炭黑尾气的利用及应用技术

的混合方法。混合的方式不同，对燃烧强度，火焰长度以及火焰温度都有很大的影响。 ａ、扩散燃烧：是可燃气体未预先和空气混合而进行的燃烧称为扩散燃烧。 ｂ，无焰燃烧则是可燃气体与空气按比例混合后，在稳焰（燃烧器）装置的配合下，瞬时完 成燃烧过程的燃烧方式。
在炭黑尾气的燃烧中，使用较多的是扩散式燃烧的燃烧器，这主要是针对炭黑尾气这种低
量）大于其火焰的传播速度造成的。 一般可以通过以下措施来防止脱火： ａ、保持合适的炭黑尾气压力 ｂ、选择安全炭黑尾气的燃烧器 ｃ、设置必要的稳焰装置 ｄ、提高燃烧室的热负荷 ｅ，炭黑尾气的成分相对稳定
ｆ、合理地送风
⑦回火现象及其预防 回火现象就是火焰缩回火孔内部燃烧的现象。 产生回火的原因是：由于燃烧气体的流速（在燃烧焰面一般由下列原因造成： ａ、燃气的性质与燃烧器形式不符合 ｂ、一次空气量过小 ｃ，燃气通过火孔的速度太小 防止回火的措施一般有： ａ、保证混合气体以燃烧器出口处进入燃烧室处的速度场分布均匀。如果分布不均匀，局部 地区会造成逆向漩涡。也会发生回火 ｂ、冷却燃烧器的火部。使燃气出口处的火焰传播速度降低
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度范围时遇到明火就会发生爆炸。 （４）炭黑尾气中含有大量的水份ｔ它是炭黑生产过程中因工艺冷却时带入的水和烃类物质 燃烧而产生的水。随着炭黑生产工艺工程中，冷却方式的改变，炭黑尾气中的水份将会大大的 降低。 （５）炭黑尾气中的各种成份的含量是很不稳定的，它会随着炭黑生产中使用的原料，炭黑 的品种，生产工艺及设备状况的变化而变化。 另外，炭黑尾气中还有少量的硫的化合物存在，这是因为炭黑生产的原料油中所带来的。 它的含量虽然很少，但却是十分有害的。它不仅有毒，同时对金属有强烈的腐蚀作用，特别是 在炭黑尾气这种含湿量很大的气体中，其腐蚀作用更为突出。它会腐蚀金属管道和设备，降低 它们的使用寿命，甚至会酿成事故。所以在对炭黑原料油的脱硫技术还不能广泛应用的情况下 尽可能地选用低硫的原料油。 由于炭黑生产中的尾气产量是很大的，其所含的总能量约合炭黑生产总能量的３０％－４０＊左 右。生产每吨硬质炭黑就可以排出近１０４ｍ３的炭黑尾气，充分利用好这些炭黑尾气不仅是节约能 源，降低生产成本的事情，也是消除污染，保护环境的好事。同时也是循环经济在炭黑生产企
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通过相关公式求取。 可燃气体的爆炸是一种极具危害性的现象，但也是可以避免的，只要严格按要求规范操
作。特别是在点火时，必须先排尽可燃气体，在有火源的情况下送入燃气。在燃烧过程中，应 防止熄火以及脱火和回火现象的发生，如有上述现象发生应及时切断燃气的气源，查明原因 后，再按要求进行操作。 （４）燃烧方法及燃烧器 对于可燃气体的燃烧方法，常有扩散燃烧和无焰燃烧。所谓燃烧方法就是可燃气体与空气
ａ、可燃气体与空气的混合，由于炭黑尾气中的可燃成份较少，大部分是惰性气体，其混合
过程远比燃烧过程要漫长，炭黑尾气的充分燃烧必须要采取必要的措施来保证其很好地与空气 混合。 ｂ、在它的燃烧过程中，创造条件增加火焰面和提高火焰的传播速度，可以对参与燃烧的空 气、尾气进行预热和减少火焰散热等的方法来提高火焰传播速度。
的水蒸汽等成份。表为某企业生产的炭黑尾气的成分。
二憋
Ｎ３３０ Ｎ６６０
某炭黑生产企业的炭黑尾气成份：（体积，％）
Ｈ２ Ｃｏ ＣＨ４ Ｃ２Ｈ２ Ｎ２ Ｃ０２ Ｈ２０ Ａ
炭黑品种＼Ｓ
１０．７ｌ １２．５５
９．３７ ８．６２
Ｏ．３１ ０．５６
Ｏ．６ｌ Ｏ．２４
３５．７７ ３８．０６
２．１３ ２．２６
４０．６５ ３７．２３
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ｃ、为促使可燃气体与空气的混合，可采取使气流产生旋转等方法来改变气流的方向速度．
加强其扰动。
ｄ、设置稳定的火源，使可燃物能连续地着火燃烧。 ｅ、燃烧装置的设计要合理，不能产生脱火和回火现象。 ②焰的脱火及预防： 燃烧时的脱火就是燃气火焰脱离火口后，不能连续的稳定燃烧，这种现象称为脱火。 脱火现象产生的原因是因为燃气或其与空气的混合物的流速（指在火焰面法线方向的分
如果在点火时，气体不是全部着火，而是使点火的部分燃烧，此时在点火处就会形成一个 很厚的高温燃烧面，此焰面不断向来被点燃的气体方向传播，这种燃烧想象称之为火焰的传播
过程，而火焰面的移动速度，就称为火焰的传播速度。
火焰传播速度的大小与以下几种因素有关：
①混合可燃气体的物理化学性质有关，如导温系数大的火焰传播速度也大。 ②与混合气体中可燃气体的含量有关。 ④如火焰在管道内传播的话，则是与管道的管径有关。 ④另外如火焰传播速度与可燃气体的初温有关，初温越高，火焰的传播速度越大。 ⑤与燃气中的惰性气体的含量有关。 另外当炭黑尾气中还含有粉尘的话，则其火焰传播速度还与粉尘的性质及含量有关。 炭黑尾气的火焰传播速度可通过相关公式计算得知。 （４）稳定燃烧 ①稳定燃烧的条件
０．４５ Ｏ．４８
除了表中的成份外，还有少量０２，、Ｓ０２、Ｈ２Ｓ等，表中的Ａ为气体中的灰份。 从上述表中，我们可以看到，炭黑尾气有以下特性： （１）炭黑尾气是一种热值很低的可燃性气体・它含有Ｈ：、ＣＨ．、Ｃ：Ｈ：及ＣＯ等可燃气体，
其含量只占炭黑尾气总量的２０％左右。
（２）炭黑尾气是一种剧毒气体，因为它含有ＣＨ．、ＣＯ、Ｃ：Ｈ：等气体，特别是ＣＯ气体， ＣＯ气体被吸人人体后与血液中的血红素化合力很强（是氧气的２００－３００倍），它能从血红索中 取代氧。从而使人发生缺氧窒息而死。而炭黑尾气中所含的一氧化炭的含量，远远地高出ＣＯ的 中毒极限，在炭黑企业中也曾发生过程度不同的ＣＯ中毒事故。 （３）炭黑尾气是一种易爆的气体・其中的可燃组份在密闭的空间里与氧气混合达到一定浓
（２）点火
我们在把炭黑尾气作为燃料使用时，都需将其点燃，也就是在燃烧室中的高温点火源的不 停作用下，瞬间使其着火。 炭黑尾气在与空气混合后，发生着火燃烧的最低温度称为它的着火温度。着火温度并不是
一个常数，它与尾气中所含可燃气体的种类，浓度及其各种成份的混合均匀程度有关，还与燃
烧设备的结构形式、热容量、有无催化作用的物质存在等外部条件有关，同时还会随着炭黑尾 气中水蒸气和氮气等惰性气体的浓度的增加而升高。 （３）火焰的传播
２，炭黑尾气的燃烧过程
（１）着火：着火发生在燃烧之前，是燃烧的准备阶段。 可燃气体由稳定的氧化反应突然转化为不稳定的氧化反应，称之为着火，而产生突变点温
度称之为着火温度。
炭黑尾气的着火温度，不仅与其本身的物理化学性质有关，还与所在环境的热力条件有
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关，也就是与它的成份，可燃气体的浓度和它所在环境的温度、压力以及散热情况有关。
如果在着火浓度范围内的可燃气体处于一密闭容器内，遇有明火，则可燃气体与空气的混 合物几乎可以在瞬间完成燃烧，也就形成了爆炸。这种情况在我们对炭黑尾气的使用中也曾有 发生，是应该避免的。炭黑尾气的着火浓度极限也可通过相关公式求取。 （２）影响着火浓度极限的原因： 着火浓度不是一个不变的范围，它会随着下列的环境因素的变化而变化。
热值燃气的特点而选用，以保证燃烧的稳定和安全。 由于炭黑生产中排放的炭黑尾气数量很大，如不加以利用对环境的污染是十分严重的。如
ａ，气体所在容器的容积大小的影响，一般内径小的容器，其着火浓度极限范围变窄
ｂ，温度的影响，随着所在环境温度的升高，其范围会扩大
Ｃ，压力的影响，低压的情况下，着火浓度极限范围变化不大，在高压时，甲烷等的碳氢化
合物的着火浓度有一定的抑制作用，而对一氧化碳来说其着火浓度极限则会变窄 ｄ。惰性气体含量的增加，则着火浓度极限的上下限都会抬高 ｅ、水份的存在对甲烷等碳氢化合物的着火有一定的抑制作用，而对一氧化碳则有促进作用 ｆ、在氧气含量的环境下，其着火浓度的极限范围将扩大 （３）爆炸及爆炸压力 爆炸是一种不稳定的燃烧方式 爆炸发生的条件是：在一个密闭的空间（或容器）内，与空气混合后可燃气体的浓度在它 的着火浓度范围内，这时如遇火源（明火）即可产生爆炸。 由于爆炸会产生很强的冲击波在密闭容器内会形成很高的压力，对设备甚至人身造成很大 的危害。 爆炸产生压力的大小不仅与炭黑尾气所含成份有关，还与环境的温度及压力有关，它可以
气的零排放。但在目前，把炭黑尾气作为燃料，仍是一种简单而实用的利用炭黑尾气方法。当
前，使用最多的是利用炭黑尾气燃烧后的热量来干燥炭黑及炭黑尾气锅炉来产生蒸汽。
二，炭黑尾气的特性：
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为了更好地利用好炭黑尾气，我们必须了解炭黑尾气的一些特性。炭黑尾气是一种混合气 体，同时它所含的成份是随炭黑生产的工艺、炭黑的品种、炭黑生产的原料及设备状况的变化 而变化的。也就是说炭黑尾气是一种成份不是很稳定的混合气体。 我们可以通过一些仪器仪表测定炭黑尾气中各种成份的含量，并可以通过计算了解它的 一些主要特性。它们的特性主要有炭黑尾气的摩尔质量和摩尔体积、比热容，比热容比以及粘 度、导热性、含湿量及发热值等理化特性。上述这些特性可以参照理想气体混合物的计算方法 进行计算。炭黑尾气中的一些单一气体的一些特性可从表中查得。
三．炭黑尾气的燃烧
炭黑尾气在目前的条件下，应用最广泛的是作为燃料来回收其中的化学能，其他的用途目
前还未有成熟的方法。 ｌ、燃烧计算
可燃物质与氧进行激烈化合而伴有放热发光的物理一化学现象，称为燃烧。炭黑尾气的燃 烧也就是其中的Ｈ：、ＣＯ、ＣＨ。等可燃物质与氧气激烈化合，并放出热量的反应过程。 燃烧计算就是对燃烧过程进行物质平衡和热平衡的计算。通过计算来说明燃料燃烧条件的 特性，也就是燃烧时的空气需求量。燃烧产物的成份和数量以及燃烧温度等。 由于炭黑尾气燃烧后的烟气中含有大量的水蒸气，当烟气的温度降低到一定值时，烟气中 的水蒸气就会因饱和而凝结析出，也称为结露。烟气中的水蒸气开始凝结析出时的温度称之为 烟气的露点。烟气达到露点时，水蒸气凝结的水就会附着在设备的表面，污染设备。特别是在 炭黑尾气中含有少量的硫化物，这些硫化物在燃烧后生成二氧化硫和三氧化硫。这些硫的氧化 物不仅会使烟气的露点急剧上升，还会在设备表面生成稀硫酸液体，使金属设备受到腐蚀。另 外附属设备管道上的液体还会黏附灰尘杂质堵塞通道，增加输送的阻力，加大了动力消耗。