蔡明远，汪陶林 (中国林业科学研究院林产化学工业研究所，江苏南京210042)
作者简介：蔡明远 男，江苏启东人，工程师，主要从事林化工程设计及产业管理工作。
摘 要：用流态化炉生产颗粒活性炭时，在尾气通道上设计了一套余热回收装置，并用余热加热流态化反应所需的空气及水蒸气，该装置也能自产蒸汽，最大蒸汽发生量为70kg/h，余热换热器热利用率为42.7％。
关键词：流态化；余热回收
中固分类号：TQ424．1 文献标识码：A 文章编号：1005—3433(2005)05—0020一D3
流态化活化技术即用烟道气与部分过热水蒸气作为活化介质和流化介质，使炭颗粒在流态化状态下进行括化反应，该活化方式具有气～固接触好、传热快、活化均匀、活化时问短、反应气体成分易于控制等优点。其不足是单位产品的能耗相对较高，约束了该炉型的推广应用；如何降低单位产品的能耗已显得尤为重要。2002年中国林科院林化所在国家林化工程中心中试基地建立了一套300 L／a流态化炉生产颗粒活性炭的生产线，采用物理法生产净水炭、维尼纶触媒载体炭等产品，作者在该炉余热利用上进行了探索：即在尾气通道上设计了一套换热装置，在生产颗粒活性炭的同时将反应过程产生的尾气余热加以回收利用，取得一定的效果，有效地提高了热能利用率。
1活化炉结构及工艺流程简介
1.1活化炉结构
活化炉由下部燃烧室、中部流化床活化室(700×1150)、上部气一固分离室3部分构成。活化炉顶部为反应尾气出口，为利用余热，在尾气通道上设计了余热回收装置，该装置由二部分换热器组成：即空气过热器(8 平方米，DNl00)及蒸汽过热器(9 平方米，DN80)。
流态化活化炉结构见图l（略）。
1.2工艺流程简介
进料采用螺旋加料器，进料口位于活化反应段的圆锥体上，出料口在炉体正下方。热量由炉体下部燃烧器燃烧柴油提供。为了避免物料返混，使产品质量均匀，采用间歇生产，当活化炉温度升至所需活化温度，通常为860℃左右时，开启螺旋进料器进料，同时调节通人的空气量和柴油量，满足不同产品所需的活化反应条件，在活化过程中根据流化床床层压差及流化床温度情况调节空气量及进油量。
有关活化时间、活化温度与产品吸附率间的关系已有专家得出结论：本炉型活化反应的前40 min亚甲基蓝吸附值和碘吸附值随时间变化显著增加、40 min之后吸附率指标增加趋向平缓；吸附率指标与活化温度间关系：活化温度升高，吸附率有所提高，但当活化温度超过860℃时，吸附率指标增加缓慢，产品得率却显著降低。
1.3 用半成品原料制造维尼纶载体炭时典型操作条件
原料：椰壳半成品炭，粒经16～30目，醋酸吸附值450 mg／g。
典型操作条件：进料量64 kg，活化时间25 min，空气流量160 立方米，油耗16 kg/h，蒸汽量130 kg/h，炉温876 ℃，床温862℃，炉顶换热器进口温度700℃，炉顶换热器出口温度200℃，二次空气流量20 立方米／h。
产品产量与质量：出料量38 kg，醋酸吸附值567 mg,/g。
1.4尾气余热换热器进、出物料及相关参数
根据操作条件的相关参数，用图2方块图对进、出尾气换热器的物料及相关参数进行了示意。
图2进、出尾气换热器物料及参数（略）
用流态化炉生产维尼纶触媒载体炭时，由于单位产品耗热量相对较高，用尾气换热器自产蒸汽量相对不足，故一般采用外供蒸汽。流态化活化过程中所需的作为活化介质的烟道气和作为流化介质的水蒸气在进人流化室前需先经过尾气换热器加热。
当流态化炉在1．3节工作状态时，经测定，换热器能将流态化所需的空气、水蒸气分别过热至400℃、500℃。对尾气换热器蒸汽发生量极限值也进行了测定，经测定本装置在生产载体炭时，余热换热器最多能产生常压水蒸气70 kg／h。在生产净水炭时，尾气换热器产生的水蒸气已能满足活化反应生产所需。
2 被加热介质的热量衡算
2.1经余热换热器加热的空气及水蒸气获得的热量
2.1.1 每小时空气经加热获得的热量
Q空气=C空气M1△TI
=0.24 ×206.4×(400-20)
=1.88×10的4次方（kcaL／h)
式中：c空气——空气由常温过热至400℃过程的平均比热，kcal(kg·℃)；Ml——空气流量，kg/h；△TI——空气经过余热抉热器前后温差，℃o(以下C、M、△T含义相同)。
2.1.2常压蒸汽经过热获得的热量(Q空气)
Q空气=C蒸汽M2△T2
=O.486×130×(500—100)
=2.52×10的4次方(kcaL／h)
式中：C蒸汽一蒸汽由100℃过热至500℃过程的平均比热，kcal,(kg·℃)。
空气及蒸汽经余热换热器共获得4.4万kcaL／h的热量。
2.2验证试验热量计算
由于余热换热器最多能产生70 kg/h的蒸汽，该过程获得的热量由两部分组成：
①水由常温加热至100℃获得的显热：
Q水=C3M3△T3=1×70×(100-20)
=0.56×10的4次方(kcaI／h)
②汽化潜热：
Q汽化=C4M4=539×70=3.77×10的4次方(kcaI／h)
两者共获得热量4.33万(kcaI／h)由此可验证经余热换热器的介质能获得4.4万kcal／h左右的热量。
3 尾气放热的热量衡算
经余热换热器总释放的热量由下面3部分组成。
①尾气中蒸汽经余热换热器后放出的热量((Q尾蒸汽)
Q尾蒸汽=G5M2△T2
=0.486×130×(700—200)
=3.16×10的4次方（kcal／h)
式中：G5——尾气中过热蒸汽由700℃降至200℃的平均比热。
②尾气中空气(160 立方米／h)、二次空气(20 立方米／h)及烧失的炭经余热换热器后放出的热量(Q尾空气)
Q尾空汽=G6M6△T6
=0.31×(180×1.29+23／12×44)×(700一200)
=4.90×10的4次方（kcal／h)
式中：G6——空气在此温度区间的平均比热，23 kg为烧失的炭量，气相夹带损失炭量为3 kg。
③二次空气(20 立方米／h)燃烧放出的热量20 立方米／h二次空气中氧气含量：20×1.29×0 23=5.93(kg／h)；对应的水煤气量t30／32 x5.93=5.56(kg/h)
水煤气燃烧产生的热量(Q水煤气)：
Q水煤气=C7M7=4×10的3次方×5.6
=2.2210的4次方（kcal／h)
式中：C7——水煤气的热值，kcal／kg。
因此经余热换热器释放出的总热量为：
Q总=Q尾蒸汽+Q水煤气+Q尾空气=10.3万kcal／h。
4 余热换热器热效率衡算
换热器总的余热利用率：
4.4／10.3×100％=42.7％
轻柴油燃烧热值约为10 000 kcaL／kg，空气及水蒸气经余热换热器共获得的4.4万kcal／h热量，相当于节省柴油4.4 kg／h。节省能源为4 .4／(16+4 4)×100％=2l .5％
5结论
5.1本流态化活化炉尾气段设计的余热换热装置在生产触媒载体炭时能产生70 kg／h蒸汽，生产净水炭时蒸汽实现自供。
5.2余热回收装置能将活化反应所需之空气、水蒸气在相应工艺流量条件下分别过热至400℃、500℃。
5．3余热换热器余热综合利用率为42.7％，对本工艺相当于每小时节省柴油4.4 kg，节省能源约21.5％。
参考文献：
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