CN103528077B - 年产6万吨炭黑生产尾气燃烧炉 - Google Patents

年产6万吨炭黑生产尾气燃烧炉 Download PDF

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毛学栋
袁缨
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Tianjin Bohai Chemical Engineering Co., Ltd.
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CHINA TIANJIN CHEMICAL ENGINEERING DESIGN INSTITUTE
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Abstract

本发明涉及6万吨/年炭黑生产中尾气燃烧炉；由燃烧器、燃烧室前段和燃烧室后段三部分组成；燃烧器安装于炉体前端，与燃烧室前段采用螺栓连接；燃烧室前段与燃烧室后段采用法兰与螺栓的连接方式；燃烧室前段上设置尾气进口，燃烧室前段下面设置有前支座；燃烧室后段上设置有两个防爆门；燃烧室后段侧面设置有烟气排出口，燃烧室后段下面设置有后支座；燃烧室前直径小于燃烧室后段直径。本设备已通过设计制造、运输安装、调试运行等各环节的实施验证，无论是生产能力、产品质量、以及能源消耗方面均达到6万吨/年炭黑生产的工艺设计要求。

Description

年产6万吨炭黑生产尾气燃烧炉
技术领域
本发明及炭黑技术领域，特别是6万吨/年炭黑生产中尾气燃烧炉的设备。其主要作用是将炭黑生产过程中排出的约240℃左右并含有2500～2950KJ/m3热值的炭黑尾气回收再利用，即经尾气燃烧炉燃烧后产生的1400℃烟气作为炭黑生产的后续工艺设备滚筒式干燥机热源，使其在炭黑生产过程中的能源消耗得到更加充分利用，既节能又环保。
背景技术
炭黑是现代国民经济中不可缺少的重要化工原料之一，广泛用于橡胶、油墨、涂料、塑料及其他行业。尾气燃烧炉是炭黑生产工艺过程中不可缺少的主要设备。目前炭黑生产的主要技术如下：
（1）目前国内炭黑生产设备的产能大都在20000吨/年，而且最大规模不超过40000吨/年，与之相配套的尾气燃烧炉热负荷最大不超过2800x104KJ/h，而这种炉型不能满足6万吨/年炭黑生产线的需要。目前我院已申请报批6万吨/年炭黑生产工艺的专有技术，而能够满足6万吨/年炭黑生产能力的尾气燃烧炉在国内尚无设计开发先例，为此我们设计新型尾气燃烧炉与之炭黑生产工艺相适应。
（2）目前生产的炭黑尾气燃烧炉，由于生产能力小，炭黑尾气燃烧炉几何尺寸大都在L1＜25m；L2＜6m。尾气进口3流通截面≈0.13m2,烟气排出口流通截面≈0.8m2。此炉型无法满足6万吨/年炭黑生产燃烧热负荷的工艺要求。燃烧室前段与燃烧室后段采用的是焊接结构，对于年生产能力的扩大，增大燃烧热负荷后炉体结构尺寸相应扩大，仍然采用原来的焊接结构会给设备的安装、运输带来一定的困难，因此在设计结构上需进行改进。
（3）对于现有的炭黑尾气燃烧炉，由于燃烧室前段靠近火焰区和尾气进口，炉内温度高且流通截面小、流速快耐火材料易损坏，燃烧室前段容易损坏，但目前都是整体更换，燃烧室采用焊接结构不便于分段检修、维护，维修费用较大。
（4）目前尾气燃烧炉的内衬材料大多采用单层耐火浇注料，或采用内层耐火砖外层隔热浇注料内砌外浇注结构形式。采用单层耐火浇注料结构，由于材料比重大会造成设备整体重量的增加。而采用内砌外浇注结构形式，由于外壳体为圆形砌砖需要采用楔形砖，这种楔形砖相比普通直形砖成本高，同时在制造过程中也给施工造成一定的难度。
发明内容
根据6万吨/年尾气燃烧炉的工艺设计参数要求，燃烧热负荷4275*104KJ/h;烟气流量24350Nm3/h，通过热量计算、燃烧室容积热强度计算并根据尾气进口和烟气出口流速的要求确定其合理的结构型式和外型尺寸。
本设备不仅是结构尺寸的放大，设计过程中还涉及到设备结构的整体刚度问题，设备加工制作的难易程度、整体设备的安装运输、以及炉体浇注材料的选用和设备的维修和保养、等问题。根据多方研究，整体考虑，提出本发明的技术方案，并且在使用中达到了很好的效果。
本发明的技术方案如下：
年产6万吨炭黑生产尾气燃烧炉，由燃烧器1、燃烧室前段2和燃烧室后段7三部分组成；燃烧器安装于炉体前端，与燃烧室前段2采用螺栓连接；燃烧室前段2与燃烧室后段7采用法兰与螺栓的连接方式；燃烧室前段2上设置尾气进口3，燃烧室前段2下面设置有前支座10；燃烧室后段7上设置有两个防爆门6；燃烧室后段7侧面设置有烟气排出口12，燃烧室后段7下面设置有后支座11；燃烧室前2直径小于燃烧室后段直径。
所述燃烧炉的各部件以米计的尺寸如下：
在燃烧炉内层设置有两层耐火材料层。
所述的烟气排出口为椭圆形。
本发明说明如下：
（1）根据工艺参数进行设备工艺计算，包括热量计算、燃烧室容积热强度计算、烟气出口流速计算；分析计算结果；预测燃烧情况和火焰长度；确定设备各功能段长度和直径。
（2）根据分析结果和各功能段尺寸，综合考虑加工、运输、维修等问题，确定设备各功能段结构、材料、连接及密封形式。
（3）6万吨/年尾气燃烧炉整体采用金属材料壳体内衬耐火浇注料的结构形式，根据工艺要求分别选用二种不同的耐火浇注料，针对炉体内温度较高内层选用高强耐火浇注料，这类材料耐火度高、抗侵蚀、抗冲刷、体积稳定性好，耐火度≥1790℃。外层采用轻质隔热浇注料，这类材料导热系数小，1000℃热面导热系数为0.45（W/m.K）,可降低炉体对外散热起到环保节能效果。而且这种材料体积密度小，可减少设备重量，降低制造成本。
（4）燃烧室前段与后段由原来的焊接结构修改为法兰、螺栓连接结构此结构便于生产厂家制造加工，同时为设备的运输、安装提供了方便。
（5）燃烧室前段与燃烧器和尾气进口相连接，相对温度较高，由于尾气进口流速较快，炉内耐火浇注料受到冲刷相对燃烧室后段更易损坏，采用法兰、螺栓连接结构更便于维修和更换，同时还可降低成本。
本设备已通过设计制造、运输安装、调试运行等各环节的实施验证，无论是生产能力、产品质量、以及能源消耗方面均达到6万吨/年炭黑生产的工艺设计要求，而设备造价和占地仅相当于4万吨/年炭黑尾气燃烧炉。目前本设备在国内苏州宝化炭黑有限公司6万吨/年炭黑生产线上正常运行近一年，达到预期效果。
效益成果比较表：
设备名称 产能（万吨/年） 造价（万元） 设备占地（m2）
4万吨/年炭黑尾气燃烧炉 4 42 32.4
6万吨/年炭黑尾气燃烧炉 6 55 38.3
增加量 2 13 5.9
附图说明
图1：6万吨/年炭黑生产尾气燃烧炉示意图。
其中：1.燃烧器、2.燃烧室前段、3.尾气进口、4连接法兰、5.连接螺栓、6.防爆门、7.燃烧室后段、8.轻质隔热浇注料、9.高强耐火浇注料、10.前支座、11.后支座、12.烟气排出口。
具体实施方式
目前我们研发的6万吨/年炭黑尾气燃烧炉，通过安装、使用后已在线正常生产，各项指标均达到预期设计、使用要求。
根据上述技术条件，我们设计的6万吨/年炭黑尾气燃烧炉，由燃烧器1、燃烧室前段2和燃烧室后段7三部分组成；燃烧器安装于炉体前端，与燃烧室前段2采用螺栓连接；燃烧室前段2与燃烧室后段7采用法兰与螺栓的连接方式；燃烧室前段2上设置尾气进口3，燃烧室前段2下面设置有前支座10；燃烧室后段7上设置有两个防爆门6；燃烧室后段7侧面设置有烟气排出口12，燃烧室后段7下面设置有后支座11；此设备几何尺寸：长度尺寸：L13m；L26～9m。
尾气进口3流通面积约0.3m2，尾气进口流速大约25～30m/s。烟气排出口12流通截面积约1.6m2，出口烟气流速大约20～25m/s。设备外壳金属材料采用碳素结构钢Q235A，炉内衬层件号8轻质隔热浇注料选用氧化铝空心球浇注料，高强耐火浇注料层9选用高铝质耐火浇注料。我们研制的6万吨/年炭黑尾气燃烧炉，在结构形式、几何尺寸的确定以及设备材料的选用上，均可满足6万吨/年炭黑生产工艺的需要。

Claims (1)

1.年产6万吨炭黑生产尾气燃烧炉，其特征是由燃烧器(1)、燃烧室前段(2)和燃烧室后段(7)三部分组成；燃烧器安装于炉体前端，与燃烧室前段(2)采用螺栓连接；燃烧室前段(2)与燃烧室后段(7)采用法兰与螺栓的连接方式；燃烧室前段(2)上设置尾气进口(3)，燃烧室前段(2)下面设置有前支座(10)；燃烧室后段(7)上设置有两个防爆门(6)；燃烧室后段(7)侧面设置有烟气排出口(12)，燃烧室后段(7)下面设置有后支座(11)；燃烧室前段(2)直径小于燃烧室后段直径；所述燃烧炉的各部件以米计的尺寸如下：
所述在燃烧炉内层设置有两层耐火材料层；所述的烟气排出口为椭圆形。
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