CN109319784B - 熔融电石一次冷却粒化成型系统及余热回收方法 - Google Patents

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Abstract

一种熔融电石一次冷却粒化成型系统及余热回收方法。该系统包括高温电石液储罐和余热回收装置以及位于高温电石液储罐下部的热量收集器，在热量收集器内安装有滚筒机构的熔融电石造粒装置、辐射回收模块和冷却模块；其余热回收方法为：经过熔融电石造粒装置得到的表层固化、心部熔融的电石小块，经传送装置分别经过辐射回收模块和冷却模块进行冷却降温和热量回收，最终得到可以直接运输和存储的小块化电石成品，电石余热则通过余热回收装置进行回收利用。本发明利用熔融电石造粒装置将电石在冷却过程中直接成型为符合成品粒度要求的电石小块，无需破碎工艺，且增大电石与冷却介质间的换热面积，可减少能耗、避免粉尘污染和粉料损失、缩短冷却时间。

Description

熔融电石一次冷却粒化成型系统及余热回收方法
技术领域
本发明属于高温电石液余热回收领域，具体涉及一种用于回收高温熔融态电石液的固化潜热和冷却显热并同时完成电石粒化成型的熔融电石一次冷却粒化成型系统及余热回收方法。
背景技术
电石的主要成分是碳化钙，是重要的基本化工原料，主要用于产生乙炔气。也用于有机合成、氧炔焊接等。
工业上一般使用电炉熔炼法生产电石，电炉熔炼法是将焦炭与氧化钙(分子式CaO)置于2200℃左右的电炉中熔炼，生成碳化钙(分子式CaC2)。传统的电石生产工艺为电石间断出炉，出炉时温度高达1800℃～2200℃的熔融态电石液流入电石锅中经牵引装置牵引进冷却车间，通过自然散热的方式进行冷却降温，经数小时冷却至一定温度的电石块经破碎机破碎至一定粒度的电石小块。
整个电石生产过程耗时长、效率低，而且高温电石的大量余热未经利用直接散失到环境中，不仅造成能量的大量流失，而且恶化了生产车间的作业环境；后续的破碎工艺则增加了额外的人力、物力、财力，经济性差，且破碎过程中产生的大量粉尘对工人的人身健康造成极大影响。
为解决传统电石工艺能源浪费的问题，现有的熔融电石余热回收技术中提出了风冷粒化、改变电石锅结构、借助隧道窑等解决思路，但依然存在系统结构复杂、余热回收效率低等不足。
发明内容
本发明的目的在于提供一种不仅最大程度回收电石余热，并且同时完成电石粒化成型的熔融电石一次冷却粒化成型系统及余热回收方法。本发明在电石余热回收过程前自动完成无能耗电石小块化处理，省去了传统电石生产过程的破碎工艺，简化流程、节省电能、改善工厂作业环境，具有显著的经济和环境效益。
为达到上述目的，本发明的熔融电石一次冷却粒化成型系统包括高温电石液储罐以及位于高温电石液储罐下部的带有电石液入口、电石造粒出口的热量收集器，在热量收集器内的电石液入口处安装有熔融电石造粒装置，所述的熔融电石造粒装置包括安装在热量收集器内的可转动的滚筒机构，以及滚筒机构外侧开设的若干电石成型凹槽，在热量收集器内位于熔融电石造粒装置后端安装有辐射回收模块，在辐射回收模块的下方安装有冷却模块，所述的辐射回收模块包括有位于熔融电石造粒装置下方的辐射回收模块传送装置，在辐射回收模块传送装置上端的热量收集器顶部安装有冷却水管和耐高温的保温材料，所述的冷却模块包括平行布置的多层冷却模块传送装置，以及开设在热量收集器下端侧壁上的自然风入口和与最上端的冷却模块传送装置平行的热风出口，最下端的冷却模块传送装置的传送末端位于电石造粒出口，所述的冷却水管的出口及热风出口分别与余热回收装置相连。
所述的热量收集器的上部区域为圆拱结构的辐射回收模块，圆拱壁面上设有冷却水管和耐高温的保温材料，冷却水管设置为多排，且在相邻冷却水管之间填充有相变蓄热材料；所述的热量收集器四周壁面上均设有保温材料。
所述的辐射回收模块与冷却模块之间安装有隔板。
所述的熔融电石造粒装置的滚筒机构外侧两端分别设置有电石液防溢板。
所述的冷却水管出口的热水引入余热回收装置的锅炉系统，热风出口高温空气引入电石系统的中间环节进行热量回收利用或引入锅炉系统进行热量回收。
所述高温电石液储罐为上部敞口的容器，其内壁由内至外依次设置有保温材料和钢结构。
所述熔融电石造粒装置为匀速转动的滚筒机构，其外侧设有若干相互独立、外部敞口的成型凹槽，成型凹槽的纵截面为外大内小形状。
所述冷却模块的冷却模块传送装置为便于气流穿插通过，实现多孔介质传热的网孔状炉排结构。
所述冷却模块的冷却模块传送装置为分层调速，根据冷却气流与高温电石的传热特性，独立调节每层传送装置的速度，提高冷却速率。
本发明的熔融电石一次冷却粒化成型余热回收方法为：来自电石炉出口的温度为1800℃～2200℃的高温熔融态电石液直接流入高温电石液储罐；
高温电石液储罐中的电石液在自重作用下缓慢流入下方的熔融电石造粒装置的成型凹槽内，与熔融电石造粒装置中的换热介质进行预冷后形成若干相互独立的表层固化、心部熔融的粒度为50mm～80mm的电石小块，温度在2000℃；
随后在热量收集器中经辐射回收模块降温至1000℃～1200℃，在冷却模块中继续冷却至60℃，出料；
辐射回收模块和冷却模块收集的余热引入余热回收装置。
本发明基于换热形式与温区匹配的梯级余热回收的设计理念，区分辐射和对流两种换热方式，把冷却过程分为两个阶段：通过辐射换热回收熔融电石大量潜热和部分显热，借助对流换热回收固化电石的剩余显热。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
1、利用熔融电石造粒装置将电石在冷却过程中直接成型为符合成品粒度要求的电石小块，无需破碎工艺，且增大电石与冷却介质间的换热面积，可减少能耗、避免粉尘污染和粉料损失、缩短冷却时间；同时利用辐射和对流两种换热方式回收电石冷却过程中的大量余热，避免能源浪费；
2、传统电石工艺为间断出炉，本发明通过高温电石液储罐保证了余热回收单元的换热连续性；
3、辐射回收模块中冷却水管间填充有相变蓄热材料，不仅提高余热回收效率，同时解决了在电石机组停机时热水利用单元的热水供给问题；
4、充分考虑辐射换热和对流换热的换热特点以及电石的“易爆特性”，采用不同换热介质分阶段回收电石的固化潜热和冷却显热，回收效率高，安全可靠性强；同时，多层冷却模块传送装置通过分层调速可进一步提高电石冷却效率；
5、本发明提供的熔融电石一次冷却成型系统及余热回收方法，可以回收高温电石液的余热，用于电石生产行业；还可以推广到其他行业中的高温熔融物质的余热回收，也可用于物料烘焙行业等等。这项技术有相当广泛的应用市场，带来显著的经济效益和环境效应。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明余热回收工艺流程图。
图3为造粒装置滚筒机构示意图。
图4为滚筒机构剖视图。
图中：1、高温电石液储罐，2、熔融电石造粒装置，2.1、滚筒机构，2.2、电石成型凹槽，2.3、电石液防溢板，3、热量收集器，3.1、辐射回收模块，3.11、冷却水管，3.12、相变蓄热材料，3.13、保温材料，3.14、辐射回收模块传送装置，3.2、冷却模块，3.21、冷却模块传送装置，3.22、自然风入口，3.23、热风出口，3.3、隔板，3.4、电石造粒出口，4、余热回收装置。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
参见图1，本发明包括高温电石液储罐1以及位于高温电石液储罐1下部的带有电石液入口、电石造粒出口3.4的热量收集器3，在热量收集器3内的电石液入口处安装有熔融电石造粒装置2，所述的熔融电石造粒装置2包括安装在热量收集器3内、外侧开设有若干电石成型凹槽2.2的可转动的滚筒机构2.1，在滚筒机构2.1的两端还分别设置有电石液防溢板2.3(参见图3)；热量收集器3的上部区域为圆拱结构的辐射回收模块3.1，圆拱壁面上设有多排冷却水管3.11和耐高温的保温材料3.13，且在相邻冷却水管3.11之间填充有相变蓄热材料3.12，相变蓄热材料3.12储存的热量在电石生产机组停机时用于加热冷却水，本发明的热量收集器3四周壁面上均设有保温材料3.13。在热量收集器3内位于熔融电石造粒装置2下方设置有辐射回收模块传送装置3.14；在辐射回收模块3.1的下方安装有冷却模块3.2，冷却模块3.2包括平行布置且采用网孔状炉排结构的多层冷却模块传送装置3.21，以及开设在热量收集器3下端侧壁上的自然风入口3.22和与最上端的冷却模块传送装置3.21平行的热风出口3.23，最下端的冷却模块传送装置3.21的传送末端位于电石造粒出口3.4，所述的冷却水管3.11的出口及热风出口3.23分别与余热回收装置4相连。
冷却模块3.2的冷却模块传送装置3.21为分层调速，根据冷却气流与高温电石的传热特性，独立调节每层传送装置的速度，提高冷却速率。
辐射回收模块3.1与冷却模块3.2之间安装有隔板3.3，以防止冷却模块的空气进入上部辐射回收模块。
高温电石液储罐1为上部敞口的容器，其上部敞口构成刚出炉电石液的注入口，储罐内壁由内至外依次设置有保温材料和钢结构。
熔融电石造粒装置2为匀速转动的滚筒机构2.1，其外侧设有若干相互独立、外部敞口的成型凹槽2.2，成型凹槽2.2的内部空间大小依据成品电石的粒度要求确定；纵截面可以是外大内小的梯形(参见图4)，也可以是半圆形、三角形或其他外大内小的形状。
本发明熔融电石一次冷却成型余热回收方法如下：1)来自电石炉出口的温度为1800℃～2200℃的高温熔融态电石液直接流入高温电石液储罐1，以保证换热连续；
2)经过熔融电石造粒装置2预冷成型的电石小块进入热量收集器3中，由辐射回收模块传送装置3.14带动向前运动，较高温度的电石块以辐射换热方式释放电石的全部潜热和部分显热，冷却水管3.11中的过冷水经上述热量加热后送入余热回收装置4的锅炉系统，电石则降温至1000℃～1200℃，在辐射回收模块传送装置3.14末端掉入冷却模块3.2中的冷却模块传送装置3.21；
3)落入冷却模块3.2中的完全固化的电石随多级冷却模块传送装置3.21运动，运动轨迹为自上而下、左右往复的“S型”曲线，经风机引入的自然风以对流换热的形式通过冷却模块传送装置的网孔状炉排结构进一步吸收电石显热，电石温度达到60℃左右由电石造粒出口3.4排出，出料即可进行运输或者存储，自然风被加热后送入余热回收装置4；
4)参见图2，在余热回收装置4中，被加热到200℃～400℃的空气通过以下方式进行热量回收利用：(1)引入电石系统，用于烘干原材料焦炭中的水分，或进入电石炉气净化空冷器中对炉气进行预冷；(2)引入锅炉系统，可分别引入省煤器加热锅炉给水、引入炉膛作为预热空气、引入制粉系统烘干煤粉。
本发明通过流量控制，冷却水管中的冷却水吸收电石辐射热量后温度低于其饱和温度，即管内无相变，避免超压风险；同时在冷却水管和相变材料的共同作用下，热量收集器箱体顶部壁面温度远远低于其材料乳变温度上限，杜绝了辐射回收模块中水与电石的接触，保证系统安全稳定运行。

Claims (10)

1.一种熔融电石一次冷却粒化成型系统，其特征在于：包括高温电石液储罐(1)以及位于高温电石液储罐(1)下部的带有电石液入口、电石造粒出口(3.4)的热量收集器(3)，在热量收集器(3)内的电石液入口处安装有熔融电石造粒装置(2)，所述的熔融电石造粒装置(2)包括安装在热量收集器(3)内的可转动的滚筒机构(2.1)，以及滚筒机构(2.1)外侧开设的若干电石成型凹槽(2.2)，热量收集器(3)内位于熔融电石造粒装置(2)后端安装有辐射回收模块(3.1)，在辐射回收模块(3.1)的下方安装有冷却模块(3.2)，所述的辐射回收模块(3.1)包括有位于熔融电石造粒装置(2)下方的辐射回收模块传送装置(3.14)，在辐射回收模块传送装置(3.14)上端的热量收集器(3)顶部安装有冷却水管(3.11)和耐高温的保温材料(3.13)，所述的冷却模块(3.2)包括平行布置的多层冷却模块传送装置(3.21)，以及开设在热量收集器(3)下端侧壁上的自然风入口(3.22)和与最上端的冷却模块传送装置(3.21)平行的热风出口(3.23)，最下端的冷却模块传送装置(3.21)的传送末端位于电石造粒出口(3.4)，所述的冷却水管(3.11)的出口及热风出口(3.23)分别与余热回收装置(4)相连。
2.根据权利要求1所述的熔融电石一次冷却粒化成型系统，其特征在于：所述的热量收集器(3)的上部区域为圆拱结构的辐射回收模块(3.1)，圆拱壁面上设有冷却水管(3.11)和耐高温的保温材料(3.13)，冷却水管(3.11)设置为多排，且在相邻冷却水管(3.11)之间填充有相变蓄热材料(3.12)；所述的热量收集器(3)四周壁面上均设有保温材料(3.13)。
3.根据权利要求1所述的熔融电石一次冷却粒化成型系统，其特征在于：所述的辐射回收模块(3.1)与冷却模块(3.2)之间安装有隔板(3.3)。
4.根据权利要求1所述的熔融电石一次冷却粒化成型系统，其特征在于：所述的熔融电石造粒装置(2)的滚筒机构(2.1)外侧两端分别设置有电石液防溢板(2.3)。
5.根据权利要求1所述的熔融电石一次冷却粒化成型系统，其特征在于：所述的冷却水管(3.11)出口的热水引入余热回收装置(4)的锅炉系统，热风出口(3.23)高温空气引入电石系统的中间环节进行热量回收利用或引入锅炉系统进行热量回收。
6.根据权利要求1所述的熔融电石一次冷却粒化成型系统，其特征在于：所述高温电石液储罐(1)为上部敞口的容器，其内壁由内至外依次设置有保温材料和钢结构。
7.根据权利要求1所述的熔融电石一次冷却粒化成型系统，其特征在于：所述熔融电石造粒装置(2)为匀速转动的滚筒机构(2.1)，其外侧设有若干相互独立、外部敞口的成型凹槽(2.2)，成型凹槽(2.2)的纵截面为外大内小形状。
8.根据权利要求1所述的熔融电石一次冷却粒化成型系统，其特征在于：所述冷却模块(3.2)的冷却模块传送装置(3.21)为便于气流穿插通过，实现多孔介质传热的网孔状炉排结构。
9.根据权利要求1所述的熔融电石一次冷却粒化成型系统，其特征在于：所述冷却模块(3.2)的冷却模块传送装置(3.21)为分层调速，根据冷却气流与高温电石的传热特性，独立调节每层传送装置的速度，提高冷却速率。
10.一种如权利要求1所述熔融电石一次冷却粒化成型系统的余热回收方法，其特征在于：来自电石炉出口的温度为1800℃～2200℃的高温熔融态电石液直接流入高温电石液储罐(1)；
高温电石液储罐(1)中的电石液在自重作用下缓慢流入下方的熔融电石造粒装置(2)的成型凹槽(2.2)内，与熔融电石造粒装置(2)中的换热介质进行预冷后形成若干相互独立的表层固化、心部熔融的粒度为50mm～80mm的电石小块，温度在2000℃；
随后在热量收集器(3)中经辐射回收模块(3.1)降温至1000℃～1200℃，在冷却模块(3.2)中继续冷却至60℃，出料；
辐射回收模块(3.1)和冷却模块(3.2)收集的余热引入余热回收装置(4)。
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