在布置受熱面時，輻射受熱面的比例要高，因為這樣，可以提高換熱效率，節省金屬材料的用量。

    而對于炭黑尾氣來說，則因為它的發熱值很低，其理論燃燒溫度一般在1200~1300攝氏度，而且燃燒火焰呈透明狀，其輻射強度較低，所以炭黑尾氣燃燒產生火焰的輻射能力較差。同事，如果增大爐膛內的輻射受熱面，因其吸熱量過大，會使爐膛內的溫度降低，因而導致燃燒的不穩定。所以作為炭黑尾氣鍋爐來說，不宜布置過多的輻射受熱面。一般在炭黑尾氣鍋爐的蒸發受熱面中，輻射受熱面占20%左右。在炭黑尾氣鍋爐中，大部分的蒸發受熱面是對流受熱面，要提高對流換熱的效率�？梢蕴岣邿煔饬魉賮硖岣邔α鱾鳠嵯禂�。但增大煙氣的流速就會增大煙氣流動的阻力，也就增加通風設備的壓頭和動力。因為炭黑尾氣及其燃燒產物中不含有帶硬度的飛灰顆粒，這樣提高煙氣流速也就不會對受熱面金屬產生磨損。這對適當提高煙氣的流速是很有利的。所以在炭黑尾氣鍋爐采用的煙氣流速都在10m/s以上。如果風機設備許可，還可以更高一些。

    對流傳熱的傳熱效果總的來說與煙溫、煙速、受熱面形式以及受熱介質的特性有關。傳熱除了與煙速有關外，還與受熱面的形式有關；與受熱面的管徑、排列方式、煙氣的沖刷方向等因素有著很大的關系。如采用錯列方式排列的管道在相同的煙氣流速下就比順列排列的傳熱系數要高，煙氣橫向沖刷要比縱向沖刷傳熱系數要高。

    因為傳熱與溫差有很大的關系。鍋爐的省煤器和空氣預熱器都布置在煙溫較低的鍋爐的尾部煙道，其受熱介質為誰和空氣，它們的溫度也相應較低。為保證得到較高的助燃空氣溫度，空氣預熱器的受熱面積要大一些，這樣可使助燃空氣的溫度達到200攝氏度以上。

    對于一般供熱的鍋爐，可以不設過熱器。而用于動力拖動的（如驅動汽輪機等）鍋爐，則需要用到過熱蒸汽，這樣鍋爐還裝有過熱器和調節蒸汽溫度的減溫器。過熱器一般布置在溫度較高的煙道內，即爐膛出口處，這樣便于取得較高的蒸汽溫度。

3、炭黑尾氣鍋爐的排放及特點

  （1）粉塵的排放。 早期的炭黑煙氣鍋爐，因為炭黑尾氣中的炭黑粉塵含量較高，而炭黑粉塵的著火點較高，除一部分可在爐膛內燃燒外，其余部分則被排放。這些粉塵雖不會對鍋爐本身造成磨損，但會造成積灰，甚至堵塞通道，同時對環境造成污染�，F在，由于炭黑生產中炭黑收集技術的快速發展，使炭黑尾氣中的粉塵含量降低到1%以下，基本上不存在飛灰的影響。所以，在炭黑尾氣鍋爐的排放中基本上無粉塵的影響。但當炭黑生產的收集裝置出現故障而導致炭黑尾氣中含有炭黑粉塵時，排放中就會有炭黑粉塵的污染。

  （2）氮氧化物的排放。由于氮的氧化物對環境的影響較大，特別是二氧化氮是一種刺激人的呼吸系統、造成肺水腫、使人中毒的物質，同時還會在日光和氧的作用下生成光化學煙霧，造成光化學污染，危害很大。但對炭黑尾氣鍋爐來說，基本不會產生太多氮氧化物的排放。因為，由于燃燒產生的氮氧化物的氮來源有兩個：一是來自助燃的空氣中的氮；另一個就是燃料中氮的化合物。但炭黑尾氣燃燒產生的氮化合物有限，而由氮分子和氧分子直接生成氮的氧化物在900攝氏度以上。而氮氧化物的大量生成則要求在很高的溫度下（一般認為要在1300攝氏度以上）。而炭黑尾氣鍋爐燃燒所產生的火焰溫度大大低于生成氮氧化物的溫度。而氮的化合物（如氨等），雖然能在燃燒溫度較低的環境中生成氮的氧化物，但因在炭黑尾氣中成分極少，所以也可忽略。

   （3）含硫化合物的排放。由于炭黑原料油的來源很雜，所以其含硫量也不一致。根據目前的情況，一般硫的含量都在0.5%左右。其煤焦油系列的原料油含硫量要高一些，而乙稀焦油的硫含量要低，這也和上游產品的原料來源有關。如按原料油中0.5%的含硫量來算，炭黑尾氣中的含硫量大約在0.02%~0.2%（體積百分比）左右。雖然，含量很低，但由于炭黑尾氣的排放量較大，這些硫的氧化物對鍋爐及管道的影響還是很大的。它主要對鍋爐造成的負面影響，就是對鍋爐受熱面產生的低溫腐蝕。鍋爐產生低溫腐蝕的條件是，煙氣中有一定量的三氧化硫，而且有低于煙氣里硫酸蒸汽的露點溫度的受熱面。三氧化硫和煙氣里的水蒸氣作用形成的硫酸蒸氣，在低于其露點的受熱面的表面結露，形成稀硫酸，使受熱面金屬受到強烈的酸腐蝕。這種腐蝕的速度很快。這種腐蝕都發生在尾部煙道的省煤器和空氣預熱器上，短的數個月，長的數年就會使金屬表面穿孔損壞。要避免這種腐蝕，就需減少煙氣的含硫量。這就要求在選擇炭黑的原料時要選用低硫的原料油。另外就是提高排煙溫度，使煙氣不能在受熱面上結露，但這樣將降低鍋爐的效率。

     另外，含硫煙氣排入大氣，對環境也造成污染。二氧化硫、三氧化硫都是有毒氣體。當大氣中的二氧化硫濃度達到（1~5）*10-6，就會使人難以忍受。所以，必須減少硫的排放。除了有條件的情況下選用低硫的炭黑原料油，再就是采取有效的脫硫方法，或是對原料油或是對尾氣進行脫硫來降低硫的排放。

    目前，國家相關標準中對硫的排放標準為500mg/m3，而炭黑尾氣鍋爐的排放中未達到此項標準。但從總體來看，對環境還是有不良影響。所以必須對此項工作予以重視。