石墨急冷塔的特性及應(yīng)用分析

馮 亮，陸 俊，何 飛，陸勝利

（南通星球石墨設(shè)備有限公司,江蘇 南通226011）

石墨急冷塔通常用于高溫氣體 （腐蝕性煙道氣、含氯廢液焚燒氣體）的急速冷卻。對(duì)腐蝕性強(qiáng)的氣體能完美的替代不銹鋼的設(shè)備和其他非金屬材質(zhì)的設(shè)備。

1 應(yīng)用背景

工業(yè)廢棄物、生活垃圾、醫(yī)療垃圾及有毒有害物質(zhì)的熱解焚燒處理后，其煙氣中含有大量的酸性氣體等有害成份，必須經(jīng)處理后才能排放，煙氣中有機(jī)物、重金屬、二惡英、呋喃等污染物，二惡英在300 ℃左右還能合成，因此需要進(jìn)行快速冷卻，而環(huán)境中的二惡英很難自然降解消除，包括210 種化合物，毒性大，是砒霜的900 倍，有“世紀(jì)之毒”之稱，萬(wàn)分之一甚至億分之一克的二惡英就會(huì)給健康帶來(lái)嚴(yán)的危害。

現(xiàn)在工藝廢氣的含量成分較多，含多種腐蝕性氣體，傳統(tǒng)的不銹鋼材質(zhì)的急冷塔已很難滿足要求，石墨的耐腐蝕性很強(qiáng)，能完美的替代不銹鋼的塔設(shè)備。石墨急冷塔通過對(duì)高溫?zé)煔獾募彼倮鋮s，然后將冷卻的氣體進(jìn)入吸收器進(jìn)行吸收冷卻。

2 石墨急冷塔的工作原理及結(jié)構(gòu)特性

2.1 石墨急冷塔的工作原理

石墨急冷塔中液體經(jīng)加壓自塔頂經(jīng)噴淋裝置均勻噴射而下，氣體自塔頂均勻上升，氣液兩相經(jīng)過互相接觸，氣體與液體流動(dòng)的方向一般多為逆流，從而進(jìn)行熱量與質(zhì)量的傳遞。其主要原理：（1）冷的噴淋液與高溫氣體熱交換將液體汽化帶走熱量；（2）石墨間壁同外夾套冷卻水間的換熱。

2.2 石墨急冷塔的結(jié)構(gòu)特性

石墨急冷塔(圖1)一般采用石墨筒體內(nèi)膽外加殼體循環(huán)冷卻夾套，上部加裝噴淋冷卻裝置，在塔的中部加彈簧補(bǔ)償裝置，以防石墨的熱脹冷縮。這種急冷塔，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，且能夠有效對(duì)高溫焚燒后產(chǎn)生的尾氣進(jìn)行急冷處理，從而解決環(huán)境污染及節(jié)能環(huán)保問題；氣體與液體流動(dòng)方向逆流設(shè)置，液體自塔頂經(jīng)噴淋頭均勻淋灑而下，氣體自塔頂均勻下降，氣液兩相經(jīng)過內(nèi)腔互相接觸從而進(jìn)行熱量的傳遞，在保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的前提下，提高換熱效率；石墨內(nèi)套，利用石墨的耐磨、耐高溫、抗熱震性能及換熱性能，提高了急冷塔的急冷效果及使用壽命。

圖1 石墨急冷塔結(jié)構(gòu)圖

該急冷塔上蓋板通過上法蘭組件與殼體上端固定連接,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且固定效果好；上蓋板與上法蘭之間設(shè)置有密封圈使得上蓋板與殼體密封配合；保證了塔體的密封性。急冷塔的中部裝有一組浮動(dòng)組件固定上下殼體，通過復(fù)位彈簧使得殼體、上蓋板、上封頭、下蓋板形成鋼性連接，消除了殼體、上蓋板、上封頭、下蓋板之間不同材質(zhì)的膨脹系數(shù)不同所產(chǎn)生的應(yīng)力，從而不易損壞塔體；上法蘭及下法蘭之間設(shè)置有密封圈使得下蓋板與殼體的下端密封配合，保證了塔體的密封性；該急冷塔采用石墨內(nèi)套的內(nèi)壁具有內(nèi)螺紋導(dǎo)流結(jié)構(gòu)，提高了氣體與石墨內(nèi)套內(nèi)壁的接觸面積，利用石墨優(yōu)良的導(dǎo)熱性快速帶走熱量，提高了塔體的急冷效率；急冷塔的上蓋板上設(shè)置有噴淋口，配備有錐形噴嘴，提高了噴淋覆蓋面積，噴淋低溫液體霧化帶走熱量，從而冷卻除塵。

3 石墨急冷塔的優(yōu)越性

石墨急冷塔因其石墨材質(zhì)的特殊性，具有更加優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性，對(duì)大部分的酸類和堿類物質(zhì)都是穩(wěn)定的，足夠滿足現(xiàn)代工業(yè)中化學(xué)成分越來(lái)越多的需求。與其他非金屬材料相比，石墨材料具有更好的導(dǎo)熱系數(shù)，與常規(guī)金屬材料相比，他的導(dǎo)熱系數(shù)僅次于銅和鋁，比不銹鋼大5 倍，比碳鋼大2 倍，居于非金屬材料之首，具有更加突出的傳熱性能。不透性石墨的線脹系數(shù)一般在（5～27）×10-6×1/℃范圍內(nèi)，對(duì)溫度變化的敏感性小，該材料制作的設(shè)備能在高溫下維持原來(lái)的形狀和機(jī)械強(qiáng)度，除不能壓延和鍛制外，可以進(jìn)行各種機(jī)械加工，與陶瓷、搪玻璃及高硅鑄鐵等耐蝕材料相比，具有高得多的熱穩(wěn)定性，能夠很好的抵抗熱沖擊。

4 結(jié)論

不透性石墨材料具有良好的導(dǎo)熱性和耐腐蝕性。實(shí)踐證明，相對(duì)于鋼鐵和陶瓷、玻璃、搪瓷等傳統(tǒng)材質(zhì)，碳與石墨對(duì)于一切濃度的鹽酸、磷酸、硫酸與氫氟酸包括含氟介質(zhì)都有優(yōu)良的耐蝕性、熱傳導(dǎo)性能，而且節(jié)能環(huán)保性能佳，是非金屬材料中導(dǎo)熱性能唯一高于金屬的材料，應(yīng)用于化工行業(yè)能夠帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

［1］蘭州化工機(jī)械研究所等編寫.不透性石墨、石油、化工實(shí)用防腐蝕技術(shù).第11冊(cè).北京燃料化學(xué)工業(yè)出版社，1974.

［2］鄭熾主編.化工過程及設(shè)備.上海：上?？萍季幾g館，1954.

［3］化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)編寫組.非金屬防腐蝕設(shè)備.上海：上海人民出版社，1972.

［4］不透性石墨設(shè)備技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)編寫組.不透性石墨設(shè)備技術(shù).標(biāo)準(zhǔn)編制說(shuō)明，1980.