浅谈炭黑尾气发电技术
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摘 要：根据炭黑尾气的特点，对炭黑尾气进行综合利用实现热电联产，不仅减少了环境污染，还解决了企业生产生活用电和供热所需，降低了生产成本，增强了企业的竞争力。
关键词：炭黑尾气 热电联产 尾气发电 综合利用 环保节能
一、尾气发电技术背景
发改环资[2004]73号文件《资源综合利用目录（2003年修订）》中，炭黑尾气、工业余热、余压作为资源综合利用项目，享受国家资源综合利用税收优惠政策。2005年7月2日，国务院的《关于加快发展循环经济的若干意见》（国发［2005］22号）中指出：必须大力发展循环经济，按照“减量化、再利用、资源化”原则，采取各种有效措施，以尽可能少的资源消耗和尽可能小的环境代价，取得最大的经济产出和最少的废物排放，实现经济、环境和社会效益相统一，建设资源节约型和环境友好型社会。由此可见，对炭黑生产过程中的炭黑尾气综合利用，发展尾气发电技术，具有明显的环保节能效果，符合国家的能源政策。
二、尾气发电技术介绍
尾气发电技术是将炭黑生产时所排放的尾气全部输送到尾气锅炉燃烧转化成CO2和H2O，同时燃烧掉尾气中的炭黑粉尘，锅炉产生的蒸汽一部分用于汽轮机组发电，一部分用于生产装置，汽轮发电机组产生的电力又反供给生产装置，达到资源利用的最大化，实现循环经济，可产生良好的社会效益和经济效益。
1.尾气发电技术工艺流程说明
从炭黑装置来的炭黑尾气通过管道送入尾气锅炉。进入燃烧器的尾气与经锅炉空气预热器预热后的热空气混合燃烧，产生的高温烟气经锅炉各受热面进行换热后，温度逐渐下降，由锅炉引风机抽出，经烟囱排向大气。
从界区送来的地下水进入本装置的化学水处理系统，经机械过滤器除去水中固体悬浮物，然后经脱盐水处理使水质达到锅炉要求，经脱盐水泵加压送到除氧器，除去水中的溶解氧，再通过给水泵送到锅炉，在锅炉中吸收热量后被加热成饱和蒸汽。饱和蒸汽由锅筒进入过热器，进一步被加热成过热蒸汽，过热蒸汽由主蒸汽管进入汽轮机，在汽轮机中冲动转子，带动发电机发电。在汽轮机中，过热蒸汽作功后压力、温度逐渐下降，最后进入凝汽器被循环水冷却成凝结水，由凝结水泵加压后经抽汽器送至除氧器，再经锅炉给水泵送至锅炉中，完成工质的循环。
2.尾气发电的主要技术措施
炭黑尾气物性指标如下：
针对炭黑尾气的燃烧低热值（约685kcal/Nm3）水份高及有炭黑粉尘的特点，本装置在技术上采取以下措施：
按照炭黑尾气的特点，对传统的尾气锅炉燃烧器和锅炉炉膛进行局部改进，提高炉膛燃烧温度和燃烧效率，防止燃烧器堵塞。锅炉效率从78%提高到81%以上。
加强尾气燃烧的自动化监控水平，整个装置采用DCS系统控制，从尾气的输入参数，燃烧参数到烟气的排放温度，排放成分都进行监视并进行自动化调节。
将尾气发电机组采用中压机组，提高热利用效率
强化节能、节水措施，对排污二次蒸气和管道设备疏水加以回收利用同时，从而达到环保和节能节水要求。
3.尾气发电关键技术和设备
根据炭黑尾气的特性，本尾气发电装置研发了新型的低热值高含湿尾气专用双旋流尾气燃烧器，并采用低热值高含湿尾气燃烧调节数学模型，提高炉膛温度，保证尾气稳定燃烧的绝热炉膛和蓄热墙结构。设置了防止尾气回火的防爆水封。尾气锅炉双级空气预热器，提高助燃空气温度，降低排烟损失，采用轻型炉墙和膜式水冷壁，强化换热系数，减少漏风损失和材料消耗，管束与锅筒由胀接改为焊接，适应炭黑装置开停频繁的特点，锅炉露天或半露天布置，节约土建投资。
三、尾气发电技术在炭黑生产中的应用
1.应用实例
炭黑尾气发电技术从80年代初开始在炭黑行业中推广，采用的尾气发电机组，已经在国内多家炭黑厂使用证明技术成熟可靠。从已建成的天津炭黑厂、河北龙星化工集团有限责任公司、温州三维集团、茂名永业（集团）股份有限公司、宜兴市有机化工五厂、喀什德力克石油工程技术有限公司等炭黑行业的尾气锅炉及尾气发电装置运行实践看，也为公司带来显著的经济效益和社会效益。
2.炭黑尾气发电技术的经济效益分析
炭黑尾气发电技术可以实现热电联产，符合国家和地方的能源政策，享受并网、免收上网配套费等优惠政策。电力不足部分可以由电网自动补充，多余部分可以并网外送，降低了建设单位的投资风险，对企业节约生产成本、增强市场竞争能力很有好处。目前炭黑尾气发电规模主要有3000kW、6000 kW、12000 kW。下面以喀什德力克石油工程技术有限公司3000 kW尾气发电装置为例。
喀什德力克石油工程技术有限公司2010年1月建设投产尾气发电装置，装机总容量为3000kW，除去站用电约360kW后，实际供电能力约2440kW，蒸汽供应能力5t/h。年操作运转时间为8000小时，年发电2400万KW.h，扣除发电装置自用电288万KW.h，年外供电2112万KW.h，其中炭黑装置及照明变压器用电1040万KW.h，电价按0.48元/KW.h（不含增值税），其余1072万KW.h上网，电价按0.32元/KW.h（含增值税），发电年收入842.24万元；装置产蒸汽供炭黑生产装置按15t/h，67元/t（不含增值税）计价，蒸汽年收入520万元；装置年收入1362.24万元（不含增值税），从财务评价结果来看，本项目投资利润率33.56%，投资利税率35.69%，税后财务净现值为2729万元，税后内部收益率为37.06%，其经济效益较好。该项目总投资2549.08万元，销售收入1362.24万元/年（不含增值税），年均利润总额856万元，为企业增加了可观的经济效益。
3.炭黑尾气发电技术的社会效益分析
炭黑尾气发电技术本身就属于资源综合利用的节能项目。它是利用炭黑生产过程中产生的含有可燃成份的废气作为锅炉燃料，生产蒸汽来带动汽轮发电机组发电，实现资源的综合利用，降低了能源消耗。下面以喀什德力克石油工程技术有限公司3000 kW尾气发电装置为例。
3000kW尾气发电机组的尾气量消耗量为27500 Nm3/h，尾气热值约为685 kcal/Nm3，总热值为：Q=685×27500=18837500kcal/h
如果以标准煤计算，这些炭黑尾气的热量相当于标准煤数量位：
B=18837500/7000=2691kg/h
由此可见，喀什德力克石油工程技术有限公司利用炭黑尾气发电，每天相当于节约64吨标准煤，节能效果十分显著。
炭黑尾气发电发电技术本身就是一种环保节能的技术。它利用有毒有害、直接排放会对大气造成较大污染的炭黑尾气作为燃料，燃烧产生蒸汽，推动汽轮机发电。尾气燃烧后经锅炉烟囱排放的烟气中有毒气体CO浓度基本为零，TSP（炭黑）浓度10mg/Nm3以下，经烟囱排入大气，符合GB 16297-1996《大气污染物综合排放标准》的要求。
由此可见，炭黑尾气发电装置建成后节能减排效果非常明显。
四、结论
炭黑尾气发电技术是利用炭黑生产过程中产生的含有可燃成份的废气作为锅炉燃料，生产蒸汽来带动汽轮发电机组发电。在建设炭黑生产装置的同时，配套建设尾气发电装置符合工程建设项目“三同时”的基本原则，符合国家节能减排，发展循环经济的产业政策，经济效益和社会效益显著，对发展我国的炭黑尾气利用项目具有重要的现实意义。