炭黑煙氣余熱的回收利用

1、炭黑煙氣余熱的回收利用曲波1,魏振文2(1.天津市化工設(shè)計(jì)院,天津300193;2.德固特化工技術(shù)有限公司,山東青島266300摘要:在炭黑生產(chǎn)中煙氣余熱是節(jié)能降耗的研究重點(diǎn),本文對900高溫的空氣預(yù)熱器進(jìn)行了探討。關(guān)鍵詞:余熱;預(yù)熱器;炭黑煙氣中圖分類號:TQ 127.1+1文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1008-1267(200304-0037-03收稿日期:2003-04-2作者簡介:曲波(1955-,男,天津市人,1982年畢業(yè)于天津大學(xué)化工系,曾任我國第一套2萬噸炭黑工程等多項(xiàng)炭黑工程的項(xiàng)目經(jīng)理。炭黑工業(yè)屬于能量密集型工業(yè)領(lǐng)域,其炭黑生成后的煙氣余熱成為節(jié)能降耗的重點(diǎn)研究內(nèi)容。世界各國對

2、各種設(shè)備盡可能回收炭黑反應(yīng)爐下游氣流中的能量非常重視,做了大量研究、開發(fā)工作。從上個世紀(jì)60年代起,歐洲,后來的亞洲和美洲等為了利用炭黑煙氣的余熱,都陸續(xù)安裝了原料油預(yù)熱器、空氣預(yù)熱器以及連接于其后的廢熱鍋爐。原REKU PERA TOR SCHAC K 公司早在1957年就為德國一家炭黑廠提供了一臺能將入爐空氣預(yù)熱到400的空氣預(yù)熱器。從反應(yīng)爐出來炭黑煙氣作為傳熱價質(zhì),用以加熱入爐空氣。實(shí)際上當(dāng)時的初衷是為了減少急冷水量,利用空氣降低煙氣溫度,回收煙氣熱能僅占次要地位。進(jìn)入20世紀(jì)70年代后,石油危機(jī)以及能源和原材料價格的不斷上漲,迫使耗能大戶炭黑行業(yè)不得不著重考慮從炭黑煙氣盡量回收熱能。在

3、隨后的幾年中,REKU PERA TOR SCHAC K 公司通過運(yùn)用在過程中積累的經(jīng)驗(yàn)及與炭黑工業(yè)界的廣泛交流,先后開發(fā)了650和800的高溫空氣預(yù)熱器。其基本結(jié)構(gòu)為列管式,空氣經(jīng)折流板走殼程,煙氣走管程。煙氣走管程要保證列管內(nèi)有相當(dāng)?shù)牧魉佟?炭黑煙氣流程中溫度變化參考值(見圖1 圖12余熱利用目前,絕大多數(shù)炭黑廠為了利用炭黑煙氣的余熱,在反應(yīng)爐的下游安裝了相關(guān)設(shè)備,用以回收熱能預(yù)熱空氣溫度達(dá)650和800的空氣預(yù)熱器、預(yù)熱原料油溫高于250的原料油預(yù)熱器、能產(chǎn)生2.5MPa 中壓飽和蒸氣的廢熱鍋爐。在空氣預(yù)熱器的上游,可通過在第一急冷區(qū)噴水將炭黑煙氣的溫度降至空氣預(yù)熱器入口所需溫度。在第二

4、急冷區(qū),即上述三種熱交換設(shè)備后,可通過進(jìn)一步噴水將炭黑煙氣的溫度降至袋濾器入口允許溫度。在傳統(tǒng)的800管殼式空氣預(yù)熱器中,工藝空氣沿列管流動,而在預(yù)熱器殼體部分待預(yù)熱的空氣通過折流板繞列管流動。空氣預(yù)熱器配備有空氣冷卻的雙底管板。殼側(cè)進(jìn)入的待熱空氣作為該管板的冷卻介質(zhì)。為了吸收高溫管束與相對較低溫度的內(nèi)殼之間的熱膨脹和因不同程度結(jié)垢而引起的管束內(nèi)管子的膨脹,可使用多波形補(bǔ)償器,將每根管子與上管板連接起來。在位于下游的原料油預(yù)熱器中,其加熱表面由管子組成。待預(yù)熱的原料油流過多重U 型盤管。傳遞熱量的熱煙氣繞管子流動。在油預(yù)熱器之后,應(yīng)是以軟化水吸收炭黑煙氣產(chǎn)生蒸氣的在線廢熱鍋爐。該設(shè)備是由一個爐

5、殼、二塊厚壁管板和一些水平排列的列管構(gòu)成。通過預(yù)熱入爐空氣和原料油以及廢熱鍋爐產(chǎn)汽,不僅可以節(jié)約燃料油和急冷水,而且還能提高產(chǎn)品收率,提高產(chǎn)品產(chǎn)量,提高產(chǎn)品質(zhì)量等。實(shí)踐證明,入爐空氣每提高150,炭黑收率提高5.5%,產(chǎn)量提高12%。第17卷第4期2003年7月天津化工Tianjin Chemical Industry 3設(shè)備介紹下面著重介紹最新的900空氣預(yù)熱器和急冷鍋爐的相關(guān)內(nèi)容。3.1900空氣預(yù)熱器能源和原料油/燃料油價格的上漲迫使企業(yè)想法從炭黑煙氣中回收盡可能多的熱量。節(jié)約燃料油和提高炭黑生產(chǎn)率的最經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的方法就是將入爐空氣預(yù)熱到可能達(dá)到的最高溫度。AL STOM SHG 公司根據(jù)

6、長期使用800空氣預(yù)熱器的經(jīng)驗(yàn),開發(fā)出了新一代能將入爐空氣預(yù)熱到900的空氣預(yù)熱器。如果入爐空氣的預(yù)熱溫度從800提高到900,那么據(jù)計(jì)算可節(jié)約8%的燃料油。在相同的空氣流率和系統(tǒng)組成情況下,反應(yīng)爐的容量可望增加10%左右。當(dāng)開發(fā)900空氣預(yù)熱器時,首先能夠應(yīng)該應(yīng)用到我們在800空氣預(yù)熱器方面長期積累的經(jīng)驗(yàn)和800空氣預(yù)熱器的裝置構(gòu)造。這些經(jīng)驗(yàn)和組成部件還能從60多年來在高溫回流換熱器構(gòu)造方面所取得的經(jīng)驗(yàn)中吸取一些有助于開發(fā)900空氣預(yù)熱器的經(jīng)驗(yàn)。900空氣預(yù)熱器開發(fā)時所規(guī)定的參數(shù)如下:所要求900的空氣溫度應(yīng)只能通過比之稍高的炭黑煙氣的入口溫度得到。獨(dú)立式容器的總體高度只能稍高于所建的容器的

7、最大高度。管內(nèi)流速不應(yīng)低于最小值。因?yàn)?00空氣預(yù)熱器工作的溫度范圍內(nèi)存在硫化、碳化、掉金屬塵和高溫腐蝕等現(xiàn)象,所以在開發(fā)900空氣預(yù)熱器時,主要考慮了材料和零部件的力學(xué)性質(zhì)。因?yàn)楣ぷ鳒囟容^高,所以要求使用特殊的材料和內(nèi)襯材料。這也就意味著要求專門的設(shè)計(jì)方案。在易受高溫負(fù)荷的炭黑入口處,其加熱管應(yīng)選用離心澆鑄型耐高溫材料。由于市售的耐熱材料只具有較低的高溫強(qiáng)度,因此應(yīng)選用帶內(nèi)襯材料的殼體來保持在相對低濕空氣預(yù)熱段易受高熱負(fù)荷,所以溫度要盡可能的低。有限要素分析(FEA和固體建模對設(shè)計(jì)冷卻雙底管板和完成耐高溫鋼材料到低合金內(nèi)襯材料的轉(zhuǎn)換都極有幫助。為探討不同參數(shù)對雙管板壓力靈敏的影響,經(jīng)模擬研究

8、,同時對高熱負(fù)荷系統(tǒng)零部件也進(jìn)行分析,例如,冷卻雙管底板的有限要素模型就由成千上萬個經(jīng)過計(jì)算得出的格點(diǎn)組成。為使構(gòu)造最合理,每次計(jì)算都重復(fù)使用不同的雙管板結(jié)構(gòu)型式。用結(jié)構(gòu)分析,熱分析和流體力學(xué)法分析了系統(tǒng)零部件應(yīng)力的靈敏度。通過3D模擬可檢驗(yàn)流動和傳熱狀況。驗(yàn)證了改變炭黑氣體/空氣條件時,不同操作模型及其對流量、分配和局部傳熱的影響。從應(yīng)力圖中可以清楚地看出系統(tǒng)的應(yīng)力峰值。通過熱分析和熱動力學(xué)方法可確認(rèn)熱連接和不利的流動路徑。在設(shè)計(jì)階段通過有限要素法已經(jīng)能檢測安裝陶瓷零部件之類的結(jié)構(gòu)措施、雙管底中最有利的冷卻流動路徑、冷卻空氣噴射角的改變及特殊絕熱體系的改變等情形。此外,為達(dá)到最高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和滿

9、足市場的要求,制造廠還試驗(yàn)了新的焊接和生成規(guī)程。3.2急冷鍋爐急冷鍋爐可以直接安裝在炭黑反應(yīng)爐下游的急冷區(qū)。這樣可節(jié)省大量急冷水。乙烯工業(yè)用急冷鍋爐為先進(jìn)的火管鍋爐。在這種建造成雙管蒸發(fā)器的急冷鍋爐中,其水域是由內(nèi)、外管之間的環(huán)隙和薄壁橢圓形聯(lián)管箱形成的。采用這種類型的構(gòu)造,就不需要象安裝在火鍋爐內(nèi)那樣的厚壁式圓筒殼和厚壁管板。雙管鍋爐的基本要素是雙管配風(fēng)器。它由一排按同心圓狀配置的雙管構(gòu)成,其管端分別焊接在兩邊的橢圓形管箱上。每個含氣體的內(nèi)管都被外管包圍。因此,為冷卻介質(zhì),設(shè)置了相互獨(dú)立的流動路徑。也就是說,可以準(zhǔn)確地計(jì)算出壓降和清楚地觀測出水流。雙管鍋爐大多在自然循環(huán)狀態(tài)下工作的,并且通常

10、都豎直安裝的,從而待冷卻的氣體可以從頂?shù)降缀蛷牡椎巾斶M(jìn)行流通,除豎立安裝外,鍋爐也可傾斜安裝。由于雙管鍋爐構(gòu)造的特殊性,所以即使在高壓下也只需要很小的壁厚。這樣就可能產(chǎn)生高熱通量。(下轉(zhuǎn)第61頁83天津化工2003年7月是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程。需要經(jīng)過一定的程序才可能逐步完成。3.1提出問題,統(tǒng)一思想主要是企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)和決策層根據(jù)企業(yè)內(nèi)外部實(shí)際情況和主客觀因素,先提出塑造企業(yè)文化模式的意向,明確塑造企業(yè)文化模式的目的意義,通過各種形式教育、發(fā)動企業(yè)員工(特別是企業(yè)的各級管理人員和基層骨干,使他們充分認(rèn)識到塑造企業(yè)文化的重要性和緊迫性、把思想和行為統(tǒng)一到塑造企業(yè)文化總的部署上來。3.2組織力量,調(diào)查研

11、究企業(yè)要組織有關(guān)人員以相應(yīng)的組織形式,對現(xiàn)有企業(yè)文化進(jìn)行調(diào)查研究使企業(yè)能夠準(zhǔn)確了解現(xiàn)有的文化基礎(chǔ),調(diào)查研究要有計(jì)劃,要客觀全面,要講求實(shí)效。調(diào)查分析的重點(diǎn)應(yīng)放在企業(yè)文化發(fā)展的內(nèi)在機(jī)制上。3.3設(shè)計(jì)規(guī)劃,論證試驗(yàn)設(shè)計(jì)規(guī)劃是根據(jù)企業(yè)文化現(xiàn)實(shí)和未來文化發(fā)展設(shè)想,在調(diào)查分析的基礎(chǔ)上制定的塑造企業(yè)文化模式的方案。明確塑造企業(yè)文化模式的目的性,增強(qiáng)塑造工作的計(jì)劃性和有效性。設(shè)計(jì)規(guī)劃要做到全面與重點(diǎn)相結(jié)俁,主觀與客觀相結(jié)合,獨(dú)立性與連續(xù)性相結(jié)合,計(jì)劃性與靈活性相結(jié)合。做到對本企業(yè)文化定位準(zhǔn)確,指標(biāo)明確、內(nèi)容科學(xué)簡練、措施切實(shí)可行。規(guī)劃制定之后,要進(jìn)行論證,從經(jīng)驗(yàn)和實(shí)踐兩方面充分論證規(guī)劃的可行性,3.4嚴(yán)密組

12、織,傳播執(zhí)行這個階段是將建設(shè)計(jì)劃變成文化現(xiàn)實(shí)的過程。這一階段最復(fù)雜、最多變,也最漫長,是最關(guān)鍵的一個階段。在此階段,一定要嚴(yán)密組織,防止可能出現(xiàn)的短暫的無序狀態(tài),必須直接地、實(shí)際地、具體地進(jìn)行實(shí)施。在傳播執(zhí)行中要注意隨著情況變化及時調(diào)整和修正,發(fā)揮企業(yè)員工的積極性、主動性和創(chuàng)造性。要利用企業(yè)全部的傳播媒介,籌劃宣傳攻勢;及時收集反饋信息,進(jìn)行整理;解決好實(shí)施過程中可能產(chǎn)生的沖突和矛盾。3.5注重實(shí)效,評估調(diào)整根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)劃要求、對規(guī)劃的實(shí)施效果要進(jìn)行檢查、評價,以判斷其優(yōu)劣,調(diào)整目標(biāo)偏差,避開文化負(fù)效應(yīng)、保證正效應(yīng),使塑造的企業(yè)文化模式健康、穩(wěn)定,向正確的方向發(fā)展。3.6確立模式、鞏固發(fā)展經(jīng)過前

13、面五個階段,企業(yè)文化的模式已初步確立,至此,大規(guī)模的文化改造已經(jīng)完成。企業(yè)文化模式確立后,企業(yè)文化建設(shè)將由淺入深、由橫向變縱向開始新的發(fā)展。至此,企業(yè)文化模式的功能已顯示出來,企業(yè)和員工開始從文化中獲益,人們對企業(yè)文化的態(tài)度由強(qiáng)制、被迫,向自覺、自愿轉(zhuǎn)變。但是,企業(yè)文化發(fā)展是循序漸進(jìn)的,企業(yè)文化的模式也不是一成不變的,要通過不斷否定,完善自己。因此,在鞏固的同時,更要著眼于提高。主要是進(jìn)行文化清理、肯定成果,制定第二步發(fā)展規(guī)劃;整頓文化管理組織和人員;讓企業(yè)所有人員明白在現(xiàn)在的基礎(chǔ)上將來還要做些什么,不斷尋找文化發(fā)展新的“模式”。以文化推動、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展,用企業(yè)的發(fā)展催生更先進(jìn)、更優(yōu)秀的企業(yè)文化。(上接第38頁根據(jù)配風(fēng)器的原理,雙管鍋爐可建造成圓形、橢圓形或其他任何形狀。配風(fēng)管的管子數(shù)量是不同的,并且都連接于一臺設(shè)備上。其中橢圓形聯(lián)管配置在這些管子旁邊,并且彼此氣密焊接在一起。橢圓形聯(lián)管箱的端管是同通過上升管和下降管的汽鼓連接在一起。如果使用尾氣燃燒鍋爐,那么急冷鍋爐內(nèi)產(chǎn)生的高壓飽和蒸氣可通過入鍋爐內(nèi)的飽和蒸氣管線。此蒸氣同主蒸氣一起在蒸氣過熱爐中過熱到所要求的溫度。如果不可能使用尾氣燃燒鍋爐,那么來自幾個急冷鍋爐的這一飽和蒸氣將會集在一起,在一個單獨(dú)的尾氣燃燒蒸氣過熱爐中加熱到最適于汽輪機(jī)工作的溫度。使用急冷鍋爐時,因?yàn)?/p>