石墨急冷塔的特性及应用分析

冯 亮，陆 俊，何 飞，陆胜利

（南通星球石墨设备有限公司,江苏 南通226011）

石墨急冷塔通常用于高温气体 （腐蚀性烟道气、含氯废液焚烧气体）的急速冷却。对腐蚀性强的气体能完美的替代不锈钢的设备和其他非金属材质的设备。

1 应用背景

工业废弃物、生活垃圾、医疗垃圾及有毒有害物质的热解焚烧处理后，其烟气中含有大量的酸性气体等有害成份，必须经处理后才能排放，烟气中有机物、重金属、二恶英、呋喃等污染物，二恶英在300 ℃左右还能合成，因此需要进行快速冷却，而环境中的二恶英很难自然降解消除，包括210 种化合物，毒性大，是砒霜的900 倍，有“世纪之毒”之称，万分之一甚至亿分之一克的二恶英就会给健康带来严的危害。

现在工艺废气的含量成分较多，含多种腐蚀性气体，传统的不锈钢材质的急冷塔已很难满足要求，石墨的耐腐蚀性很强，能完美的替代不锈钢的塔设备。石墨急冷塔通过对高温烟气的急速冷却，然后将冷却的气体进入吸收器进行吸收冷却。

2 石墨急冷塔的工作原理及结构特性

2.1 石墨急冷塔的工作原理

石墨急冷塔中液体经加压自塔顶经喷淋装置均匀喷射而下，气体自塔顶均匀上升，气液两相经过互相接触，气体与液体流动的方向一般多为逆流，从而进行热量与质量的传递。其主要原理：（1）冷的喷淋液与高温气体热交换将液体汽化带走热量；（2）石墨间壁同外夹套冷却水间的换热。

2.2 石墨急冷塔的结构特性

石墨急冷塔(图1)一般采用石墨筒体内胆外加壳体循环冷却夹套，上部加装喷淋冷却装置，在塔的中部加弹簧补偿装置，以防石墨的热胀冷缩。这种急冷塔，其结构简单，制造方便，且能够有效对高温焚烧后产生的尾气进行急冷处理，从而解决环境污染及节能环保问题；气体与液体流动方向逆流设置，液体自塔顶经喷淋头均匀淋洒而下，气体自塔顶均匀下降，气液两相经过内腔互相接触从而进行热量的传递，在保证结构强度的前提下，提高换热效率；石墨内套，利用石墨的耐磨、耐高温、抗热震性能及换热性能，提高了急冷塔的急冷效果及使用寿命。

图1 石墨急冷塔结构图

该急冷塔上盖板通过上法兰组件与壳体上端固定连接,结构简单，且固定效果好；上盖板与上法兰之间设置有密封圈使得上盖板与壳体密封配合；保证了塔体的密封性。急冷塔的中部装有一组浮动组件固定上下壳体，通过复位弹簧使得壳体、上盖板、上封头、下盖板形成钢性连接，消除了壳体、上盖板、上封头、下盖板之间不同材质的膨胀系数不同所产生的应力，从而不易损坏塔体；上法兰及下法兰之间设置有密封圈使得下盖板与壳体的下端密封配合，保证了塔体的密封性；该急冷塔采用石墨内套的内壁具有内螺纹导流结构，提高了气体与石墨内套内壁的接触面积，利用石墨优良的导热性快速带走热量，提高了塔体的急冷效率；急冷塔的上盖板上设置有喷淋口，配备有锥形喷嘴，提高了喷淋覆盖面积，喷淋低温液体雾化带走热量，从而冷却除尘。

3 石墨急冷塔的优越性

石墨急冷塔因其石墨材质的特殊性，具有更加优良的化学稳定性，对大部分的酸类和碱类物质都是稳定的，足够满足现代工业中化学成分越来越多的需求。与其他非金属材料相比，石墨材料具有更好的导热系数，与常规金属材料相比，他的导热系数仅次于铜和铝，比不锈钢大5 倍，比碳钢大2 倍，居于非金属材料之首，具有更加突出的传热性能。不透性石墨的线胀系数一般在（5～27）×10-6×1/℃范围内，对温度变化的敏感性小，该材料制作的设备能在高温下维持原来的形状和机械强度，除不能压延和锻制外，可以进行各种机械加工，与陶瓷、搪玻璃及高硅铸铁等耐蚀材料相比，具有高得多的热稳定性，能够很好的抵抗热冲击。

4 结论

不透性石墨材料具有良好的导热性和耐腐蚀性。实践证明，相对于钢铁和陶瓷、玻璃、搪瓷等传统材质，碳与石墨对于一切浓度的盐酸、磷酸、硫酸与氢氟酸包括含氟介质都有优良的耐蚀性、热传导性能，而且节能环保性能佳，是非金属材料中导热性能唯一高于金属的材料，应用于化工行业能够带来巨大的经济效益。

［1］兰州化工机械研究所等编写.不透性石墨、石油、化工实用防腐蚀技术.第11册.北京燃料化学工业出版社，1974.

［2］郑炽主编.化工过程及设备.上海：上海科技编译馆，1954.

［3］化工设备设计手册编写组.非金属防腐蚀设备.上海：上海人民出版社，1972.

［4］不透性石墨设备技术标准编写组.不透性石墨设备技术.标准编制说明，1980.