1、轮胎炭黑收集工艺及设备第二章 生产装置2.6 炭黑造粒装置 从干馏炉出来的炭块，经过冷却、破碎、筛分，再通过气力输送 +布袋除尘器收集后进入炭黑粗粉仓，粗炭黑由叶轮给料机均匀送入 锤式粉碎机磨细、 筛分， 细炭黑再通过气力输送管道由细粉布袋收尘 器收集到细粉仓内储存。储存在细粉料仓内的炭黑粉可以根据客户的需求提供不同的供 货状态：一是袋装的炭黑粉料；二是经过造粒处理的、袋装的炭黑颗 粒。2.6.1概述从干馏炉出料设备接口出来的炭块（温度约 450），进入水冷 螺旋输送机 SSLS400x16m（内通氮气保护，并隔离炉气）内冷却、破 碎，输送到双层螺旋筛分机 SFLS400x11m（中间布置弧形
2、筛板，筛孔 尺寸规格为 6.8mm）将炭黑颗粒进一步破碎，并与钢丝分离上层螺 旋输送机的出口出钢丝下层螺旋输送机的出口出炭黑颗粒和细钢丝 的混合物，当该物料自然掉落、 通过设置在溜槽段的 RCY-GT308永0 磁 滚筒磁选机时， 炭黑颗粒与细钢丝进一步分离， 炭黑颗粒由气力输送 管道进入粗粉收尘器。分离出来的钢丝通过铸钢链刮板机输送到液压打包机内， 然后压 制成密实的废钢料块，作为炼钢原料外销。经双层螺旋输送机分离出来的炭黑通过气体输送管道进入 SYMP70-5型布袋收尘器。 当含尘气体由进风口进入灰斗， 一些大的粉 尘由于惯性碰撞或自然下坠至底部，大部分粉尘随着气流进入滤袋 室。经过滤袋过
3、滤，粉尘被阻留在滤袋外侧，经喷吹后滤袋外附着的 粉尘就脱落至灰斗， 而净化后的气流则通过滤袋进入净气室， 经风机 排入大气。灰斗内的炭黑经过密闭插板阀、叶轮给料机后进入磁选分离机， 经磁选分离机分离出细小钢丝后炭黑进入粗粉仓。 细小钢丝卸入地上 散料框，人工定时清理。钢制粗粉仓容积 90m3, 设置两个卸料口，分别对应两台锤式粉碎 机。炭黑经过手动插板阀、变频叶轮给料机及螺旋秤后进入 JCW610- 锤式粉碎机。细炭黑经过气体输送至 SYMP70-5型布袋收尘器。收集下来的细炭 黑通过螺旋输送机两个卸料口， 卸至两个细粉仓内。 净化后的气流则 通过滤袋进入净气室，经风机排入大气。每个钢制细粉仓
4、容积 720m3,总共容积 1440m3,可贮存10天生产的 炭黑。细粉仓不定时充入氮气， 防止细粉仓内炭黑堆积时间过长发热 燃烧。每个细粉仓仓下设置两个卸料口， 每个卸料口下安装有手动插 板阀和叶轮给料机。 一个卸料至造粒机， 另一个卸料口接至重力式吨 袋包装机。包装好的炭黑袋通过轨道小车输送到仓库。炭黑仓库内设置 2台3吨行车， 用于袋装炭黑的堆垛和装车。 仓库 总面积 18mx48m，堆垛高度约 4m。分为两个区，可以将粉状成品与粒 状成品分开堆存，便于管理。2.6.2产品技术规格本工序的输出产品为粒度 325目的炭黑粉料， 或者炭黑颗粒料。 采用立方袋包装，产量为 2.003t/h 。
5、2.6.3消耗定额和消耗量根据北京神雾环境能源科技集团股份有限公司提供资料， 来自干 馏炉的炭黑块产量为 2.667t/h （试验数据干馏后固体产物炭黑 28.9%，铁丝 9.2%)，故该块状物料内炭黑和钢丝各自的产量分别为 2.003t/h和0.638t/h (按照 99%的收得率计算)2.6.3.1原料消耗表 2.6-1 原料消耗量表序号名称小时耗量 t/h年耗量 t/a单耗 t /t1炭黑块2.66719202.41.012粘结剂0.1611520.082.6.3.2公共物料规格表 2.6-2 公用物料规格表序 号名称状 态温度()压力 (Mpa)组成或项目单位规格指标备注1循环冷却水液
6、供 32供 0.35污垢系数2m2/W 0.0005回 40回 0.15PH7.52氮气气300.8含氧量PPm10露点-40表 2.6-3 能源规格表序号名称状态温度()压力(MPa)组成或项目单位规格指标备注1低压蒸汽汽1640.5882电电压V380/220频率HZ502.6.3.3公共物料、能量消耗定额和综合能耗6 安全用氮气 Nm3 0 400 事故时使用注：按照炭黑产品产量 2.003t/h 计算2.6.4界区条件2.6.4.1总图布置炭黑处理装置布置在干馏炉的西侧、 东西向高压输电线路 （20kV） 的北侧。生产设施主要分为四个部分：炭黑块的冷却、破碎、分离； 炭黑颗粒的收集与制
7、粉；炭黑粉的收集、储存与制粒；炭黑成品 的包装、仓储。外销运输的炭黑在仓库内采用行车吊运装车。2.6.4.2界区资料（1）原料来自干馏炉的炭黑块进料总量为 19202.4吨/ 年，平均产量为2.667t/h ；（2）产品成品炭黑产量为 2.003t/h ，总产量为 14421.6吨/ 年；副产品钢丝 压块为0.638t/h ，总产量为 4593.6吨/年。成品炭黑规格分为两种：一种是粒度 325目的炭黑粉料；另一 种经过造粒处理后的炭黑颗粒料。成品均采用立方袋包装。（3）公共物料消耗本装置全部装机容量为 713.8kW，全部为 380V/220V、 50Hz。低压蒸汽消耗为 1.5t/h ，用
8、于炭黑造粒设备。 根据产品的订单要 求生产，属于间断使用。设计时按连续供应考虑，温度 164，压力 0.588MPa。设备循环冷却：水量为 66t/h ；供水温度 32、压力 0.35MPa；回 水温度40、压力 0.15MPa。 干馏炉与水冷螺旋输送机之间的溜槽上设置氮封环， 连续消耗氮 气：平均流量 35Nm3/h ，最大流量 38Nm3/h, 压力位 0.25MPa。布袋除尘器脉冲清灰用氮气：平均流量 180Nm3/h ，最大流量 240Nm3/h, 压力位 0.8MPa。消防用氮气为事故用气： 当炭黑粉料仓温度高于设定值时， 向仓 内充氮，直至温度降到正常水平； 最大流量 400Nm3
9、/h, 压力位 0.8MPa。2.6.5自动化控制2.6.5.1概述 炭黑装置段采用计算机控制和管理。 炭黑制粒打包间附近设置 1 个现场控制室，重要工艺参数设置仪 表检测及控制装置，由计算机完成本工艺段的生产过程参数的采集、 处理等功能。自动化系统按照二级系统设计：1 级 基础自动化系统2 级 过程控制计算机系统1 级基础自动化系统是由电气和仪表自动化系统组成，主要功能 是对工艺过程进行顺序控制、检测操作和数据通信。2 级过程控制计算机是由人机界面、主控制站、远程分站构成， 对生产流程的操作、 监视、调节、控制和干预，进行趋势分析、 记录、 处理生产数据、打印报表、通讯等。2.6.5.2控制
10、系统构成基础自动化控制设备 PLC选用 SIEMENS的 SIMATIC S7-300 可编 程控制器。选用工控机作为人 - 机界面操作站（ HMI）。PLC控制器与 远程 I/O （ET200）用 PROFIBUS-DP通讯。各 PLC之间用工业以太网传递各自需要的数据。2.6.5.3仪表测控点造粒机加热用蒸汽压力 1 点造粒机加热用蒸汽温度 1 点造粒机加热用蒸汽流量调节 1 点炭黑粉仓称重式料位指示、报警 1 点； 炭黑粉仓用氮气压力指示 1 点炭黑粉仓温度指示、连锁 2 点 粗炭黑粉入炭黑磨粉机的给料量检测、控制 2 点； 成品细粉入造粒机的给料量检测、控制 2 点。2.6.5.4仪表
11、选型仪表信号采用标准 4 20mA或 15VDC信号。仪表选型如下：（1）差压和压力选用差压及压力变送器；（2）温度测量一般采用热电偶或热电阻；（3）水流量测量采用电磁流量计或超声波流量计；（4）气体流量测量采用标准孔板或其它节流装置；（5）液位、料位计可选用超声波液位计或雷达料位计；（6）电动执行机构选用电子式；（7）定量给料设备采用电子皮带秤或螺旋秤；（8）特殊仪表根据工矿选型。2.6.6设备 本工程设备选型按照可靠、先进、低消耗的原则进行。2.6.6.1水冷螺旋输送机SSLS水冷螺旋输送机是根据螺旋输送机设备的原理、 结合环形水 套的冷却方式，专门设计用于轮胎干馏设备出料后炭黑块的处理工
12、 序，满足高温炭黑块的密封、输送、冷却、破碎等要求。水冷螺旋输送机由水冷螺旋机本体、 进出料口及驱动装置三大部 分组成：其中进出料口和驱动装置与普通的 LS型螺旋输送机相同； 螺 旋机本体的特殊之处在于水冷外壳和通长螺旋轴。水冷外壳工作筒体采用整根无缝钢管制造（材料采用耐热不锈 钢），外套普通无缝钢管形成水冷环缝。为了防止内外钢管因受热不 同产生热应力， 故在外环套管的中间设有膨胀器， 允许内管热伸长消 除热应力。中心传动轴采用一整根厚壁无缝钢管制造、 中心通水冷却， 有利 于延长使用寿命。 本设备采用应用较少的叶片式螺旋面、 分段卡装在 中心轴上，其螺旋节距约为螺旋叶片直径的 1.2 倍。该
13、叶片的主要作 用是完成块状炭黑物料的搅动、推进、破碎、强化冷却等。表 2.6-5 SSLS400 水冷螺旋输送机技术性能表回转轴数量1轴转速0-6rpm螺旋片直径380mm螺距300mm筒体内径400mm冷却水量50t/h输送物料量5m3/h输送机长度16m电机功率 / 转速5.5kW/1000rpm总速比1602.6.6.2 筛分螺旋输送机SFLS筛分螺旋输送机实质上是 2条普通 LS螺旋输送机的叠加组 合，在上下 2条螺旋轴之间布置了 1层筛板，筛孔直径 6.8mm。该设备的功能是输送、破碎、分离钢丝和炭黑颗粒，上层螺旋机 的出口出废钢丝、 下层螺旋出口出 6mm的炭黑颗粒和细小钢丝的混合
14、 物。表 2.6-6 SFLS400 筛分螺旋输送机技术性能表回转轴数量1轴转速0-6rpm螺旋片直径400mm螺距300mm输送物料量5m3/h输送机长度11m电机功率 / 转速5.5kW/1000rpm总速比1602.6.6.3 干式单辊磁选机该设备选用抚顺隆基电磁科技有限公司（合资）的产品，名称为干式单辊磁选机(型号 RCY-GT308)0。作用是用于分离筛分螺旋输送 机下螺旋出料口或者是粗炭黑颗粒收尘器出料口出料的炭黑和铁磁 性物质。表 2.6-7 干式单辊磁选机技术性能表型号RCY-GT3080辊径 D(mm)300辊长 L(mm)800滚筒表面磁感应强 (Gs)根据现场工况条件决定
15、给料粒度( mm)可根据现场工况条件设计给料含水量8处理量( m3/h)018滚筒驱动功率( kW)1.5主要优点如下：(1)采用最新稀土永磁材料钕铁硼设计成的永磁滚筒，保证了很 高的磁场强度，并保证八年内退磁率不超过 5%。(2)将磁力线最大限度地集中在物料经过的滚筒外侧，形成具有 高表面磁场、高磁场梯度的工作区域， 对磁性物料具有很强的吸引力(3)箱体设计采用侧面拆装式，可以方便拆装磁滚筒，维护、维 修方便。(4)适合除高温外的各种恶劣环境下使用。(5)磁路设计合理，磁极矩小，分选时磁反转频率高，分选效果 好。(6)操作容易，密封的包裹磁系使工作寿命更长。(7)设备可接入生产线连续运行，并
16、且磁系的位置可调，使磁极 有效的工作和顺利排渣。(8)滚筒外表选用超高分子耐磨材料保护层，箱体容易磨损处采 用可更换的耐磨衬板。(9)电控采用变频器控制磁选滚筒转速，通过调转速可以实现调试分选效果。2.6.6.4铸钢链刮板机该设备的作用是将分离出来的钢丝收集、输送到液压打包机内表 2.6-8 铸钢链刮板机技术性能表最大输送能力t/h2.5速度m/s0.06刮板宽度mm200刮板高度mm66链条节距mm200 链轮齿数 8主要优点如下：(1)该机结构简单、密封性好、安装维修方便、工艺布置灵活；(2)它不但能水平输送，也能倾斜或垂直输送；既可单机使用、 也可多台联合使用；(3)壳体封闭，因此在输送
17、大的、有毒、易爆、高温物料时可以 显著地改善工人的工作环境和防治环境污染。2.6.6.5废钢丝压块机 该设备的作用是把刮板机运来的钢丝压成块以便更好的储存、 外 运、销售。表 2.6-9 Y81/F-1250 废钢丝压块机技术性能表1主压油缸型号YG250/160-450数量1只公称推力1250KN行程450mm2测压油缸型号YG220/160-950数量1只公称推力1000KN行程950mm3翻包油缸型号YG110/80-375数量1只公称推力360KN行程375mm4门盖油缸型号 TypeYG135/1040数量1只公称推力650KN行程1040mm5包块密度1500kg/m36液压系统工
18、作压力25Mpa7料箱（压缩式 ） 规格1200700600mm8包块尺寸300300mm9单次循环时间200s10电动机型号 typeY180M-4额定功率15KW额定转 turn speed1440rpm数量1台11液压泵型号63YCY14-1B额定压力31.5Mpa公称排量 intended63ml/R数量1只12设备自重5.2T2.6.6.6布袋除尘器该除尘设备选用 SYMP70-5型布袋收尘器。表2.6-10 SYMP70-5 型布袋收尘器技术性能表收尘器型号SYMP70-5处理风量（ m3/h ）21000过滤风速（ m/min）1.0总过滤面积（ m2）350收尘器室数（个）1滤
19、袋总数（条）350滤袋规格 （mm）130x2450收尘器阻力（ Pa）1500出口气体含尘浓度（ mg/Nm3）18收尘器承受负压（ Pa）-9500清灰 压缩空气压力（ Pa）0.5 0.7耗气量（ m3标/min ）2.1叶轮给料机GW300螺旋输送机规格LS315x3030减速电机设备总重(约值，不包括保温层) (kg)2800一、工作机理(1) 收尘机理当含尘气体由风管或法兰口进入收尘器时， 在风道的导向下， 风 道截面扩大风速降低， 部分粉尘在灰斗壁上沉降， 细微粉尘则随着气 流飞入滤袋室， 并均匀地分散到各个滤袋表面， 粉尘被阻留在滤袋外 侧，而穿过滤袋的净化气体经过滤袋口进入到
20、上部净气箱体， 最后通 过出口排风机排入大气。 积附在滤袋外侧的粉尘， 一部分靠自重落入 灰斗中，而另一部分继续留在滤袋外表面， 并使得设备阻力逐渐升高。 为保证设备阻力不超过 1400Pa，每隔一定时间或达到预定阻力就需 要清灰一次，将沉积在滤袋外侧的粉尘清除干净。(2) 喷吹系统工作原理喷吹系统工作原理为： 脉冲阀一端接压缩空气主管， 另一端接喷 吹管。脉冲阀背压室接排气阀，排气阀动作由微机控制仪操作，在控 制仪无信号输出时， 排气阀与活动铁芯封住排气口， 脉冲阀处于关闭 状态，当控制仪发出信号时，排气阀将脉冲阀背压室与大气相通(泄 压)脉冲阀瞬间开启。 压缩空气由压缩空气主管道通过脉冲阀
21、经喷吹 管小孔以极快的速度射进文丘里管， 造成滤袋内瞬时正压， 实现脉冲 清灰。(3) 清灰机理在净气室中， 对应着每排滤袋的上方都装有一根喷吹管， 它与脉 冲阀及压缩空气主管相联， 喷吹管上有许多小孔， 每个小孔均对应着 一条滤袋的中心， 工作时可根据含尘气体性质等情况在微机控制仪上 设定清灰周期和喷吹时间（可以随时调节） ，在收尘器工作时，微机 控制仪将自动发出命令， 控制各个脉冲阀顺序开启， 此时高压空气以 极快的速度从喷嘴中喷出，并通过喇叭管（文丘里管）从周围吸引大 约 5 7 倍喷出空气量的二次气体与之混合，然后冲进滤袋内，象一 个从上到下运动的“脉冲气泡” ，使滤袋鼓涨变形，引起一
22、次振幅不 大的冲击振动， 同时在瞬间产生由里向外的逆向气流， 将积附在滤袋 外侧的粉尘抖落到灰斗。二、技术特点 高浓度炭黑在输送、粉磨与收尘过程中的主要危害是易燃易爆， 引起炭黑燃烧的主要原因是自燃及外来火源。 炭黑的自燃主要决于以 下几个因素：环境温度、浓度、炭黑细度、气体中的含氧量以及静电 起火。针对炭黑的防燃防爆特性对布袋收尘器需要进行特殊设计。 （1）本体结构的特殊设计为防止内部构件炭黑的积灰。 所有粱、分离板等均设置了防尘板， 而防尘板的角度均为 70以上，灰斗的溜角大于 70，同时为防止 两斗壁间夹角（谷角）太小而积灰，两相邻侧板焊上溜料板，加大谷 角, 消除炭黑的沉积，另外考虑到
23、由于操作不正常和炭黑湿度大时出 现灰斗结露堵塞， 在对收尘器壳体进行保温的同时也要对收尘器灰斗 进行保温。（2）采用防静电滤料在袋收尘器内部，由于约 1000g/Nm3以上的高浓度炭黑随空气流 动，粉尘与滤布的冲击摩擦等都能产生静电。 静电的积累会产生火花 从而引起燃烧。对于高浓度脉冲清灰，滤袋更需要抗静电，同时收尘 器壳体要接地，接地电阻小于 4。3）采用防爆安全门收尘器每室设有一个防爆门 , 在爆前安全门可自动打开并进行压 力释放，释放压力的大小可以调节，有效保证收尘器安全工作。（4）采用高能清灰系统高浓度炭黑在收尘、输送过程中由于积尘速度快很容易造成堆 积，从而形成事故的隐患。采用一级收
24、尘时，由于气体含尘浓度大， 大量炭黑积附在滤袋的表面， 为了减少粉尘在滤袋上的停留时间， 要 求缩短清灰时间， 加大清灰强度，以满足工况的需要， 经验告诉我们， 以往的反吹风清灰已不能满足清灰要求 , 常用的气箱脉冲分室清灰效 果也有不足。 因此，寻找一种更好的清灰方式是高浓度炭黑收尘的关 键。高压脉冲清灰可在极短的时间内用高压气体（ 57kg/cm2）对收 尘器逐条滤袋进行喷吹清灰， 同时，滤袋上部文氏管的使用使得喷吹 的同时周围的空气大量被带入， 加大了清灰空气量， 使清灰效率大大 增强。因此这种清灰就可以迅速清除附着在滤袋上的粉尘， 避免滤袋 表面粉尘聚积，是高浓度炭黑收尘的理想清灰方式
25、。（5）加强设备的密封 , 减少漏风由于收尘系统是负压操作， 设备的密封性能直接影响系统内部的 含氧量，含氧量是炭黑爆炸事故的隐患， 安装制作过程中要求设备漏 风率控制在 2。（6）安全检测及报警完善的安全监测与报警系统是收尘器安全、可靠运行的保证 , 可 将事故的隐患消除在萌芽状态中。 炭黑的自燃和外来火源是引起收尘 器爆炸的主要原因 , 所以安全监测与报警主要从这两个方面加以考虑 具体措施有 :a. 超温报警系统灰斗设有测温热电阻， 当收尘器的灰斗温度超过一定值时， 控制 系统发出报警信号 , 同时停止收尘器的工作，采取措施或进行灭火降 温。b. 当收尘器内部温度过高 ,或其中的 CO浓度
26、超过 300ppm时便自动启 动消防灭火系统 , 以便降低收尘器内部温度保护收尘系统 ,如果是由 于炭黑自燃使收尘室内温度提高同时亦伴随着 CO浓度的提高，出现 CO浓度超标报警 , 则喷入收尘室内的 CO2或N2应具有阻燃和降低 CO浓 度的效果,以免发生爆炸 .（ 7）采用 PLC自动控制系统 收尘器的清灰、卸灰、温度检测及报警采用 PLC自动控制系统。系统灵活、准确可靠，脉冲阀的清灰周期可以任意调节。控制箱提供 两种控制方式：就地自动控制和远程自动控制。2.6.6.7JCW610- 锤式粉碎机 该设备的作用是将粗粉仓下来的炭黑颗粒粉碎至粒度 325目 的炭黑粉。 该机利用围绕水平轴急速旋
27、转的摆锤， 依据衬里齿板沟槽 的形状，转子的旋转在每根沟槽内形成一个气旋涡流场， 该涡流旋向 与转子形成的主涡流旋向相反，使颗粒间彼此撞击、碰撞，颗粒于摆 锤发生碰撞进一步粉碎物料， 325目的炭黑粉尘通过出料筛网排出， 未达到细度要求的颗粒，经粉碎室继续粉碎。表 2.6-11 JCW610- 锤式粉碎机技术性能表锤数144主轴转速3450rpm生产能力12004800 kg/h电机功率110kW电压380V粉碎粒度325目设备重量2400kg外形尺寸2440x1453x1850设备主要优点：（1）机型与国际机型同步，性能一致。（2）采用高精度轴承，循环式润滑冷却技术，承载能力强、寿命 长，适
28、应高温条件下的生产要求。起粉碎作用的主锤，采用硬质合金 和特种焊接工艺，使用寿命长，不脱落。同时该机还有不同形状的筛 网可供选择。2.6.6.8炭黑造粒机炭黑造粒设备采用 CZL750型造粒机。本机是粉体通过定量加料 器进入一密闭的筒体中（见外形图） 。该筒体外部的高温蒸汽伴热器 对筒体内部空间进行加温，使筒体内部保持恒温、干燥，筒体内还装 有可调节转速的转子， 粉体进入筒体后由转子前部的螺旋输送器送到 装有雾化粘合剂喷嘴的雾化结合室与粘合剂混合再由转子送至干燥 室造粒。 在这过程中， 粉体和粘合剂一面前进一面不断地受到转子上 搅齿的捏合， 加上筒体内部高温干燥的空气焙烘而逐渐形成颗粒， 最
29、后经出料口排出。表 2.6-12 CZL750 造粒机技术性能表入口粒径 325 目（ 45m）出口粒径10-100 目 100% ，其中 20-60 目占 70%电机型号Y280M-6 B 3 型电机功率55KW变频器型号FRN55G11S-4CX传动带型号D-3550转子转速250-650r/min操作压力常压操作温度80-90C伴热蒸汽压力0.588Mpa伴热蒸汽温度164C处理量2800Kg/H 左右外形图：主要优点：本机是集混合、捏合、造粒、干燥为一体，粉体始终处于流动、 干燥的密闭装置中， 可在短时间内处理完毕。 大大降低不必要的损耗 以及减少环境的粉尘污染， 而且可与上下工序串联进行连续自动化生 产。2.6.6.9重力式吨袋包装机装置重力式吨袋包装机采用重力自流式的给料结构， 采用高精度进口 传感器及高分辨率控制仪表构成称重控制系统，三级给料精度控制， 操作人员挂上集装袋并套口， 包装机收到信号后自动完成夹袋、 升降、 充气撑袋、喂料、收尘排气、抖袋、计量、满秤时自动松袋、脱带。包装好的炭黑袋通过小车轨道输送到仓库型号给料方式计量精度
