CN104006670B - 基于电石炉的电石显热发电系统及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于电石炉的电石显热发电系统及其实现方法，解决了现有技术中对出炉电石的显热无法回收等问题。该电石显热发电系统包括环绕电石炉一周的环形换热系统，与环形换热系统连通的汽包（7），通过进汽管道（1）与汽包（7）连接的汽轮机（4），与汽轮机（4）连接的发电机（3），以及分别与汽轮机（4）排气口和汽包（7）连接用于将乏汽回收至汽包（7）的回流系统。本发明不仅结构设计合理、实现方便，而且可有效回收电石显热的电石显热发电系统，降低了环境温度；此外，极大地减少了人工操作的环节，有效地降低了工人作业的危险。

Description

基于电石炉的电石显热发电系统及其实现方法

技术领域

本发明涉及电石显热的回收利用，具体的说，是涉及一种基于电石炉的电石显热发电系统及其实现方法。

背景技术

电石的生产过程是一种高耗能工艺，每吨电石综合能耗约1100kg标煤，3400千瓦时电。其中，随着电石出炉带出的显热占到综合能耗的21%左右，即每生产1吨电石，大约有231kg标煤热量浪费掉。

目前的电石生产工艺是将碳素材料、过电炉上端的入口或管道将混合料加入电炉内，在开放或密闭的电炉中加热至2000℃至2200℃左右，形成电石液体，电石液体从电石炉出料口流出，装入铸钢制作的容器中，在自然通风条件下冷却3小时左右，破碎成一定规格的粒径，然后装车运走；在电石生产中，热能在产品出炉到冷却装车这个过程被大量浪费，电石产品出炉的显热未被有效利用。

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种结构设计合理、实现方便，且可有效回收电石显热的电石显热发电系统。

为了实现上述目的，本发明采用了技术方案如下：

基于电石炉的电石显热发电系统，包括环绕电石炉一周的环形换热系统，与环形换热系统连通的汽包，通过进汽管道与汽包连接的汽轮机，与汽轮机连接的发电机，以及分别与汽轮机排气口和汽包连接用于将乏汽回收至汽包的回流系统。

具体的说，所述环形换热系统包括环绕电石炉一周的环形上升管和环形下降管，与电石炉出液口对应且上部与环形上升管连通、下部与环形下降管连通的内设有换热器的电石容器，位于环形上升管上方围绕电石炉一周的环形吊装装置，以及设置在环形吊装装置上且可垂直升降并沿环形吊装装置的环形轨迹运动的电石容器罩；所述环形上升管位于环形下降管上方，其中，环形上升管通过第一连接管与汽包连通，环形下降管通过第二连接管与汽包连通。

作为优选，所述电石容器的侧部和底部均设有换热器。

进一步的，所述回流系统包括分别与汽轮机排气口和汽包连接的回流管道，与回流管道连接用于冷却乏汽使其凝结成水的冷却塔，以及设置在回流管道上用于将凝结成水的乏汽抽取至汽包的凝结水泵。

基于电石炉的电石显热发电系统的实现方法，包括以下步骤：

（1）液体电石通过电石炉上的出液口流入电石容器后，电石容器盖扣下；

（2）在电石容器中的液体电石与换热器进行换热，产生由热水和蒸汽构成的汽水混合物；

（3）汽水混合物进入环形上升管中并由第一连接管上升进入汽包；

（4）汽水混合物在汽包内完成汽、水分离；

（5）分离出的蒸汽通过进汽管道进入汽轮机中膨胀做功，驱动发电机运行；分离出的水通过第二连接管进入环形下降管，再通过环形下降管进入电石容器内。

进一步的，在汽轮机中释放了热势能的乏汽进入回流管道，经冷却塔冷凝结成水后，由凝结水泵抽取至汽包，然后再通过第二连接管回流至环形下降管中。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

（1）本发明结构设计合理、实现方便。

（2）本发明与电石生产过程有机地结合为一体，一方面，有效地回收利用了电石生产过程中的显热，降低了电石生产的能耗，另一方面，降低了环境温度，且极大地减少了人工操作的环节，有效地降低了工人作业的危险。

（3）考虑到电石的生产是一个周期过程，并且电石出炉后温度在不断降低，本发明将整个换热设备设计为围绕电石炉一周的环形结构，即环形换热系统，实现低、高温电石的分段利用，低温及部分高温电石作为预热、蒸发热源使用，部分高温电石作为过热热源使用，这样可使电石有效使用温度降低至200摄氏度左右，比传统工艺的破碎温度更低。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图。

附图中对应的附图标记名称如下：1-进汽管道，2-回流管道，3-发电机，4-汽轮机，5-冷却塔，6-凝结水泵，7-汽包，8-电石炉，9-环形上升管，10-环形下降管，11-电石容器罩，12-环形吊装装置，13-电石炉出液口，14-电石容器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。

实施例

如图1所示，本实施例提供了一种基于电石炉的电石显热发电系统，该发电系统与电石的生产过程相结合，取代传统的电石自然冷却方式，有效回收电石显热用于发电，一方面，有效地回收了电石显热，且发出的电量约占电石炉输入电量的6%至8%，另一方面，降低了环境温度，且极大地减少了人工操作的环节，有效地降低了工人作业的危险。

为了使得本领域技术人员对本发明有更清晰的了解和认识，下面对其进行详细说明：

电石显热发电系统主要包括环形换热系统、汽包7、汽轮机4、发电机3和回流系统。考虑到电石的生产是一个周期过程，并且电石出炉后温度在不断降低，本发明将整个换热设备设计为围绕电石炉一周的环形结构，具体的说，环形换热系统包括环绕电石炉一周的环形上升管9和环形下降管10，电石容器14，环形吊装装置12，以及电石容器罩11。

环形上升管位于环形下降管上方，二者分别通过第一连接管和第二连接管与汽包连接；同时，环形上升管和环形下降管均与电石容器连接，具体的连接方式如下：环形上升管与电石容器上部连接，环形下降管与电石容器下部连接，该连接方式的作用在于，环形上升管用于将换热后的汽水混合物从电石容器内导流至汽包，环形下降管则用于将在汽包中分离出的水重新回流至电石容器内，继续换热。

电石容器的设计配合了整套电石显热发电工艺，其数量及安装位置与电石炉的出液口一一对应，容器材料为铸钢，可根据电石炉的装机容量选择容器的数量，以保证容器的总容积为每次出料电石液的120%。为了配合本发明的电石容器，电石炉的出液口采用旋转式的出液方式。电石容器内嵌有换热器，优选的，其侧部和底部均设有换热器。容器内壁做了特殊设计，便于电石液体在相变为固态时脱模的进行。

环形吊装装置同样绕电石炉一周并位于环形上升管的上方，环形吊装装置主要由一个环形轨道和设置在环形轨道上并可沿环形轨道移动的滑车组成，滑车上连接有可垂直升降的连接绳，连接绳下端部连接有电石容器罩，电石容器罩的大小与形状应当与电石容器的端口匹配，液态电石从出料口流入电石容器后，位于上方的电石容器盖即扣下，以保证热量以最少的量散发。环形的设计是为了配合电石炉不同出液口的出液行为，为了便于理解，下面举例说明：假设电石炉有A、B、C、D四个出液口，上述四个出液口沿电石炉呈圆周均布，相应的，环形换热系统中的电石容器的设置位置与数量也与上述四个出液口对应，在A出液口出液时，电石容器罩扣下，此后，C出液口出液时，则环形吊装装置带动电石容器罩沿其环形轨道移动至与C出液口匹配的位置处再扣下，不仅方面，而且一个电石容器罩即可实现，有效地降低了成本和操作难度。

汽包、汽轮机和发电机均为现有成熟技术，故在此不作赘述。

本发明回收电石显然用于发电过程如下：（1）液体电石通过电石炉上的出液口流入电石容器后，电石容器盖扣下；（2）在电石容器中的液体电石与换热器进行换热，产生由热水和蒸汽构成的汽水混合物；（3）汽水混合物进入环形上升管中并由第一连接管上升进入汽包；（4）汽水混合物在汽包内完成汽、水分离；（5）分离出的蒸汽通过进汽管道进入汽轮机中膨胀做功，驱动发电机运行；分离出的水通过第二连接管进入环形下降管，再通过环形下降管进入电石容器内。

其中，分离出的蒸汽还可经过进一步处理后，再通过进气管进入汽轮机做功。例如：分离出的具有一定压力和温度的蒸汽，一部分通往除氧器加热锅炉给水并除氧，另一部分蒸汽通往低温过热器中继续加热，升压，通过喷水减温后，再进入高温过热器中，进行最后的加热，最终形成达标的过热蒸汽进入汽轮机做功。

本发明还通过回流系统对做功后的乏汽进行回收，使之再次应用于前序工序。具体的说，该回流系统包括分别与汽轮机4排气口和汽包7连接的回流管道2，与回流管道2连接用于冷却乏汽使其凝结成水的冷却塔5，以及设置在回流管道2上用于将凝结成水的乏汽抽取至汽包7的凝结水泵6。在汽轮机中释放了热势能的乏汽进入回流管道，经冷却塔冷凝结成水后，由凝结水泵抽取至汽包，然后再通过第二连接管回流至环形下降管中，从而完成乏汽回流作业。

为了更好的实现本发明，提供其自动化程度，可以进一步将电石炉的出料设置为自动出料，如：在设定的出料时间，用机械臂打开电石炉出料口。相应的，如环形吊装装置的运行也可通过程控实现自动化作业。

按照上述实施例，便可很好地实现本发明。值得说明的是，基于上述设计原理的前提下，为解决同样的技术问题，即使在本发明所公开的结构基础上做出的一些无实质性的改动或润色，所采用的技术方案的实质仍然与本发明一样，故其也应当在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.基于电石炉的电石显热发电系统，其特征在于，包括环绕电石炉一周的环形换热系统，与环形换热系统连通的汽包（7），通过进汽管道（1）与汽包（7）连接的汽轮机（4），与汽轮机（4）连接的发电机（3），以及分别与汽轮机（4）排气口和汽包（7）连接用于将乏汽回收至汽包（7）的回流系统；所述环形换热系统包括环绕电石炉一周的环形上升管（9）和环形下降管（10），与电石炉出液口对应且上部与环形上升管（9）连通、下部与环形下降管（10）连通的内设有换热器的电石容器（14），位于环形上升管（9）上方围绕电石炉一周的环形吊装装置（12），以及设置在环形吊装装置（12）上且可垂直升降并沿环形吊装装置的环形轨迹运动的电石容器罩（11）；所述环形上升管（9）位于环形下降管（10）上方，其中，环形上升管（9）通过第一连接管与汽包（7）连通，环形下降管（10）通过第二连接管与汽包（7）连通。

2.根据权利要求1所述的基于电石炉的电石显热发电系统，其特征在于，所述电石容器（14）的侧部和底部均设有换热器。

3.根据权利要求2所述的基于电石炉的电石显热发电系统，其特征在于，所述回流系统包括分别与汽轮机（4）排气口和汽包（7）连接的回流管道（2），与回流管道（2）连接用于冷却乏汽使其凝结成水的冷却塔（5），以及设置在回流管道（2）上用于将凝结成水的乏汽抽取至汽包（7）的凝结水泵（6）。

4.如权利要求1至3任一项所述的基于电石炉的电石显热发电系统的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）液体电石通过电石炉上的出液口流入电石容器后，电石容器罩扣下；

（2）在电石容器中的液体电石与换热器进行换热，产生由热水和蒸汽构成的汽水混合物；

（3）汽水混合物进入环形上升管中并由第一连接管上升进入汽包；

（4）汽水混合物在汽包内完成汽、水分离；

（5）分离出的蒸汽通过进汽管道进入汽轮机中膨胀做功，驱动发电机运行；分离出的水通过第二连接管进入环形下降管，再通过环形下降管进入电石容器内。

5.根据权利要求4所述的基于电石炉的电石显热发电系统的实现方法，其特征在于，在汽轮机中释放了热势能的乏汽进入回流管道，经冷却塔冷凝结成水后，由凝结水泵抽取至汽包，然后再通过第二连接管回流至环形下降管中。