CN103900390A - 一种基于强制冷却的石墨化炉余能利用方式 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于强制冷却的石墨化炉余能利用方式，将石墨化炉的冷却方式由自然冷却改为强制冷却，将石墨化产品冷却过程中的余热通过载热气体转化为蒸汽并发电供热，其中炉体内设置冷却盘管，冷却盘管的进风口与进风集管相连，进风集管通过冷却风机与余热锅炉相连，冷却盘管的出风口与出风集管相连，出风集管与余热锅炉相连，蒸汽进入汽轮机系统发电供热。每条石墨化炉生产线包括多个独立炉体，其冷却过程对单个炉体是间歇式的，但生产线整体则可保证任一时点都有炉体冷却，使余热锅炉总有高温气体进入、汽轮发电机组可连续工作。该新型石墨化炉冷却工艺显著提高了石墨化产品的产能、降低了综合能耗，实现了石墨化生产工艺的大幅改进。

Description

一种基于强制冷却的石墨化炉余能利用方式

技术领域

本发明属于石墨化炉和工业节能领域，特别涉及一种基于强制冷却的石墨化炉余能利用方式。

背景技术

石墨化炉用于生产炼钢炭素阳极材料、电池负极材料、碳纤维、石墨导热材料、坩埚、渗碳剂、碳复合材料等特殊碳材料产品，通常一座窑炉生产线包括多个相同的炉体单元，现有旧炉型每个炉体横向由外到内分为三层：粘土砖外墙约0.5m，煅后焦保温层约0.8m，炉芯层为被加工物料层及其填充料（煅后石油焦）。操作流程为：装炉——通电加热并将物料加热到2800℃以上——保温——冷却——出炉，现状操作周期为15～20天，其中通电加热时间约2～3天，保温约1～2天，冷却约8～11天，出炉、装炉约2～4天。采用一套变压器每次只能针对一台炉体进行加热，属间歇作业方式，其中平均电加热功率约7000kW，每炉耗电量约35万kWh，因此能耗很大，属于高耗能、高污染、高排放的“三高”工业部门。

石墨化炉冷却方式采用周围空气自然降温，耗时较长。如按每条生产线包括9台炉体、每炉平均每年生产20炉特碳制品计算，每条生产线合计出炉180台次，则每条生产线全年耗电量可达6300万kWh，如按电价0.9元/kWh计算，折合电费成本可达5670万元。这种旧有石墨化炉炉型已经落后，属高能耗作业方式。

传统的自然冷却式石墨化炉的炉体结构如图1所示，其中石墨化炉的冷却过程依靠外墙外部与周围环境空气之间的自然冷却，因此其冷却速度很慢、冷却时间达8～10天以上，大大影响了生产周期及生产线的产能。

国外日本开发了新型的连续式作业的石墨化炉，待加工物料缓慢移动加热，有效降低了散热散失，节省了电费，但是其问题在于其物料温度最高只能加热到约2500℃，达不到2800℃以上的要求，使得其加工产品的质量和种类不及就是静态加热炉型，因此并未在产业内规模推广。

综上所述，目前该领域尚没有即可保证产品高质量、又避免耗费大量电力和散失大量余热能、且可以通过余热回收进行发电供热的石墨化炉生产工艺。因此，有必要探寻全新的石墨化炉冷却方式的设计方案及其结构，以达到大幅缩短冷却时间、提高生产线产能的目的。

发明内容

本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种基于强制冷却的石墨化炉余能利用方式，创造性地采用在超高温炉体内部设置空气冷却装置的特殊取热方式，将石墨化炉的冷却方式由现状自然冷却改造为强制冷却结构，同时将所回收的余热进行发电供热。

本发明的具体描述是：一种基于强制冷却的石墨化炉余能利用方式，其中石墨化炉1为长方体炉型结构，由外向内分别为外墙2、保温层3和炉芯4，一条石墨化炉生产线则包括多个独立的石墨化炉1、第2号石墨化炉8、第N号石墨化炉9，其特征在于，所述的基于强制冷却的石墨化炉余能利用方式由内埋于各个石墨化炉的强制冷却装置、余热锅炉和汽轮发电机组、风机和连接管路组成，其中强制冷却装置为一组冷却盘管6，内埋在石墨化炉内的保温层3内部，靠近外墙2的内壁面并沿高度方向成排布置，其中冷却盘管6的进风口与进风集管5相连，各个石墨化炉的进风集管5汇总后通过进风总管与风机10的出风口相连，冷却盘管6的出风口与出风集管7相连，各个石墨化炉的出风集管7汇总后通过出风总管与余热锅炉11的进风口相连，余热锅炉11的出风口与风机10的进风口相连，余热锅炉11的进水口通过给水泵13与凝汽器14相连，余热锅炉11的蒸汽出口通过过热器12后与汽轮机15的主蒸汽进口相连，汽轮机15的排气口与凝汽器相连。石墨化炉单个炉体的工艺生产流程均经历如下首尾相连的几个阶段：装炉——通电加热并将物料加热到2800℃以上进行石墨化——保温——冷却——出炉，其中在石墨化炉生产线中的通电加热过程将旧有工艺流程中每个炉体顺次进行改为生产线炉体分为两组、每组中每个炉体顺次进行，由强制冷却装置进行冷却的时间持续2～4天。冷却盘管6的内部换热介质为空气或者氮气。

本发明的特点及有益效果：将原有石墨化炉采用周围环境空气自然冷却方式改为采用强制冷却方式，从而大幅缩短冷却时间，加快生产周期，提高单位产能，预计可将冷却时间缩短为2～4天左右，从而可使石墨化生产周期由15～20天缩短到10～12天，可提高产能50%～70%。冷却空气被加热后送入到余热锅炉——汽轮发电机组中进行发电、供热，实现了余热利用。本发明显著提高了石墨化产品的产能、降低了综合能耗，实现了余热回收利用，属于石墨化化产品生产领域的具有跨越式意义的重大技术进步，具有重要的节能减排效益和经济社会效益。

附图说明

图1是采用周围空气自然冷却方式的传统的石墨化炉结构示意图。

图2是本发明所采用的基于强制冷却的石墨化炉余能利用方式的实施例示意图。

图1、2中各部件编号与名称如下。

石墨化炉1、外墙2、保温层3、炉芯4、进风集管5、冷却盘管6、出风集管7、第2号石墨化炉8、第N号石墨化炉9、风机10、余热锅炉11、过热器12、给水泵13、凝汽器14、汽轮机15、发电机16、凝汽器冷却进水A、凝汽器冷却出水B、汽轮机抽汽C。

具体实施方式

本发明提出的基于强制冷却的石墨化炉余能利用方式，结合附图及实施例详细说明。

本发明的具体实施例如下：一种基于强制冷却的石墨化炉余能利用方式，其中石墨化炉1为长方体炉型结构，由外向内分别为外墙2、保温层3和炉芯4，一条石墨化炉生产线则包括多个独立的石墨化炉1、第2号石墨化炉8、第N号石墨化炉9，基于强制冷却的石墨化炉余能利用方式由内埋于各个石墨化炉的强制冷却装置、余热锅炉和汽轮发电机组、风机和连接管路组成，其中强制冷却装置为一组冷却盘管6，内埋在石墨化炉内的保温层3内部，靠近外墙2的内壁面并沿高度方向成排布置，其中冷却盘管6的进风口与进风集管5相连，各个石墨化炉的进风集管5汇总后通过进风总管与风机10的出风口相连，冷却盘管6的出风口与出风集管7相连，各个石墨化炉的出风集管7汇总后通过出风总管与余热锅炉11的进风口相连，余热锅炉11的出风口与风机10的进风口相连，余热锅炉11的进水口通过给水泵13与凝汽器14相连，余热锅炉11的蒸汽出口通过过热器12后与汽轮机15的主蒸汽进口相连，汽轮机15的排气口与凝汽器相连。石墨化炉单个炉体的工艺生产流程均经历如下首尾相连的几个阶段：装炉——通电加热并将物料加热到2800℃以上进行石墨化——保温——冷却——出炉，其中在石墨化炉生产线中的通电加热过程将旧有工艺流程中每个炉体顺次进行改为生产线炉体分为两组、每组中每个炉体顺次进行，由强制冷却装置进行冷却的时间持续2～4天。冷却盘管6的内部换热介质为空气。

需要说明的是，本发明采用内埋式气体换热管束结构设计，而按照此一设计方案可有不同的具体实施措施，例如采取各种内埋冷却盘管管束的管型、或者采用热管结构等，炉内两侧墙体临近的冷却盘管内气流方向一致还是相反，以及汽轮机采用纯凝式、抽凝式或背压式等，和由此形成的工艺作业流程方式，进行类似的简单变形和调整的实施方式均落入本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于强制冷却的石墨化炉余能利用方式，其中石墨化炉（1）为长方体炉型结构，由外向内分别为外墙（2）、保温层（3）和炉芯（4），一条石墨化炉生产线则包括多个独立的石墨化炉（1）、第2号石墨化炉（8）、第N号石墨化炉（9），其特征在于，所述的基于强制冷却的石墨化炉余能利用方式由内埋于各个石墨化炉的强制冷却装置、余热锅炉和汽轮发电机组、风机和连接管路组成，其中强制冷却装置为一组冷却盘管（6），内埋在石墨化炉内的保温层（3）内部，靠近外墙（2）的内壁面并沿高度方向成排布置，其中冷却盘管（6）的进风口与进风集管（5）相连，各个石墨化炉的进风集管（5）汇总后通过进风总管与风机（10）的出风口相连，冷却盘管（6）的出风口与出风集管（7）相连，各个石墨化炉的出风集管（7）汇总后通过出风总管与余热锅炉（11）的进风口相连，余热锅炉（11）的出风口与风机（10）的进风口相连，余热锅炉（11）的进水口通过给水泵（13）与凝汽器（14）相连，余热锅炉（11）的蒸汽出口通过过热器（12）后与汽轮机（15）的主蒸汽进口相连，汽轮机（15）的排气口与凝汽器相连。

2.如权利要求1所述的基于强制冷却的石墨化炉余能利用方式，其特征在于，所述的石墨化炉单个炉体的工艺生产流程均经历如下首尾相连的几个阶段：装炉——通电加热并将物料加热到2800℃以上进行石墨化——保温——冷却——出炉，其中在石墨化炉生产线中的通电加热过程将旧有工艺流程中每个炉体顺次进行改为生产线炉体分为两组、每组中每个炉体顺次进行，由强制冷却装置进行冷却的时间持续2～4天。

3.如权利要求1所述的基于强制冷却的石墨化炉余能利用方式，其特征在于，所述的冷却盘管（6）的内部换热介质为空气或者氮气。

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