刘红伟，崔占阳，周文明 (金能科技股份有限公司，山东 德州 251100)
摘 要：随本文阐述了炭黑尾气中含水量偏高，对于尾气资料利用的不利影响。通过利用尾气余热回收装置对热量 进行初步回收，然后利用填料塔进行水气换热进行降温处理，达到尾气脱水的目的，脱水后尾气送至尾气锅炉或焦炉作 为燃料。同时填料塔采用闭式循环思路进行设计，可以杜绝尾气气味的散发，更加绿色环保。
关键词：炭黑;尾气脱水;绿色环保
1 前 言
炭黑是现代国民经济中不可缺少的重要化工 原料，广泛用于橡胶、塑料、涂料、油墨、军工、 通讯、电子、电信、家用电器、电缆、光缆、高能 电池、静电复印、感光材料、印染、造纸及冶金 等多种领域。炭黑工业的发展，促进了社会的进 步，但同时也增加了对人类生存环境的污染。
炭黑工业历来都是一个高耗能、高污染的行 业。随着我国汽车工业的快速发展，对炭黑的需 求量也越来越大，这对炭黑工业的发展来说是一 个很好的机遇，同时也是一个挑战。对于炭黑行 业发展来说，除了不断适应市场的需要，还需挖 掘炭黑内部潜力，降低炭黑生产能耗，把炭黑生 产中的余热充分利用，实现资源的循环利用。
2 炭黑尾气特点及应用
炭黑尾气是指来自炭黑反应炉的含炭黑粉末 的烟气，经主袋滤器净化后的废气。根据炭黑工 艺要求，用急冷水将烟气温度降低至约 1100℃来 终止反应，一次急冷与二次急冷喷入急冷水量约 10~15m³/h，最终炭黑尾气中含水升高至 36~40% 左右。炭黑生产过程中产生的副产物炭黑尾气含 水量高、热值低，炭黑尾气成分较为复杂，含水、 硫化物、氮化物、粉尘等，使其作为燃料的使用 较为困难。传统生产过程中使用不完的尾气直接 排空，有效利用率差。
炭黑行业对炭黑尾气的利用主要是作为干 燥炉燃料或尾气锅炉燃料。炭黑尾气锅炉是用来 回收炭黑生产中排放的尾气，并将炭黑尾气中的 化学能转化为热能。通过它的转化，使炭黑尾气 中的氢气、甲烷、一氧化碳等物质，转变成水和二 氧化碳。不仅消除了这些有毒物质，同时还回收 了能源，尾气锅炉效率可>80%。高含水的炭黑尾 气利用有何弊端?本文将以我司炼焦车间为实例 进行概算：炼焦车间贫煤气量湿基11.2万Nm³/h， 脱水前后主要影响如下：①焦炉能耗贫煤气温 度和废气温度分别按 50℃和 220℃计算，则其 对应的焓值分别为 2587.4 kJ/kg 和 2801.0 kJ/kg， 煤气热值 17049.7698 kJ/m3 ，焦炉热效率按 70% 计 算， 则 多 消 耗 的 煤 气 量：24129*(2801.0- 2587.4)/17049.7698/70%=431.84 m3 /h; 每 年 多 耗焦炉煤气431.84*8760=3782918 m3 /h。②输送电耗： 112000*(36.31%-12%)=27227 Nm3 /h;每小时增加耗电 27227/3600*(273+180)/273*5100/1000/70%=91.43 度 /h; 每 小 时 增 加 耗 电 27227/3600*(273+80) /273*5100/1000/70%=71.25 度 /h; 每 年 增 加 耗 电162.68*8760=142.5 万度 /a ③对焦炉影响：对焦炉 蓄热室隔墙有严重侵蚀。
如果将含水量较高的炭黑尾气进行脱水处 理，使炭黑尾气的热量提高，以上问题将得到改 善。同时贫煤气降温、水汽冷凝过程中，其中的 大部分固体颗粒物、铵盐也将随之得到去除，对 于焦炉生产、炉体寿命延长、脱硫脱硝正常运行 具有很大意义。
3 炭黑尾气脱水
3.1 传统尾气脱水
炭黑行业传统尾气脱水：①尾气换热器直接 将尾气由 230℃降低至 60℃左右，利用循环水将 热量移走。本种方式的主要缺点为列管式换热器， 传热系数小，造成设备庞大投资高，同时低温腐 蚀会造成设备寿命短。②另外一种方式是采用尾 气喷淋塔直接喷淋，将炭黑尾气由 230℃降低至 60℃左右。本种方式采用直接换热方式，但是会 造成余热资源的浪费，同时采用开式凉水塔，炭 黑尾气中冷凝水中含有氨等挥发性气味，造成环 境污染。
3.2 新型尾气脱水装置
新型尾气脱水系统主要包括：余热利用部分， 喷淋塔部分，闭式循环部分。炭黑尾气 230℃左 右自主袋滤器出口，经尾气加压风机加压升压至 10~16kPa 左右，进入尾气余热回收器换热系统， 换热器可产 0.5MPa 蒸汽或除氧水，供给炉前锅炉 使用，可延长设备寿命。炭黑尾气自尾气余热回 收器出口温度约 160℃左右，既充分利用了系统 余热能源，还避开了烟气露点低温腐蚀区。来自 尾气余热回收器的炭黑尾气(160℃)进入喷淋塔， 直接与热水接触换热至 50℃排出塔顶。循环液 利用脱水塔喷淋泵作为动力源，自喷淋塔顶部经 过槽式分布器均匀分布后进入填料层，炭黑尾气 与喷淋循环液在此充分换热后进入塔底持液层， 析出的水至沉淀池沉淀后排至界外进行工艺水回 用。
3.3 余热回收部分 炭黑尾气余热回收器由换 热管、上下联箱、外联管及汽包等设备组成，其换 热管采用翅片形式以强化换热面积，提高换热系 数。其受热段置于热流体风道内，热流体横掠换 受热段。气侧与水侧完全分隔，上下联箱的结构 降低了制造难度，减少现场的安装工作量，上下联 箱通过连接管路和顶部的汽水分离装置连接，避 免流体对锅筒的冲刷，对设备的密封也较常规的 废热锅炉简单，可以有效的防止炉气泄漏。尾气 余热回收器设计需充分考虑尾气性质，其含尘量 约18mg/m3 ，大部分成分为在袋滤器过滤后逃逸的 炭黑粉尘等，易附着在换热管翅片上，加之炭黑尾 气含水量达到了 36%，容易在降温过程中形成炭 黑泥包裹挂壁在设备内表面，加重堵塞。尾气还 含有硫化氢，对设备腐蚀也很严重，设计时要充分 考虑腐蚀问题。
3.4 喷淋塔系统 喷淋塔有两项重要功能：(1) 冷却烟气的温度，脱除烟气中的大量水分。烟气 在整个喷淋塔内得到均匀的分布，加强了烟气与 水的充分接触。充足的停留时间以便冷却效果好， 烟气脱水更充分;(2)喷淋塔为循环喷淋设计， 使得冷却水循环利用，大大降低了水的消耗量及污水的排放量，保证了系统运行的经济性。该喷 淋塔主要由下列部分组成：a、喷淋塔本体。塔本 体采用碳钢加防腐或者玻璃钢。b、进、出风口。 本喷淋塔设计为下进上出，进风口设在喷淋塔中 部偏下，出风口设在塔顶部。进风口采用碳钢防 腐或者玻璃钢。c、喷淋塔底部设有循环水储槽。 d、喷淋塔中部设三层喷雾装置，喷入循环冷却 水。喷嘴采用陶瓷，或PP喷嘴。e、喷淋塔上部设 二层喷雾装置，喷入冲洗水。喷嘴采用PP材料。
炭黑尾气从冷凝塔下部进入，依次通过气流 均布装置(建议采用管式气流均布器)，冷凝填 料段以及除雾填料段，然后从冷凝塔顶部排出。 炭黑尾气温度从冷凝塔入口时 160℃，通过冷凝 填料段后，降至约为 50℃，同时含水率从 36.31% 降至 12% 左右，期间有大量冷凝水析出。
3.5 循环水系统 本系统是通过喷淋塔洗涤烟 气对烟气进行降温、脱水。这样烟气中的热量置 换到循环水中，使得喷淋塔中的循环水温度升 高。为了使得循环喷淋水能有效地对烟气进行降 温、脱水，必须把循环水中的热再置换出来。本系 统是通过在循环冷却水管路系统上设置一套板式 换热器，用厂内的冷却水管网通过此板式换热器 将喷淋塔中的循环冷却水中的热量置换出来。从而 使得喷淋塔中的循环水能循环对烟气进行降温、脱 水，同时避免了炭黑尾气冷凝水气味的泄露。
4 总 结
4.1 炭黑尾气脱水装置的应用，可使炭黑尾气中 含水由36%左右降低至10~12%左右，同时可降低 炭黑尾气中粉尘、氮化物等杂质，提高燃气的洁净 度。
4.2 随着日益严峻的环保、能源形势，炭黑尾气 脱水装置为多数炭黑生产装置的标配，值得大家 进一步探索。
4.3 炭黑尾气脱水工艺在炭黑行业的应用，不仅 提 高了炭黑尾气的热值，同时可回收尾气冷凝水 进行回用，节约利用水资源。
参考文献
[1] 蒋文举. 烟气脱硫脱硝技术手册[M]，北京：化学工业 出版社，2006
[2] 李炳炎. 炭黑生产与应用手册[M].北京：化学工业出 版社.2000.
[3] 殷云龙. 炭黑生产节能减排技术[M].北京：化学工业 出版社.2008.
