专利名称：炭黑生产中二次急冷段烟气显热的回收利用技术的制作方法
技术领域：
本发明属于化工技术领域，尤其涉及ー种炭黑生产中二次急冷段烟气显热的回收热利用技术，是化工生产节能减排及循环经济的典型。
背景技术：
在传统的炭黑生产线中，已广泛采用空气预热器、在线余热锅炉和原料油预热器的方式，回收烟气中的显热，由于受到原料油预热温度上限的限制，经过原料油预热器后的烟气依然具有较高温度——约450°C，又受到收集系统中滤袋材质的限制，滤袋目前只能承受最高约观0で的高温。从原料油预热器到收集袋滤器，烟气温度要由450°C降至观0で，目前通用的方法是在这一段管线中设置二次急冷水枪，见附图1，以水汽化吸热来降低烟气温度使之适应滤袋要求，但是加入过多的水意味着烟气中水蒸气含量的増大及滤袋负荷的增加，同样不利于滤袋的长久使用，同时大量的水蒸气也加重了收集袋滤器后续尾气处理的负荷。更重要的，烟气从450°C到280°C这部分显热没有被充分利用，造成了对热能的极大的浪费。为综合利用这部分烟气显热，最直接的方法就是设置在线余热锅炉，但考虑到此处烟气温度较空气预热器出口温度已较低，传统锅炉热侧和冷侧温差大，管壁温度相对较低，在这种情况下，炭黑粉末极易挂壁，造成锅炉堵塞并降低传热效率，又考虑到450°C到 280°C温差本来就偏小，易造成露点腐蚀，且传统锅炉效率低，联产蒸汽的附加值不大，所以在二次急冷段设置在线余热锅炉一直是炭黑业界的难题。
发明内容
本发明的目的在干，克服现有技术的不足，提供了ー种炭黑生产中二次急冷段烟气显热的回收热利用技术，该方案将热管锅炉技术应用到炭黑二次急冷段用以回收该部分烟气显热。为解决上述技术问题，本发明的技术方案为炭黑生产中二次急冷段烟气显热的回收热利用技木，烟气在二次急冷段进入热管锅炉进行换热，制得蒸汽，降温后的烟气进入收集袋滤器。所述烟气在热管锅炉中的流向为自下而上垂直流动。所述烟气在热管锅炉内相对热管做切向流动，在热管锅炉内的流速约为30m/s。达到设备自清洁的目的。所述在热管有烟气的ー侧有翅片，翅片的方向为垂直方向。根据烟气自身流动特性阻止炭黑挂壁。所述热管锅炉内的每根热管都相互独立，便于维护。每根烟气侧热管的末端用管夹固定，用以保护热管。所述热管锅炉内蒸发器的烟道棱角处有圆弧板，用以造成烟气扰动，强化传热。以经过特殊设计的热管锅炉取代二次急冷水枪，通过流经锅炉的水与高温炭黑烟气进行换热，在降低烟气温度至袋滤器滤袋要求温度的同时副产化工生产中广泛需要的蒸汽。该方案的主要设备热管是ー种具有高传热性能的传热元件，通过密闭真空管壳内工作介质的相变潜热来传递热量，其传热性能类似于超导体导电性能，因此，具有传热能力大，传热效率高的特点，以热管作为传热元件的锅炉称为热管锅炉。典型的热管由管壳、外部扩展受热面、端盖组成，将管内抽成uxdo—1 10_4 ) 1 的负压后充入适量的工作液体，然后加以密封。当热管的蒸发段受热时热管内的エ质蒸发汽化，蒸汽在微小压差下流向冷凝段放出热量凝结成液体，在重力的作用下流回蒸发段，如此循环不已，热量就由一端传到了另一端。热管的传热原理决定着热管有以基本特性
a.较大的传热能力，热管巧妙的组织了热阻较小的沸腾和凝结两种相变过程，使它的导热系数高达紫铜导热系数的数倍以至数千倍。b.优良的等温性，热管内腔的蒸汽是处于饱和状态，饱和蒸汽由蒸发段流向冷凝段的压カ差很小，因而热管具有优良的等温性。c.不需要输送泵以及密封润滑不见，结构简单无运动部件和噪音。ー根长0. 6m直径13mm重0. 34kg热管在100°C工作温度下，输送200W能量，其温降0. 5°C，而输送同等能量同样长的实心铜棒重量为22. Ag，温差高达70°C。由热管组成的热管换热器具有以下优点
a.热管换热器可以通过换热器的中隔板使冷热流体完全分开，在运行过程中单根热管因为磨损、腐蚀、超温等原因发生破坏，也只是单根热管失效，而不会发生冷热流体的掺杂。所以热管换热器用于易然、易爆、腐蚀等流体的换热场合具有很高的可靠性。b.热管换热器的冷、热流体完全分开流动，可以比较容易的实现冷、热流体的完全逆流换热；同时冷热流体均在管外流动，由于管外流动的换热系数远高于管内流动的换热系数，且两侧受热面均可采用扩展受热面。用于品位较低的热能的回收非常经济。c.对于含尘量较高的流体，热管换热器可以通过热管结构尺寸，扩展受热面形式，以解决换热器的磨损堵灰问题。d.热管换热器用于带有腐蚀性的烟气的余热回收吋，可以通过调整蒸发段、冷凝段的传热面积来调整热管管壁温度，使热管尽可能避开最大的腐蚀区域。本发明的有益效果是热管锅炉的设备维护相对简单，运行中传统的二次急冷段作为旁路保留，即使在热管锅炉故障或维护吋，也能保障生产正常进行。利用该技木，4万吨 /年硬质线每小时烟气量约38000Nm3/h，以水进ロ温度20°C，出口蒸汽温度184°C计，每小时约可回收热量2767kW，即产生蒸汽3. 7吨；4万吨/年软质线每小时烟气量约30000Nm3/ h，以水进ロ温度20°C，出口蒸汽温度184°C计，每小时约可回收热量2185kW，即产生蒸汽 2. 9吨。综合起来，毎年8000小时生产时间共可副产蒸汽5观00吨，节约标准煤折合4866 吨。
图1传统的二次急冷エ艺流程图，
图2本发明设计的二次急冷ェ艺流程图，图3本发明所涉及的热管锅炉的结构示意图， 图4本发明的热管换热原理示意图。图中1-原料油预热器，2- 二次急冷水，3-炭黑收集装置，4-热管锅炉，11-烟气出口，12-热管换热器，13-烟气进ロ，14-蒸汽出口，15-蒸汽汽包，16-给水ロ，21-管売， 22-翅片，23-工作液体，24-端盖。下面结合说明书附图与具体实施方式
对本发明作进ー步详细说明。
具体实施例方式根据图2、3和4所示，炭黑生产中二次急冷段烟气显热的回收热利用技木，烟气从原料油预热器1出来后在二次急冷段进入热管锅炉4进行换热，制得蒸汽，降温后的烟气进入炭黑收集装置3——收集袋滤器。畑气在热管锅炉4中的流向为自下而上垂直流动。畑气在热管锅炉4内相对热管做切向流动，在热管锅炉4内的流速约为20 60m/s，在热管有烟气的ー侧有翅片22，翅片22的方向为垂直方向。所述热管锅炉内的每根热管都相互独立，便于维护，每根烟气侧热管的末端用管夹固定，用以保护热管，热管锅炉内蒸发器的烟道棱角处有圆弧板。热管锅炉由热管换热器12和蒸汽汽包15組成，烟气从热管换热器12下部的烟气进ロ 13进入，从顶部的烟气出口 11排出，蒸汽汽包15的下部有给水口 16，顶部有蒸汽出口 14。热管由管壳21、外部扩展的翅片22、端盖M组成，将管内抽成1.3X (10 _1 10 一 4 ) 的负压后充入适量的工作液体23，然后加以密封。
权利要求
1.炭黑生产中二次急冷段烟气显热的回收热利用技木，其特征在于烟气在二次急冷段进入热管锅炉进行换热，制得蒸汽，降温后的烟气进入收集袋滤器。
2.根据权利要求1所述的炭黑生产中二次急冷段烟气显热的回收热利用技木，其特征在于所述烟气在热管锅炉中的流向为自下而上垂直流动。
3.根据权利要求2所述的炭黑生产中二次急冷段烟气显热的回收热利用技木，其特征在于所述烟气在热管锅炉内相对热管做切向流动。
4.根据权利要求2或3所述的炭黑生产中二次急冷段烟气显热的回收热利用技木，其特征在于所述烟气的流速约为20 60m/s。
5.根据权利要求2或3所述的炭黑生产中二次急冷段烟气显热的回收热利用技木，其特征在于所述在热管烟气流通ー侧有翅片。
6.根据权利要求5所述的炭黑生产中二次急冷段烟气显热的回收热利用技木，其特征在于所述翅片的方向为垂直方向。
7.根据权利要求1、2或3所述的炭黑生产中二次急冷段烟气显热的回收热利用技木， 其特征在于所述热管锅炉内的每根热管都相互独立。
8.根据权利要求7所述的炭黑生产中二次急冷段烟气显热的回收热利用技木，其特征在于所述的每根烟气侧热管的末端用管夹固定。
9.根据权利要求1所述的炭黑生产中二次急冷段烟气显热的回收热利用技木，其特征在于所述热管锅炉内蒸发器的烟道棱角处有圆弧板。
全文摘要
本发明属于化工技术领域，尤其涉及一种炭黑生产中二次急冷段烟气显热的回收热利用技术，是化工生产节能减排及循环经济的典型。本发明的技术方案为炭黑生产中二次急冷段烟气显热的回收热利用技术，烟气在二次急冷段进入热管锅炉进行换热，制得蒸汽，降温后的烟气进入收集袋滤器。以经过特殊设计的热管锅炉取代二次急冷水枪，通过流经锅炉的水与高温炭黑烟气进行换热，在降低烟气温度至袋滤器滤袋要求温度的同时副产化工生产中广泛需要的蒸汽。
文档编号F28D15/02GK102563593SQ20111038809
公开日2012年7月11日 申请日期2011年11月30日 优先权日2011年11月30日
发明者刘祖虎, 刘红伟, 周文明 申请人:金能科技股份有限公司