CN209020180U - 一种炭黑尾气炉脱硝装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型专利属于炭黑生产设备领域，具体公开了一种炭黑尾气炉脱硝装置，包括：设于炭黑尾气炉的炉腔内的喷枪，所述喷枪通过管道依次连接有流量调节阀、输送泵、存储罐和尿素配制罐；所述输送泵将存储罐内的溶液泵送至喷枪中，所述尿素配制罐内的外部连接有搅拌装置，所述搅拌装置与设于所述尿素配制罐内部的搅拌轴连接，所述喷枪与流量计的中间还设置有第一变径管；所述喷枪为三通结构，所述喷枪的一端置于所述炭黑尾气炉的炉腔内，另一端与管道连接，再一端连接有压缩机。通过上述技术方案，本实用新型使炭黑尾气炉内的炭黑尾气进行脱硝反应，经脱硝反应后产生的氮气和水不会对环境造成任何污染。
Description
技术领域
本实用新型专利涉及炭黑生产设备领域，尤其是一种炭黑尾气炉脱硝装置。
背景技术
炭黑，是一种无定形碳，轻、松而极细的黑色粉末，表面积非常大，范围从12至3000m2/g，是含碳物质(例如煤、天然气、重油、燃料油等)在空气不足的条件下经不完全燃烧或受热分解而得到的产物。炭黑的生产原料有很多种，不同的生产原料制成的炭黑又有不同的别称，例如：由天然气制成的称“气黑”，由油类制成的称“灯黑”，由乙炔制成的称“乙炔黑”；根据炭黑的生产方法，炭黑还被称为“槽黑”或者“炉黑”；按照炭黑的性能区分，还有“补强炭黑”、“导电炭黑”、“耐磨炭黑”等。炭黑可作黑色染料，用于制造中国墨、油墨、油漆等，也可以用于做橡胶的补强剂。
炭黑尾气是在炭黑生产过程中，炭黑油与燃烧油在缺氧条件下裂解生产炭黑的过程中产生的复杂烟气，炭黑尾气主要含一氧化碳、二氧化碳、水蒸气、氢及其他反应气体，炭黑尾气成分见表1：
表1炭黑尾气化学成分
炭黑尾气不允许直排放大气，可以作为二次能源再次利用，如用作尾气燃烧炉做燃料等，燃烧后产生高温烟气用于干燥炭黑用，炭黑尾气燃烧后的烟气化学成分见表2：
表2炭黑尾气燃烧烟气化学成分
| N<sub>2</sub> | CO<sub>2</sub> | H<sub>2</sub>O | O<sub>2</sub> | NO<sub>X</sub> | SO<sub>2</sub> | 炭黑 |
| 78.55 | 2.30 | 29.68 | 6.0 | 660 | 900 | 60 |
注：炭黑尾气燃烧后烟气，烟气中氮氧化物NOx含量很高，一般在660-800mg/Nm3之间，远远超出GB14282-2014《锅炉大气污染排放标准》中规定的“新建锅炉氮氧化物NOx排放标准200mg/Nm3”。
因此，在炭黑生产工艺中，往往需要对炭黑反应炉的尾气进行净化处理，使其排放在空气中不会对大气造成污染。基于此，如何实现炭黑尾气炉尾气的净化是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
实用新型内容
针对现有技术中的问题，本实用新型的目的是要提供一种炭黑尾气炉脱硝装置，用于对炭黑尾气炉的尾气进行净化。
为了达到上述目的，本实用新型的技术方案是：
一种炭黑尾气炉脱硝装置，包括：设于炭黑尾气炉的炉腔内的喷枪，所述喷枪通过管道依次连接有流量调节阀、输送泵、存储罐和尿素配制罐；
所述输送泵将存储罐内的溶液泵送至喷枪中，所述尿素配制罐内的外部连接有搅拌装置，所述搅拌装置与设于所述尿素配制罐内部的搅拌轴连接，所述喷枪与流量计的中间还设置有第一变径管；
所述喷枪为三通结构，所述喷枪的一端置于所述炭黑尾气炉的炉腔内，另一端与管道连接，再一端连接有压缩机；
所述流量计和流量调节阀之间还设有DCS控制系统。
进一步，本实用新型的炭黑尾气炉脱硝装置，所述第一变径管上位于所述压缩机和流量调节阀之间还设有压力表。
进一步，本实用新型的炭黑尾气炉脱硝装置，所述喷枪的一端设置喷嘴，喷嘴上均匀设置有三排喷孔，喷孔为多个且在所述喷嘴的圆周方向上均匀分布。
进一步，本实用新型的炭黑尾气炉脱硝装置，所述喷孔的数量为9至14个，直径为2.5-3mm。
进一步，本实用新型的炭黑尾气炉脱硝装置，所述第一变径管的管径为DN25或者DN15。
进一步，本实用新型的炭黑尾气炉脱硝装置，所述喷枪采用雾化空气控制，使用流量控制在70至110Kg/h之间。
进一步，本实用新型的炭黑尾气炉脱硝装置，所述喷枪采用Φ32×3管径向钻孔或者炭黑生产线燃料油枪。
进一步，本实用新型的炭黑尾气炉脱硝装置，还包括：第二变径管；
所述第二变径管的一端与所述存储罐的侧面上部连接，另一端连接于所述第一变径管上且位于所述流量调节阀前方。
进一步，本实用新型的炭黑尾气炉脱硝装置，所述第二变径管上还设有压力表。
进一步，本实用新型的炭黑尾气炉脱硝装置，所述炭黑尾气炉的入口处还设有空气进口和炭黑尾气进口。
与现有技术相比，本实用新型提供的炭黑尾气炉脱硝装置的结构与众不同，通过设于炭黑尾气炉的炉腔内的喷枪，所述喷枪通过管道依次连接有流量调节阀、输送泵、存储罐和尿素配制罐；所述输送泵将存储罐内的溶液泵送至喷枪中，所述尿素配制罐内的外部连接有搅拌装置，所述搅拌装置与设于所述尿素配制罐内部的搅拌轴连接，所述喷枪与流量计的中间还设置有第一变径管；所述喷枪为三通结构，所述喷枪的一端置于所述炭黑尾气炉的炉腔内，另一端与管道连接，再一端连接有压缩机。本实用新型的炭黑尾气炉脱硝装置，利用尿素作为还原剂，尿素经尿素配置罐配置完毕后，经输送泵输送至存储罐储存，当系统运行时，尿素溶液经质量流量计量控制器精确计量，将尿素溶液分配至每个喷枪，经喷枪雾化后喷入炭黑尾气炉的炉膛内，并使其均匀分布，利用炉内的高温产生汽化，生成NH3与NOx进行脱硝反应，脱硝反应后产生氮气和水，对大气不造成二次污染。本装置采用双流体喷枪，利用压缩空气进行雾化，不会对炭黑尾气炉产生任何影响。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
附图1为本实用新型的其中一个实施例的炭黑尾气炉脱硝装置的结构示意图；
附图2为本实用新型的其中一个实施例的炭黑尾气炉脱硝装置的喷枪的结构示意图；
附图3为本实用新型的其中一个实施例的炭黑尾气炉脱硝装置的结构示意图；
附图4为利用本实用新型的其中一个实施例的炭黑尾气炉脱硝装置进行SNCR脱硝反应的工艺流程图。
图中：1-炭黑尾气炉，2-喷枪，201-喷嘴，202-喷孔，203-第一接头，205-第二接头，3-流量计，4-流量调节阀，5-输送泵，6-存储罐，7-尿素配制罐，701-搅拌装置，702-旋转轴，8-第一变径管，9-压缩机，10-DCS控制系统，11-压力表，12-第二变径管，13-空气进口，14-炭黑尾气进口。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
如附图1所示，附图1为本实用新型的其中一个实施例的炭黑尾气炉脱硝装置的结构示意图。本实用新型的炭黑尾气炉脱硝装置，包括：设于炭黑尾气炉1的炉腔内的喷枪2，所述喷枪2通过管道依次连接有流量计3、输送泵5、存储罐6和尿素配制罐7；
所述输送泵5将存储罐6内的溶液泵送至喷枪2中，所述尿素配制罐7内的外部连接有搅拌装置701，所述搅拌装置701与设于所述尿素配制罐7内部的搅拌轴702连接，所述喷枪2与流量计3的中间还设置有第一变径管8；
所述喷枪2为三通结构，所述喷枪2的一端置于所述炭黑尾气炉1的炉腔内，另一端与管道连接，再一端连接有压缩机9；
所述流量计3和流量调节阀4之间还设有DCS控制系统10。
本装置所述的DCS控制系统，即：分散控制系统，是以微处理器为基础，采用控制功能分散、显示操作集中、兼顾分而自治和综合协调的设计原则的新一代仪表控制系统。
在实际应用本实用新型的炭黑尾气炉脱硝装置时，所述流量计3会实时监测通过第一变径管8的反应液流量，当流量过高或者过低时，可以通过所述DCS控制系统10操作流量调节阀4控制该流量，以达到最佳的脱硝反应效果。本装置中所述的DCS控制系统，即：分散控制系统控制器，其特点在于：分散控制，集中显示，在工业生产中应用广泛。
在上述实施例中，所述喷枪2的进口为三通结构，出口处连接喷头，另一端与管道连接，再一端连接用于压缩空气的压缩机9。在实际应用本装置时，一定浓度的尿素溶液，通过压缩机9的压缩雾化经由喷头送到特定的炭黑尾气炉1的炉腔内部。
在其中一个实施例中，本实用新型的炭黑尾气炉脱硝装置，所述第一变径管8上位于所述压缩机9和流量计3之间还设有压力表11。
在其中一个实施例中，本实用新型的炭黑尾气炉脱硝装置，所述第一变径管8的型号为DN25或者DN15，用于增加输送泵5泵送至喷枪2内溶液的压力。
如附图2所示，附图2为本实用新型的其中一个实施例的炭黑尾气炉脱硝装置的喷枪的结构示意图。在本实施例中，本实用新型的炭黑尾气炉脱硝装置，所述喷枪2的一端设置有喷嘴201，所述喷嘴201上均匀设置有三排喷孔202，所述喷孔202的数量为多个且在所述喷嘴201的圆周方向上均匀分布。
在其中一个实施例中，本实用新型的炭黑尾气炉脱硝装置，所述喷孔202的数量为8至12个，直径为2.5-3mm。
在其中一个实施例中，本实用新型的炭黑尾气炉脱硝装置，所述喷枪2还包括第一接头203和第二接头205；
通过所述第一接头203与管道连接，通过所述第二接头205与压缩机连接。
在其中一个实施例中，本实用新型的炭黑尾气炉脱硝装置，所述喷枪2采用雾化空气控制，使用流量控制在70至110Kg/h之间。
在其中一个实施例中，本实用新型的炭黑尾气炉脱硝装置，所述喷枪2采用Φ32×3管径向钻孔或者炭黑生产线燃料油枪。
在上述实施例中，本实用新型的炭黑尾气炉脱硝装置，通过设置压缩机9与喷枪2连接，经由压缩机降压后的空气输送至喷嘴201内，有利于炭黑尾气的充分燃烧，保证了脱硝反应的顺利进行，也确保了炭黑尾气的净化程度。
在实际使用本实用新型的炭黑尾气炉脱硝装置之前，所述喷枪2分别在炭黑尾气炉1的前部和后部入口处进行试验，确保脱硝反应的正常进行。
如附图3所示，附图3为本实用新型的其中一个实施例的炭黑尾气炉脱硝装置的结构示意图。在本实施例中，本实用新型的炭黑尾气炉脱硝装置，还可以包括：第二变径管12；
所述第二变径管12的一端与所述存储罐6的侧面上部连接，另一端连接于所述第一变径管8上且位于所述流量计3和压缩机9之间。
在上述实施例中，本实用新型的炭黑尾气炉脱硝装置，通过在第一变径管8与存储罐6之间设置型号为DN25的第二变径管12，当流量计3检测到流量过大时，会控制富余的流量回流至储存罐6内，以实现压力的平衡。
在其中一个实施例中，本实用新型的炭黑尾气炉脱硝装置，所述第二变径管12上还设有压力表11。
在其中一个实施例中，本实用新型的炭黑尾气炉脱硝装置，所述炭黑尾气炉1的入口处还设有空气进口13和炭黑尾气进口14。
本实用新型的炭黑尾气炉脱硝装置，通过设于炭黑尾气炉1的炉腔内的喷枪2，所述喷枪2通过管道依次连接有流量计3、输送泵5、存储罐6和尿素配制罐7；所述输送泵5将存储罐6内的溶液泵送至喷枪2中，所述尿素配制罐7内的外部连接有搅拌装置701，所述搅拌装置701与设于所述尿素配制罐7内部的搅拌轴702连接，所述喷枪2与流量计3的中间还设置有第一变径管8；所述喷枪2为三通结构，所述喷枪2的一端置于所述炭黑尾气炉1的炉腔内，另一端通过第一接头203与管道连接，再一端通过第二接头205连接有压缩机9。
本实用新型的炭黑尾气炉脱硝装置，利用尿素作为还原剂，尿素经尿素配置罐7配置完毕后，经输送泵5输送至存储罐6储存，当系统运行时，尿素溶液经流量计3精确计量，将尿素溶液送到每个喷枪2，经喷枪雾化后喷入炭黑尾气炉1的炉膛内，并使其均匀分布，利用炉内的高温产生汽化，生成NH3与NOx进行脱硝反应，脱硝反应后产生氮气和水，对大气不造成二次污染。本装置采用双流体喷枪，利用压缩空气进行雾化，不会对炭黑尾气炉产生任何影响。
需要说明的是：本装置采用的尿素溶液的浓度为20％，与发电分厂锅炉中使用的尿素溶液的浓度一致。
在实际应用本实用新型的炭黑尾气炉脱硝装置时，还可以增加PLC控制系统和在线分配系统，用于精确计量脱硝反应所需的尿素溶液以及在线分配流入各个喷枪的尿素溶液的量；所述PLC控制系统还可以采用触摸屏，便于工作人员操作。
本实用新型的炭黑尾气炉脱硝装置，采用的是SNCR脱硝原理。SNCR技术是利用载体式喷枪将氨基还原剂(如氨气、氨水、尿素等)溶液雾化成液滴喷入炭黑尾气炉的炉膛，热解生成气态NH3，在950℃至1150℃之间的温度区域，也称为温度窗口，还原剂与烟气中的氮氧化物发生如下反应：
尿素为还原剂
尿素水解：
(NH2)2CO+(n+1)H2O─→2NH3+CO2+nH2O；
4NH3+4NO+O2─→4N2+6H2O；
4NH3+2NO2+O2─→3N2+6H2O。
尿素与NOx也可直接发生如下还原反应：
CO(NH2)2+NO2+NO＝＝CO2+5N2+2H2O
该方法的特点是：设备简单，运行费用较SCR低；但是，该技术对反应温度非常敏感，存在反应温度窗口布置位置受到限制。
当反应区温度过低时，大量还原剂来不及反应，从而降低脱硝效率；同时增加还原剂氨的逃逸量。
当反应区温度过高时，氨会直接被氧化，发生如下反应：
5NH3+6O2─→5NO+7H2O
特别是当温度高于1300℃时，NH3的氧化反应速度超过还原反应速度而起主导作用，从而造成NO排放浓度高于基准排放浓度。
炭黑尾气炉燃烧温度一般正常在950℃至1150℃之间。
如附图4所示，附图4为利用本实用新型的其中一个实施例的炭黑尾气炉脱硝装置进行SNCR脱硝反应的工艺流程图，下面以单台尾气炉SNCR脱硝工艺为例对上述工艺流程进行说明。
1.还原剂的选择：SNCR脱硝使用的还原剂尿素。
2.尿素主要设备及系统流程如下：
本SNCR脱硝系统主要包括尿素配置罐、尿素输送泵、尿素存储罐、尿素计量系统、在线分配系统、喷射系统和电控系统七部分。
尿素经尿素配置罐配置完毕后，经尿素输送泵输送至尿素储罐储存。本SNCR脱硝系统运行时，尿素溶液经尿素计量系统精确计量后，将尿素溶液输送至在线分配系统，经由电控系统将尿素溶液分配至喷射系统中的各个喷枪，经双流体喷枪雾化后喷入炭黑反应炉的炉膛，进行脱硝反应。
SNCR系统将混合后的尿素溶液雾化喷入炉膛内，并使其均匀分布，利用炉内的高温产生汽化，生成NH3与NOx进行脱硝反应。脱硝反应后产生氮气和水，对大气不造成二次污染。本装置采用双流体喷枪，利用压缩空气进行雾化，不会对炭黑尾气炉产生任何影响。
在实际应用本实用新型的炭黑尾气炉脱硝装置时，还可以增加PLC控制系统和在线分配系统，用于精确计量脱硝反应所需的尿素溶液以及在线分配流入各个喷枪的尿素溶液的量；所述PLC控制系统还可以采用触摸屏，便于工作人员操作。
3.尿素预计用量：脱硝用12％-30％浓度的尿素溶液配置，可根据脱硝去除率配置浓度。
5.结论：通过利用本实用新型的炭黑反应炉脱硝装置，采用SNCR脱硝技术，可以节约投资，运行成本也相对较低，国内炭黑行业尚无报道。因此此次项目也是创新，借助尾气炉微压燃烧技术，预测氮氧化物的排放量可降至250mg/Nm3以下。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (9)
1.一种炭黑尾气炉脱硝装置，其特征在于，包括：设于炭黑尾气炉(1)的炉腔内的喷枪(2)，所述喷枪(2)通过管道依次连接有流量计(3)、流量调节阀(4)、输送泵(5)、存储罐(6)和尿素配制罐(7)；
所述输送泵(5)将存储罐(6)内的溶液泵送至喷枪(2)中，所述尿素配制罐(7)的外部连接有搅拌装置(701)，所述搅拌装置(701)与设于所述尿素配制罐(7)内部的搅拌轴(702)连接，所述喷枪(2)与流量计(3)之间还设置有第一变径管(8)；
所述喷枪(2)为三通结构，所述喷枪(2)的一端置于所述炭黑尾气炉(1)的炉腔内，另一端与管道连接，再一端连接有压缩机(9)；
所述流量计(3)和流量调节阀(4)之间还设有DCS控制系统(10)。
2.根据权利要求1所述的炭黑尾气炉脱硝装置，其特征在于：所述第一变径管(8)上位于所述压缩机(9)和流量计(3)之间还设有压力表(11)。
3.根据权利要求1所述的炭黑尾气炉脱硝装置，其特征在于：所述喷枪(2)的一端设置有喷嘴(201)，所述喷嘴(201)上均匀设置有三排喷孔(202)，所述喷孔(202)的数量为多个且在所述喷嘴(201)的圆周方向上均匀分布。
4.根据权利要求3所述的炭黑尾气炉脱硝装置，其特征在于：所述喷孔(202)的数量为9至14个，直径为2.5-3mm。
5.根据权利要求1所述的炭黑尾气炉脱硝装置，其特征在于：所述第一变径管(8)的管径为DN25或者DN15。
6.根据权利要求1所述的炭黑尾气炉脱硝装置，其特征在于：所述喷枪(2)采用雾化空气控制，使用流量控制在70至110Kg/h之间。
7.根据权利要求1所述的炭黑尾气炉脱硝装置，其特征在于，还包括：第二变径管(12)；
所述第二变径管(12)的一端与所述存储罐(6)的侧面上部连接，另一端连接于所述第一变径管(8)上且位于所述流量计(3)和压缩机(9)之间。
8.根据权利要求7所述的炭黑尾气炉脱硝装置，其特征在于：所述第二变径管(12)上还设有压力表(11)。
9.根据权利要求1所述的炭黑尾气炉脱硝装置，其特征在于：所述炭黑尾气炉(1)的入口处还设有空气进口(13)和炭黑尾气进口(14)。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN111203070A (zh) * | 2020-01-19 | 2020-05-29 | 山西三强新能源科技有限公司 | 一种炭黑生产的VOCs治理系统及其治理方法 |
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2018
- 2018-09-27 CN CN201821581424.1U patent/CN209020180U/zh active Active
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