CN107445156A - 一种具有快速冷却和余热回收功能的石墨化炉 - Google Patents

Abstract

一种具有快速冷却和余热回收功能的石墨化炉，属于无机化学技术领域，用于解决石墨化炉的余热利用问题，其技术方案是，构成中包括炉体、盖在炉体顶部的炉罩和余热利用装置，所述炉体的侧壁设置两层，分别为炉墙内壁和套在炉墙内壁外部的炉墙外壁，所述炉墙外壁与炉墙内壁之间设有中空通道，所述中空通道的下部与设置在炉体底部的进气管连通，中空通道的上部通过排气总管与余热利用装置连接。本发明将空气作为回收石墨化炉余热的介质，不仅可以有效回收石墨化炉运行过程中产生的余热，避免能源的严重浪费，而且运行安全可靠，不会对炉体造成任何伤害，能够满足石墨化工艺要求。此外，本发明还具有结构简单、成本低廉等优点。

Description

一种具有快速冷却和余热回收功能的石墨化炉

技术领域

本发明涉及一种石墨化炉，该石墨化炉能够快速冷却且能安全回收运行过程中所产生的大量余热，属于无机化学技术领域。

背景技术

石墨化是指高温下碳原子由杂乱不规则排列转变为规则排列的六方平面网状结构，即石墨微晶结构，其目的是获得石墨的高导电、高导热、耐腐蚀、耐摩擦等性能。石墨化温度可高达3200℃，温度越高，石墨化微晶结构发育越完善，在如此高的温度下，其他低熔点的原子均以气体形式排出，从而实现材料的纯化。

石墨化处理的高温设备称作石墨化炉，需要石墨化的物品包括石墨电极、负极材料、碳纳米管、特种石墨以及其他天然石墨和人造石墨制品等。当前运行的石墨化炉型有艾奇逊炉和内热串接式石墨化炉两种。

石墨化炉属于高耗能设备，平均每炉耗电30万kwh左右，其中只有约35%用于石墨晶格转换，其余65%的热量要靠每天分层去掉一定厚度的保温料，自然降温排放。

石墨化炉是碳素行业三大高温炉窑中余热资源最丰富，而余热回收最困难的设备，传统的水冷壁管回收热能方式最高效，但因涉及石墨化炉的安全问题被严格禁止；高温热管（内装金属钠）热能回收方式在技术上是可行的，但至少存在两方面问题：一是投资太高，一般企业难以接受；二是持续加热会爆裂，无法满足石墨化炉送电过程中热量散失尽可能少，热管不能运行的工艺要求。（总之，到目前为止，石墨化炉的余热利用还没有切实可行的方案，）造成了能源的严重浪费。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种具有快速冷却和余热回收功能的石墨化炉，以避免能源的严重浪费。

本发明所述问题是以下述技术方案实现的：

一种具有快速冷却和余热回收功能的石墨化炉，构成中包括炉体、盖在炉体顶部的炉罩和余热利用装置，所述炉体的侧壁设置两层，分别为炉墙内壁和套在炉墙内壁外部的炉墙外壁，所述炉墙外壁与炉墙内壁之间设有中空通道，所述中空通道的下部与设置在炉体底部的进气管连通，中空通道的上部通过排气总管与余热利用装置连接。

上述具有快速冷却和余热回收功能的石墨化炉，构成中还包括带有阀门的防爆排气管，所述防爆排气管的进气端接中空通道，排气端位于炉体内部上方或与炉体的抽气母管连接。

上述具有快速冷却和余热回收功能的石墨化炉，所述炉体的炉墙外壁由保温砖砌筑而成，炉体的炉墙内壁由耐火砖砌筑而成。

上述具有快速冷却和余热回收功能的石墨化炉，所述炉体的炉墙内壁中设有多块导热砖，多块导热砖沿炉墙内壁均匀分布，每块导热砖的一端与炉体的内壁平齐，另一端插入炉墙外壁与炉墙内壁之间的中空通道内。

上述具有快速冷却和余热回收功能的石墨化炉，所述余热利用装置包括废热锅炉和引风机，所述废热锅炉的进气口通过排气总管与炉墙外壁与炉墙内壁之间的中空通道连接，废热锅炉排出的气体经引风机排空。

本发明将空气作为回收石墨化炉余热的介质，在炉体加热过程中空气起到绝热保温作用。可有效防止热量散失。冷却过程中不仅可以有效回收石墨化炉运行过程中产生的余热，避免能源的严重浪费，而且运行安全可靠，不会对炉体造成任何伤害，能够满足石墨化工艺要求。此外，本发明还具有结构简单、成本低廉等优点。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是炉体侧壁的剖面图；

图3是B-B剖视图；

图4是热量传递过程。

图中各标号为：1、进气管，2、炉底，3、炉墙外壁，4、中空通道，5、炉墙内壁，6、石墨料，7、防爆排气管，8、排气总管，9、炉罩，10、废热锅炉，11、引风机，12、导热砖，13、耐火砖。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

参看图1、图2和图3，本发明主要由进气管1、炉体（包括炉墙外壁3、中空通道4和炉墙内壁5）、防爆排气管7、排气总管8、炉罩9、废热锅炉10和引风机11构成，其中，炉墙内壁5由导热砖12和耐火砖13砌筑而成。

本发明的制造方法如下：

1、将现有石墨化炉460mm厚的耐火砖保温炉墙，改成660mm厚的中空墙，炉墙内壁5用耐火砖13砌筑，炉墙外壁3用保温砖砌筑，中间是空气。

2、为加快炉内热量向中空部分的热传导，在炉墙内壁5中增加部分导热砖12，利用导热材料导热率高的特性，提高导热量。

3、在炉体两侧墙顶部加装排气总管8，炉体下部设高位进气管1，炉体侧墙中空部分的热量由引风机11引进清洁空气，靠空气和导热砖12的对流传热，把空气温度提高，同时导热砖12温度降低，从而把热量导出。

热量传递过程如图4所示。由于炉墙中空部分充满空气，而空气是热的不良导体，在石墨化炉送电加热时空气基本不流动，且空气热流密度低，所以热量散失很小。基本不影响加热过程和加热时间。通风降温从炉子停电一定时间后开始，空气温度可以通过引风机风量来自动控制。本方案能满足现有生产工艺要求，既能回收余热，又安全可靠。本方案能减少炉体冷却时间80小时左右，从而缩短了石墨化炉的运行周期，增加了每月生产炉数和产量。

流程简述：

由高空引进的清洁空气经进气管1进入炉底2。空气经过预热后分流到两侧炉墙中空通道4，再经过和炉墙内壁材料的换热，进入到排气总管8。然后进入废热锅炉10，放热后的气体经由引风机11排空。完成余热回收过程。

在石墨料加热过程中，石墨料产生的少量挥发份会进入到中空通道内，这部分挥发份经防爆排气管7排入到石墨料6和炉罩9之间的空间燃烧，然后和原来的烟气一起排入脱硫系统处理。

本装置可回收200-400℃热空气；200℃以下的排空。直至炉体温度降低到300℃（出炉温度）。平均每台石墨化炉可回收热空气20000m³/h，一般石墨化车间都有十台以上的炉子，只要六台炉子处于散热状态，就可回收120000m³/h的热空气。

余热利用方式有以下两种：

1、送入废热锅炉，可生产出0.8MPa温度280℃的过热蒸汽，产汽量12吨/时。这部分热量的利用，可根据各厂的实际情况，选择以下方式：

（1）、可直接用于外供蒸汽（以饱和蒸汽外供，量还会更大）。

（2）、用汽力透平机直接拖动运转设备（如风机等）。

（3）、用于供热和制冷。可供热15万平方米或制冷3万平方米，用于改善居住和工作环境。

（4）、发电：可上一套1500kw的发电机组。平均发电量1000kw，孤网运行，可用于厂内低压设备直供电。

2、根据生产工艺需要，也可利用热空气直接加（预）热物料。

效益估算：

（一）、直接效益

1、外供蒸汽：

12吨/时×24小时×330天×100元/吨=950.4万元/年；

2、发电：

1000kw/h×24小时×330天×0.5元/kwh=396万元/年；

3、外供热：

15万平米×15元/m²=225万元（四个月）；

4、制冷效益，根据实际方案具体核定。

（二）、间接效益

1、每炉运行周期缩短3-4天，同时配合进行送电曲线优化和工艺调整（例如低负荷时同时给两炉送电），每月就有可能增加约五炉的产量。

2、运行周期缩短，两个周期之间间隔时间可以适当延长，炉温降低，便于工人劳作；减少了去保温料的次数，工人劳动强度降低；如果夏季再通上冷风，工人操作条件会得到很大改善。

3、保温料厚度可以由700mm减少至500mm,减少了保温料用量。

安全及其他措施：

1、在送电期间，炉墙夹层中可能会有挥发分集聚，为防止引起爆炸，利用防爆排气管7将中空通道4与原系统烟气抽气母管联通，中间加隔离阀门，送电期间稍开此阀门，使夹墙内空气保持微流动，及时将挥发分引出排掉或引至炉顶燃烧。

2、炉墙外侧保温砖强度低，为提高其机械强度和保温性能，可再粘附一层耐高温高铝纤维毡模块（厚20-100mm），外面加钢板保护。

3、为避免急冷急热引起导热砖强度降低、裂损，将炉底热空气掺入进风系统中，这样进风温度不至太低，同时也降低了炉底温度。

Claims (5)

1.一种具有快速冷却和余热回收功能的石墨化炉，其特征是，构成中包括炉体、盖在炉体顶部的炉罩（9）和余热利用装置，所述炉体的侧壁设置两层，分别为炉墙内壁（5）和套在炉墙内壁（5）外部的炉墙外壁（3），所述炉墙外壁（3）与炉墙内壁（5）之间设有中空通道（4），所述中空通道（4）的下部与设置在炉体底部的进气管（1）连通，中空通道（4）的上部通过排气总管（8）与余热利用装置连接。

2.根据权利要求1所述的一种具有快速冷却和余热回收功能的石墨化炉，其特征是，构成中还包括带有阀门的防爆排气管（7），所述防爆排气管（7）的进气端接中空通道（4），排气端位于炉体内部上方或与炉体的抽气母管连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种具有快速冷却和余热回收功能的石墨化炉，其特征是，所述炉体的炉墙外壁（3）由保温砖砌筑而成，炉体的炉墙内壁（5）由耐火砖（13）砌筑而成。

4.根据权利要求3所述的一种具有快速冷却和余热回收功能的石墨化炉，其特征是，所述炉体的炉墙内壁（5）中设有多块导热砖（12），多块导热砖（12）沿炉墙内壁（5）均匀分布，每块导热砖（12）的一端与炉体的内壁平齐，另一端插入炉墙外壁（3）与炉墙内壁（5）之间的中空通道（4）内。

5.根据权利要求4所述的一种具有快速冷却和余热回收功能的石墨化炉，其特征是，所述余热利用装置包括废热锅炉（10）和引风机（11），所述废热锅炉（10）的进气口通过排气总管（8）与炉墙外壁（3）与炉墙内壁（5）之间的中空通道（4）连接，废热锅炉（10）排出的气体经引风机（11）排空。