一种炭黑烟气余热回收系统及炭黑生产装置的制作方法

1.本实用新型属于化工行业炭黑生产技术领域，尤其涉及一种炭黑烟气余热回收系统及炭黑生产装置。


背景技术：

2.炭黑生产过程中，燃料和余热后的空气在炭黑反应炉的燃烧段混合、燃烧，产生约1927℃的高温燃烧气流，原料油在高温烟气中不完全燃烧，生成炭黑。在炭黑反应炉后部，需要将大量的急冷水喷入炭黑烟气中，终止炭黑反应。炭黑反应炉出口的炭黑烟气温度降低为950℃，在利用袋滤器收集炭黑烟气时，需将炭黑烟气降至280℃以下，以避免损坏滤袋器。
3.如现有技术cn203704727u中提供一种新型高温炭黑原料油预设装置，此技术方案中公开了炭黑反应炉产生的炭黑烟气利用预热锅炉进行余热回收，余热锅炉与炭黑烟气换热后的输送至一级原料油预热器，利用炭黑烟气的温度对原料油进行第一次余热，之后，炭黑烟气输送至二级原料油预热器，利用一级原料油预热器传动至二级原料油预热器的炭黑烟气的热量对原料油进行二次预热，使温度升高至350℃，加热后的原料油回送至炭黑反应炉内。
4.上述现有技术中，利用余热锅炉回收热量之后的炭黑烟气对原料油连续两次加热，之后炭黑烟气被连接二级原料油预热器的袋滤器收集。但炭黑烟气在进入袋滤器之前温度较高，需要大量的急冷水进行降温，造成热量的浪费。另一方面，此装置在生产炭黑过程中，经余热锅炉回收显热后，并未应用回此装置中。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种炭黑烟气余热回收系统，以将原料油预热至所需的温度，同时，还能将多余的能量回收，以再次利用炭黑生产中或生产销售，提高能量的利用率。
6.本实用新型的目的在于提供一种炭黑生产装置，利用上述炭黑烟气余热回收系统回收和再利用炭黑反应炉内产生的炭黑烟气的热量，以降低炭黑的生产成本。
7.为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：
8.提供了一种炭黑烟气余热回收系统，包括：
9.连接于炭黑反应炉的空气预热器，所述炭黑反应炉内产生的炭黑烟气在所述空气预热器中对空气进行预热；
10.一级预热回收器，其输入端连接于所述空气预热器的输出端，所述一级预热回收器回收炭黑烟气的热量产生第一高温蒸汽；
11.原料油一级预热器，其连接于所述一级预热回收器的高温蒸汽输出端；
12.原料油二级预热器，其输入端连接于所述原料油一级预热器的输出端，所述原料油二级预热器连接于所述一级预热回收器的炭黑烟气输出端；
13.二级预热回收器，其输入端连接于所述原料油二级预热器的炭黑烟气输出端，所述二级预热回收器用于回收炭黑烟气中的热量并产生第二高温蒸汽。
14.优选地，还包括伴热管，所述空气预热器与所述一级预热回收器之间的管道，及所述一级预热回收器和所述原料油一级预热器之间输送第一高温蒸汽的管道，及所述一级预热回收器和所述原料油二级预热器之间输送炭黑烟气的管道，及所述原料油一级预热器和所述原料油二级预热器之间输送原料油的管道，及所述原料油二级预热器和所述二级预热回收器之间连接的管道，以及所述炭黑反应炉和原料油二级预热器之间输送原料油的管道，所述管道中的至少一个管道设置有伴热管；
15.所述一级预热回收器产生的部分第一高温蒸汽和所述二级预热回收器产生的部分第二高温蒸汽为伴热管供热。
16.优选地，还包括喉管和袋滤器，所述喉管的输入端连接于所述二级预热回收器的炭黑烟气输出端，所述喉管的输出端连接于所述袋滤器的输入端，所述袋滤器被配置为收集炭黑烟气。
17.优选地，所述空气预热器预热后的空气的压力范围值为0.6kpa-0.8kpa，流量范围值为24000nm3/h-26000nm3/h，所述空气预热器的输出端的炭黑烟气的温度范围值为680℃-750℃。
18.优选地，所述一级预热回收器的高温蒸汽输出端的第一高温蒸汽的压力范围值为2mpa-2.2mpa，流量范围值为6000kg/h-7000kg/h，温度范围值为200℃-220℃；
19.所述一级预热回收器的炭黑烟气输出端输出的炭黑烟气的温度范围值为450℃-520℃。
20.优选地，所述原料油一级预热器加热后的原料油的温度范围值为170℃-190℃，所述原料油二级预热器加热后的原料油的温度范围值为290℃-310℃。
21.优选地，所述原料油一级预热器和所述原料油二级预热器均为卧式列管换热器；
22.所述原料油一级预热器的列管的外侧为所述一级预热回收器产生的第一高温蒸汽，所述列管的内侧为原料油；
23.所述原料油二级预热器的列管的外侧为经过一级预热回收器后的炭黑烟气，所述列管的内侧为原料油。
24.优选地，所述原料油二级预热器的输出端的炭黑烟气的温度为380℃-420℃。
25.优选地，所述二级预热回收器的输出端输出的第二高温蒸汽的蒸汽压力范围值为2.0mpa-2.2mpa，流量范围值为1500kg/h-1800kg/h，温度范围值为200℃-220℃，所述二级预热回收器的输出端的炭黑烟气温度范围值为230℃-270℃。
26.本实用新型中还提供了一种炭黑生产装置，优选地，包括炭黑反应炉，以及所述的炭黑烟气余热回收系统，所述炭黑生产装置被配置为生产硬质橡胶用炭黑。
27.与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：本实用新型中炭黑反应炉燃烧后产生的炭黑烟气经空气预热器后，预热的空气回送至炭黑反应炉的燃烧室，实现炭黑烟气余热的利用，有利于提高炭黑热量的回收率以及强化炭黑反应条件，提高尾气热值。同时，降低炭黑反应炉进行炭黑反应时所需燃烧的燃料，降低成本。
28.设置两级预热回收器能够保证原料油二级预热器能够有充足的热源对原料油预热，同时，还能够保证炭黑烟气中的热量能够最大化的回收再利用，以节省能源，同时，经二
级预热回收器后的炭黑烟气的温度不至于过高，以保护收集炭黑烟气的袋滤器。
附图说明
29.图1为本实用新型中的炭黑生产装置的结构示意图。
30.其中，1、炭黑反应炉；2、空气预热器；3、主供风机；4、一级预热回收器；5、二级预热回收器；6、原料油一级预热器；7、原料油二级预热器；8、热风管；9、喉管。
具体实施方式
31.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
32.因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
33.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
34.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
35.在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
36.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
37.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
38.为提高炭黑反应中，炭黑烟气的热量的回收利用率，同时也为了能将原料油预热至所需的温度，如图1所示，本实施例中的炭黑生产装置主要用于生产硬质橡胶用炭黑。
39.上述炭黑生产装置包括炭黑反应炉1，以及炭黑烟气余热回收系统，炭黑反应炉1产生的炭黑烟气输出端连接于炭黑烟气余热回收系统的输入端，炭黑烟气的热量经炭黑烟气余热回收系统回收，并再次被炭黑生产装置利用。
40.具体地，上述炭黑烟气余热回收系统包括空气预热器2、一级预热回收器4、原料油一级预热器6、原料油二级预热器7和二级预热回收器5，其中，空气预热器2的输入端连接于炭黑反应炉1的输出端，炭黑反应炉1产生的炭黑烟气经两者之间的管道输送至空气预热器2，空气预热器2利用炭黑反应炉1内产生的炭黑烟气对空气进行预热。一级预热回收器4的输入端连接于空气预热器2的输出端，一级预热回收器4回收炭黑烟气的热量产生第一高温蒸汽。原料油一级预热器6连接于一级预热回收器4的高温蒸汽输出端，利用一级预热回收器4产的第一高温蒸汽对原料油进行一级预热。原料油二级预热器7的输入端连接于原料油一级预热器6的输出端，原料油二级预热器7连接于一级预热回收器4的炭黑烟气输出端。二级预热回收器5的输入端连接于原料油二级预热器7的炭黑烟气输出端，二级预热回收器5用于回收炭黑烟气中的热量并产生第二高温蒸汽。
41.本实施例中，炭黑反应炉1燃烧后产生的炭黑烟气经空气预热器2后，预热的空气回送至炭黑反应炉1的燃烧室，实现炭黑烟气余热的利用，有利于提高炭黑热量的回收率以及强化炭黑反应条件，提高尾气热值。同时，降低炭黑反应炉1进行炭黑反应时所需燃烧的燃料，降低成本。
42.设置两级预热回收器能够保证原料油二级预热器7能够有充足的热源对原料油预热，同时，还能够保证炭黑烟气中的热量能够最大化的回收再利用，以节省能源，同时，经二级预热回收器5后的炭黑烟气的温度不至于过高，以保护收集炭黑烟气的袋滤器。
43.优选地，空气预热器2为列管式逆流换热装置，此类型的换热装置为炭黑反应中常用的一种，能够增加空气的换热效率，增加换热效果。空气换热器的列管的内侧为炭黑烟气，列管的外侧为空气，炭黑反应炉1输送至空气预热器2的进口的炭黑烟气的温度范围值为900℃-1000℃，炭黑反应炉1和空气预热器2之间通过热风管8输送炭黑烟气，炭黑烟气通过列管换热将空气预热至850℃-900℃，预热后的空气通过热风管8输回至炭黑反应炉1的燃烧室，实现炭黑烟气余热利用，有利于提高炭黑收率和强化炭黑反应条件，提高尾气热值。优选地，进入空气换热器2的炭黑烟气的温度为950℃，炭黑烟气通过列管换热将空气余热至860℃。
44.预热后的空气的压力范围值为0.6kpa-0.8kpa，流量范围值为24000nm3/h-26000nm3/h，空气预热器2的输出端的炭黑烟气的温度范围值为680℃-750℃。优选地，空气换热器2的出口端的炭黑烟气的温度为700℃，上述空气预热器2利用主供风机3为空气预热器2提供空气。
45.优选地，空气预热器2的输出端与一级预热回收器4的输入端经管道连接，炭黑烟气经上述管道至一级预热回收器4回收热量。具体地，一级预热回收器4为管壳式换热器，为炭黑行业中常用的一种换热器，在此不再赘述管壳式换热器的具体结构，一级余热换热器还可以为余热锅炉。
46.管壳式换热器的管壳的外侧为水，管壳的内侧为炭黑烟气，水在壳程筒体内沸腾
汽化，利用炭黑烟气与水间接换热产生蒸汽，用于回收炭黑烟气的部分显热，产生的蒸汽可以供生产线自用，从而可以减少发电锅炉的供汽，增加发电量或蒸汽销售。
47.一级预热回收器4产生的第一高温蒸汽对原料油进行一级预热，一级预热回收器4的高温蒸汽输出端的第一高温蒸汽的压力范围值为2mpa-2.2mpa，流量范围值为6000kg/h-7000kg/h，温度范围值为200℃-220℃。一级预热回收器4的炭黑烟气输出端输出的炭黑烟气的温度范围值为450℃-520℃。一级预热回收器4产生的第一高温蒸汽除对原料油进行一级预热外，还能够对炭黑烟气余热回收系统中的各个管道在工作过程中伴热，防止管道温度过低，影响管道内输送的物质的流动性，另外，产生的过多的第一高温蒸汽可向外出售。优选地，进入一级余热回收器4的输入端的炭黑烟气的温度为700℃，一级余热回收器的输出端输出的炭黑烟气的温度为490℃。
48.一级预热回收器4的高温蒸汽输出端通过管道连接原料油一级预热器6，对原料油进行一级预热，原料油一级预热器6为卧式列管换热器，列管的外侧为高压蒸汽，列管的内侧为原料油，原料油一级预热器6加热后的原料油的温度范围值为170℃-190℃。优选地，原料油一级预热器6的输入端的温度为120℃，输出端的原油温度为180℃。
49.原料油二级预热器7的输入端连接于原料油一级预热器6的输出端，经原料油一级预热器6的原料油输送至原料油二级预热器7进行二次预热，一级预热回收器4的输出端输出的炭黑烟气经管道输送至原料油二级预热器7，利用炭黑烟气对原料油进行二级预热。
50.原料油二级预热器7为卧式列管换热器，卧式列管式换热器的列管的外侧为炭黑烟气，列管的内侧为原料油，此时炭黑烟气的温度范围值为450℃-520℃，炭黑烟气经原料油二级换热器对原料油进行二次预热后，原料油的温度范围值达到290℃-310℃，预热后的原料油经管道输送至炭黑反应炉1的喉管9段，经油枪雾化后喷入高温燃烧气流，原料油在高温烟气中不完全燃烧，生成炭黑。
51.本实施例中，以煤焦油为原料油，煤焦油为一种高芳香的碳氢化合物的复杂混合物，市场上售卖的煤焦油含4％左右的水，根据原料油的成分的不同，调整预热温度，即温度范围值为290℃-310℃。若预热温度过高，原料油中的水分气化膨胀体积过大，形成气包，会降低二级原料油预热器的换热效率，影响炭黑的生产质量。此外，还会导致原料油中沥青质结焦，导致原料油预热器换热管堵塞。
52.原料油经二级预热后，输送至炭黑反应炉1，原料油进入炭黑反应炉1的喉管9段的进口流量、温度以及压力值等均与炭黑的产能有关，如60000吨/年炭黑生产线，生产硬质橡胶用炭黑n330，流量为10500kg/h，温度为300℃，压力为4mpa。
53.原料油二级预热器7的输出端的炭黑烟气的温度为380℃-420℃，并输送至二级预热回收器5，二级预热回收器5为管壳式换热器，管壳式换热器的管壳的外侧为水，管壳的内侧为炭黑烟气，水在壳程筒体内沸腾汽化，利用炭黑烟气与水间接换热产生第二高温蒸汽，用于回收炭黑烟气的部分烟气显热，产生的第二高温蒸汽可以供生产线使用，如伴热，从而可以减小发电机锅炉供汽，节省能源，增加发电量或蒸汽销售。优选地，进入原料油二级预热器7的炭黑烟气的温度为490℃，原料油二级预热器的输出端的炭黑烟气的温度为400℃，原料油的温度达到300℃。
54.经原料油二级预设器7的炭黑烟气进入二级预热回收器5，二级预热回收器5的输入端的炭黑烟气的温度范围值为380℃-420℃，二级预热回收器5的输出端输出的第二高温
蒸汽的蒸汽压力范围值为2.0mpa-2.2mpa，流量范围值为1500kg/h-1800kg/h，温度范围值为200℃-220℃，二级预热回收器5的输出端的炭黑烟气的温度范围值为230℃-270℃。优选地，二级预热回收器5的输入端的炭黑烟气的温度为250℃。
55.炭黑烟气经二级预热回收器5后依次连接喉管9和袋滤器，炭黑烟气经喉管9急冷降温之后，温度降至280℃以下，再进入袋滤器，防止袋滤器被损坏。
56.若只是设置一级预热回收器4，以及考虑袋滤器能够承受的最高温度的因素，需要在经过一级预热回收器4之后的炭黑烟气的温度降至320℃-345℃，才能在经过原料二级预热器7后将炭黑烟气降温至袋滤器能够承受的温度，但是这样会导致原料油二级预热器7的热源不足，无法将原料油预热至工艺要求温度。因此，本实施例中设置两级预热回收器，一级预热回收器4回收部分炭黑烟气显热，出口烟气温度的范围值为450℃-520℃，利用第一高温蒸汽预热原料油后再设置原料油二级预热器7，保证充分预热原料油。本实施例中，空气预热器2的回收热量占比达到35％-40％，以及预热回收器的回收热量的占比达到30％-38％，原料油二级预热器7的回收热量的占比达到5％-8％，二级预热回收器5的回收热量的占比达到5％-8％。
57.本实施例中，空气预热器2与一级预热回收器4之间的管道，及一级余热回收器4和原料油一级预热器6之间输送第一高温蒸汽的管道，及一级余热回收器4和原料油二级预热器7之间输送炭黑烟气的管道，及原料油一级预热器6和原料油二级预热器7之间输送原料油的管道，及原料油二级预热器7和二级预热回收器5之间连接的管道，以及炭黑反应炉1和原料油二级预热器7之间输送原料油的管道，上述管道中的至少一个管道设置有伴热管。
58.本实施例中优选地，上述管道均设置有伴热管，一级预热回收器4产生的部分第一高温蒸汽和二级预热回收器5产生的部分或全部第二高温蒸汽为伴热管供热，以保证管道内输送的物质的流动性。
59.除上述管道外，本实施例中的炭黑烟气余热回收系统的其他管道也设置伴热管，如主供风机3与空气预热器2之间的管道在寒冷的环境中，均需要设置伴热管。
60.显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为了清楚说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。