空气预热器发展概况.doc

空气预热器发展概况何福辉 (中国橡胶工业协会炭黑分会，300400)摘要：介绍国内外炭黑生产用空气预热器的开发、应用情况；重点介绍800C、900。C以及以上级别的空气预热器的技术进展。 关键词：炭黑；空气预热器；裂解；应用；进展1 前言 空气预热器是炭黑生产线的关键设备之一，它被用来预热入炉空气。在炭黑生产线上，最先安装空气预热器(350-400*(2低温空气预热器)是上世纪五十年代末。N-十世纪七 十年代末，石油危机之后，高温空气预热器(650)被引入生产中。80年代初，空气预热 器温度提高到更高的水平，800空气预热器开始商业化运作。二十世纪末，900C空气预热 器研制成功。N-十一世纪初，准确地说，2003年开始，开发900以上空气预热器被提上 议事日程。至于950，还是1000。C高温空气预热器是研发过程中要讨论的问题。2 国内空气预热器生产和应用情况j相对于世界炭黑工业来说，我国炭黑工业有一个逐步发展壮大的过程。2003年我国炭黑产量突破100万吨大关，超过日本成为世界第二大炭黑生产国(美国第一，165万吨)。自从1987年天津炭黑厂引进的15万坼炭黑生产线投入生产以来，我国引进和自行开发的152万吨年炭黑生产线已建成五十余条，能力达100余万吨。这些生产线大都采用650*C高温 空气预热器，只有很少几条采用800。C或900C空气预热器(石家庄新星化炭900)。l万吨，年以下的干法炭黑生产线(8000吨，6000吨)采用600(2、500空气预热器(考 虑成本)，因此，650空气预热器成为现今的主流，而800。C空气预热器的实际应用是我国 炭黑行业的另一个目标。我国各炭黑企业使用的空气预热器，除上世纪九十年代初建设的几条应用进口空气预热 器外，大部分采用国内生产的空气预热器。如成都发动机厂HRQ一198高温空气预热器(650 12)，是运用航空产品设计制造技术及质量保证体系研制成功的专利产品。这种空气预热器采113用双元热补偿，使各换热管因温度不均所产生的温度应力得到补偿，不仅提高了设备的使用 寿命，而且提高了炭黑收率，节约了原、燃料油，减少废气排放量，对环境保护和使用安全 起到重要作用。这种空气预热器最长可运行7-8年。青岛德固特制造有限公司的浮管式高效 空气预热器有这样的特点：(1)材质采用美标A387系列耐热高强合金钢，热强性能好而且耐 腐蚀。(2)换热管与管板的配合采用专利技术设计，自由伸缩的浮管式结构，可使管子在无应 力状态下工作，避免了因管束受热不均匀膨胀而造成的扭曲变形、焊缝开裂、甚至整台设备 的报废。(3)比单管补偿式空气预热器成本低，便于维护，使用寿命更长，且体积小，便于运 输、安装。3 国外空气预热器生产和应用情况国外炭黑生产厂家规模都比较大，数量较国内少得多，但单线生产能力很高，生产厂的 规模也比较大。大部分应用650空气预热器，也有部分工厂应用800、900空气预热器。 总体状况同国内差不多，但小规模生产线没有，基本都是湿法造粒。应用800C、900C空气 预热器的厂家比国内多很多，应用水平很高且趋于成熟，象Cabot、Degussa、印度BMa集团、 台湾中橡等等。制造空气预热器的厂家，比较著名的是前夏克公司，现今的名字是阿尔斯托姆公司 (Alstom)它可以说是空气预热器的制造专家，拥有(购买)哥伦比亚空气预热器(空气预热 器)专有技术，对空气预热器拥有权威发言权。最近几年在亚太炭黑会及世界炭黑会上发表数 篇有关空气预热器的专题论文，对800、900空气预热器作了详细的说明并且提出很多值 得业内人士关注的问题。下面本人就这些情况作一简单介绍。31800空气预热器在操作过程中出现的问题及解决办法 在生产过程中由于受条件限制(如处于寒冷地区)，需要对空气预热器进行预热(648小时)和冷却(6-24小时)。对于垂直安装的空气预热器，因套筒位于底部，在反应炉停 炉后，可能会在其(预热器)管壁处发生粘壁现象，套筒端部容易损坏，其原因是：(1)套筒 与列管之间的狭缝容易贮存炭黑；(2)管内炭黑可能沉积在此；(3)与反应炉过来烟气进口很 近，对于硬质炭黑反应炉来说，其空气预热器列管、套筒更容易发生腐蚀及燃烧现象。要保 证空气预热器稳定运行，应采取以下措施：(1)合理设计；(2)合理操作；(3)限定非常工作状 态的频次；(4)在设备开停车时需进行保养。通常情况下，800空气预热器出现的问题还有：(1)双管板破裂；(2)管泄露；(3)壳体变形；(4)裂管变曲；(5)空气预热器倾斜。现对上述问题出现的原因及解决措施予以简114单说明。311管板破裂 双管板是夏克空气预热器的重要特征，为了降低产生破裂的热应力，采取几方面的措施：(1)控制冷却空气流量；(2)预热冷却空气，维持一定气量；并在管板两侧加耐火材料。312管泄露管泄露常见于套筒与列管连接部位(该处易于发生点蚀腐蚀现象)，产生的原因为：(1)原 料油内所含硫；(2)不正常操作频率过高。反应炉冷却不充分，管内残留炭黑燃烧，这样就要 求2-3年内更换套筒；初装套筒长度小，每一次更换增加长度(250mm-300ram-3tSOmm)，313壳体变形 解决壳体变形，就是采用稳定的支架。314列管弯曲 管子弯曲的原因有这样几点：(1)壳体变形；(2)管板间隙小；(3)列管内残碳燃烧产生热应力。此外，因烟气流速、急冷水雾化效果、反应炉汽化区长度、残油量、烟气密度等因素 造成管子结垢现象很普遍。解决这些问题的措施是：(1)反应炉升温、降温过程不要对空气预 热器造成污染；(2)开始阶段采用小套筒；(3)控制急冷水压力，提高雾化效果。空气预热器的腐蚀问题，有专门的文章加以论述，象腐蚀产生的类型、原因、形式以及 设计过程中应如何应对等等，在此不赘述。32 900C空气预热器的优势及未来空气预热器发展方向900空气预热器具有所有高温空气预热器的优点：(1)热燃烧空气可以将热能带入反应 炉中，节省燃油，温度越高，节省就越多；(2)燃烧空气带入的热量不是通过燃烧产生的，因 此这种热量不会产生额外的尾气，这样收率会越高；(3)高温空气预热器可以减少急冷水的用 量，提高进入袋滤器的质量；(4)提高产品质量。900空气预热器同800(2的相比具有相似的结构，其重要部件为：管顶基础、管底基础、 热的管程、壳程，管程全长14m，比800空气预热器长2m。由于炭黑烟气入口管壁温度高， 同时气体量减少，就要寻找与其适应的新型材料。该材料应具有耐高温、抗炭黑吸附以及良 好的可焊接性能。在壳程底部安装有陶瓷纤维构成的内部衬里。由于炭黑烟气进口高温的偏 高，金属套圈改成陶瓷套圈，抗1700C以上高温。900空气预热器优点(效益)：(1)节约原 料7oo；(2)产量提高118；(3)收率提高770(2000年数据，同800C空气预热器比)此外，尾气浓度的增加可以使锅炉尾气量加大，使干燥炉提高效率；延长袋滤器的使用寿命；节能降耗。115在国外，900(2空气预热器已经运行良好，尽管与800C空气预热器比较经济上是否合算 一直是业内讨论的问题，但这不足以成为延缓应用900空气预热器的理由。而且，从工艺 的可行性及其开发价值几方面来看，950乃至1000(2空气预热器是未来开发的重点目标。 特别是考虑能量回收方面的要求，就更迫切要求我们业界开发更高温度、更新一代的空气预 热器。4小结 近几年，空气预热器的设计制造和使用方面都有较快的发展，虽然国外比国内更超前一些应用800C、900空气预热器，但国内在前沿技术上并不落后。随着900空气预热器在 我国的使用成功，我们与世界先进水平的差距会越来越小。而且，国内著名企业家的大手笔， 新的技