石墨急冷塔的特性及應用分析

馮 亮，陸 俊，何 飛，陸勝利

（南通星球石墨設備有限公司,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。對腐蝕性強的氣體能完美的替代不銹鋼的設備和其他非金屬材質的設備。

1 應用背景

工業廢棄物、生活垃圾、醫療垃圾及有毒有害物質的熱解焚燒處理后，其煙氣中含有大量的酸性氣體等有害成份，必須經處理后才能排放，煙氣中有機物、重金屬、二惡英、呋喃等污染物，二惡英在300 ℃左右還能合成，因此需要進行快速冷卻，而環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“世紀之毒”之稱，萬分之一甚至億分之一克的二惡英就會給健康帶來嚴的危害。

現在工藝廢氣的含量成分較多，含多種腐蝕性氣體，傳統的不銹鋼材質的急冷塔已很難滿足要求，石墨的耐腐蝕性很強，能完美的替代不銹鋼的塔設備。石墨急冷塔通過對高溫煙氣的急速冷卻，然后將冷卻的氣體進入吸收器進行吸收冷卻。

2 石墨急冷塔的工作原理及結構特性

2.1 石墨急冷塔的工作原理

石墨急冷塔中液體經加壓自塔頂經噴淋裝置均勻噴射而下，氣體自塔頂均勻上升，氣液兩相經過互相接觸，氣體與液體流動的方向一般多為逆流，從而進行熱量與質量的傳遞。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 石墨急冷塔的結構特性

石墨急冷塔(圖1)一般采用石墨筒體內膽外加殼體循環冷卻夾套，上部加裝噴淋冷卻裝置，在塔的中部加彈簧補償裝置，以防石墨的熱脹冷縮。這種急冷塔，其結構簡單，制造方便，且能夠有效對高溫焚燒后產生的尾氣進行急冷處理，從而解決環境污染及節能環保問題；氣體與液體流動方向逆流設置，液體自塔頂經噴淋頭均勻淋灑而下，氣體自塔頂均勻下降，氣液兩相經過內腔互相接觸從而進行熱量的傳遞，在保證結構強度的前提下，提高換熱效率；石墨內套，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 石墨急冷塔結構圖

該急冷塔上蓋板通過上法蘭組件與殼體上端固定連接,結構簡單，且固定效果好；上蓋板與上法蘭之間設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組件固定上下殼體，通過復位彈簧使得殼體、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的膨脹系數不同所產生的應力，從而不易損壞塔體；上法蘭及下法蘭之間設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套的內壁具有內螺紋導流結構，提高了氣體與石墨內套內壁的接觸面積，利用石墨優良的導熱性快速帶走熱量，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 石墨急冷塔的優越性

石墨急冷塔因其石墨材質的特殊性，具有更加優良的化學穩定性，對大部分的酸類和堿類物質都是穩定的，足夠滿足現代工業中化學成分越來越多的需求。與其他非金屬材料相比，石墨材料具有更好的導熱系數，與常規金屬材料相比，他的導熱系數僅次于銅和鋁，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一般在（5～27）×10-6×1/℃范圍內，對溫度變化的敏感性小，該材料制作的設備能在高溫下維持原來的形狀和機械強度，除不能壓延和鍛制外，可以進行各種機械加工，與陶瓷、搪玻璃及高硅鑄鐵等耐蝕材料相比，具有高得多的熱穩定性，能夠很好的抵抗熱沖擊。

4 結論

不透性石墨材料具有良好的導熱性和耐腐蝕性。實踐證明，相對于鋼鐵和陶瓷、玻璃、搪瓷等傳統材質，碳與石墨對于一切濃度的鹽酸、磷酸、硫酸與氫氟酸包括含氟介質都有優良的耐蝕性、熱傳導性能，而且節能環保性能佳，是非金屬材料中導熱性能唯一高于金屬的材料，應用于化工行業能夠帶來巨大的經濟效益。

［1］蘭州化工機械研究所等編寫.不透性石墨、石油、化工實用防腐蝕技術.第11冊.北京燃料化學工業出版社，1974.

［2］鄭熾主編.化工過程及設備.上海：上海科技編譯館，1954.

［3］化工設備設計手冊編寫組.非金屬防腐蝕設備.上海：上海人民出版社，1972.

［4］不透性石墨設備技術標準編寫組.不透性石墨設備技術.標準編制說明，1980.