CN111825349A - 一种石灰-电石联产系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种石灰‑电石联产系统及方法，包括电石余热回收单元，电石炉尾气回收单元，石灰窑尾气利用单元。电石余热回收单元使用炉口环形筒粒化集热机构实现高温熔融态电石的快速冷却和热量回收；电石炉尾气回收单元将电石炉尾气通往炭材烘干炉烘干兰炭后作为燃料通入石灰窑；石灰窑尾气利用单元使用旋风除尘器将石灰窑尾气降尘处理后，经换热器对石灰窑原料空气进行加热。本发明针对电石生产行业，综合考虑实际应用过程中热能的梯级利用，以及熔融态电石存在的特殊处理要求，通过多个单元的有机组合，优化废热/气回收装置结构和流程，将石灰生产与电石生产相结合，充分利用生产过程中产生的废热/气，实现电石生产系统的高效改进和完善。

Description

一种石灰-电石联产系统及方法

【技术领域】

本发明涉及一种石灰-电石联产系统及方法。

【背景技术】

目前，工业生产电石是利用电石炉三相碳素电极产生电弧热使得焦炭和石灰两种原料发生固相融熔化学反应，生成2000℃左右的高温熔融态电石。电石主要是通过置入由铸铁制成的容器中进行自然冷却，这种方法有以下多种缺陷，一是高品位的热能被大量的浪费，二是自然冷却会对环境造成一定的热污染与粉尘污染，三是由于其温度过高，需要放置在经过耐火处理的特质厂房中，使得企业的周转效率降低、生产成本增加。造成这些高品位热能浪费的原因主要是热回收手段不足、效益不高。熔融状态下的电石接近2000℃，但导热系数低、粘度大，且与氮气和水都会发生反应，传统方式难以利用。

同时，对于电石炉尾气，其温度高达600℃且存在大量一氧化碳，其直接排放造成了一定的资源浪费，且对环境存在污染。

生产电石原料的石灰窑的尾气的利用也十分欠缺，温度达到350-400℃的石灰窑尾气直接排放，造成了大量热能的浪费。

【发明内容】

本发明的目的在于解决现有技术中的问题，提供一种石灰-电石联产系统及方法。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种石灰-电石联产系统，包括：

石灰窑，所述石灰窑的物料出口连接电石炉，尾气出口连接石灰窑尾气利用单元；

电石炉，所述电石炉的出口连接电石废热回收单元，炉气出口连接电石炉尾气回收单元；

石灰窑尾气利用单元，所述石灰窑尾气利用单元包括除尘器以及换热器，通过换热器对原料空气进行一次加热；

电石废热回收单元，所述电石废热回收单元采用环形筒粒化集热机构，环形筒粒化集热机构将电石冷却后送至固定床，经换热器一次加热后的原料空气进入固定床，在固定床内进行二次加热。

上述系统进一步的改进在于：

所述除尘器采用旋风分离器，旋风分离器分离的气体进入换热器的热侧，原料空气由换热器的冷侧进入，换热器冷侧出口与固定床的原料空气入口相连。

所述环形筒粒化集热机构包括外隔热筒与内换热筒；外隔热筒内壁上布置有螺旋形流道；内换热筒为中空结构，内部设有主水管，主水管上布置有若干雾化喷嘴，用于向内壁喷射水流进行换热。

所述螺旋形流道上铺设有10cm厚的电石，用于防止烧穿。

所述主水管上布置有固定扇叶，用于提高内冷却筒的力学性能，增大水蒸气的湍动度，增强换热。

所述电石炉尾气回收单元包括炭材烘干炉和炉气净化装置，电石炉的炉气出口与炭材烘干炉的进气相连通，利用炉气加热烘干兰炭，之后将其作为燃料输送至石灰窑。

一种石灰-电石联产方法，包括以下步骤：

高温熔融态的电石通过外隔热筒与内换热筒间的环形流道，通过外隔热筒的旋转和重力作用带动螺旋形流道导流熔融态电石，内换热筒中水经雾化喷嘴喷至内壁，喷流沸腾换热以保持内换热筒壁面温度恒定，通过内换热筒壁的导热与其内壁与水的复合对流换热，实现电石从出炉时的2000℃到1400℃的快速冷却、凝固破碎和热能回收；产生的高温水蒸气从内换热筒上口排出经由换热器将热量传送给有机工质，通过有机朗肯循环进行发电；凝固的电石由螺旋形流道破碎后经由皮带轮运输到固定床中，由风机将从石灰窑尾气处理单元中经过加热的空气吹入进行二次加热，之后将这部分空气通入石灰窑；电石炉尾气回收单元利用旋风除尘器处理炉气后由高温引风机输送至炭材烘干炉，之后将炉气送入石灰窑作为燃料气；石灰窑尾气利用单元使用除尘器将尾气过滤净化后，经换热器对空气进行一次加热，并将加热后的空气通入固定床进行二次加热，依次循环。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明用于实现高温工业余热、废气回收与利用。本发明针对电石生产行业，综合考虑实际应用过程中热能的梯级利用，以及熔融态电石存在的特殊处理要求，通过集成设计空气预热系统和电石炉气回收系统，优化已有废热、废气回收装置结构和流程，将石灰生产与电石生产有机结合，充分利用生产过程中产生的资源与热量，实现电石生产系统的高效改进和完善。

本发明集成滚筒换热思想，将提高电石品质、减少电石附着和扬尘浪费三者巧妙结合，设计了电石炉炉口密闭环形筒粒化集热装置，实现了高效回收利用。

本发明大幅缩短了电石冷却时间、减少了高温电石热量损失，提高生产周转与热回收效率。在隔热筒内侧预铺有电石形成隔热层，利用电石的低导热性实现导热动态平衡，延长了材料使用寿命、保证了生产安全；同时在内侧布置螺旋刮片，旋转引流的同时使电石内部温度分布更加均匀，避免了电石在内冷却筒外侧的附着；内冷却筒内部进行喷流沸腾冷却降温、布置固定叶片装置，实现水气分离、提高了换热效率。高温段(2000℃-1400℃)电石实现了快速降温的同时利用收集的热量进行ORC发电；低温段(1400℃-200℃)电石和石灰窑尾气的热量梯级预热原料空气；电石炉产生的尾气又可以预热作为石灰窑和电石炉的共同原料兰炭，同时换热后可作为燃料进入石灰的生产过程。

本发明集成设计了空气预热系统和电石炉气回收系统，将电石炉和石灰窑的生产环节有机结合，回收的物质与能量直接加入生产循环中，改变了传统生产环节孤立存在的现状，解决了电石热量回收利用效率差的根本问题。本系统实现了能量的高效利用、物质的循环利用，提高了经济效益，减少了环境污染；同时实现了自动控制且装置系统化，安全性高。

【附图说明】

为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明的系统组成示意图。

图2为本发明核心装置环形筒粒化集热机构主视图；

图3为本发明核心装置环形筒粒化集热机构外筒的主视图

图4为本发明核心装置环形筒粒化集热机构内筒的主视图。

【具体实施方式】

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，若出现术语“水平”，并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1，本发明石灰-电石联产系统，包括电石余热回收单元，电石炉尾气回收单元，石灰窑尾气利用单元。其中：

电石废热回收单元使用环形筒粒化集热机构与固定床实现高温熔融态电石的快速凝固成型和热量回收；电石炉尾气利用单元将电石炉尾气通往炭材烘干炉烘干兰炭后作为燃料通入石灰窑；石灰窑尾气处理单元利用旋风除尘器将石灰窑尾气降尘处理后，经换热器对石灰窑原料空气进行加热。

电石废热回收单元利用直立滚筒机构将接近2000℃的电石在短时间内冷却至1400℃左右，回收的热量利用有机朗肯循环发电。1400℃左右的电石送入固定床预热进入石灰窑的原料空气，实现高温熔融态电石的快速冷却和热量回收。

直立滚筒机构包括外隔热筒与内换热筒。外隔热筒内壁上布置有螺旋形流道，在流道上预铺10cm厚的电石防止烧穿，螺旋形流道起到引流熔融态电石以及刮去内冷却筒外壁附着的电石的作用。内换热筒中空，内部设有主水管，其上布置有若干雾化喷嘴，向内壁喷射水流进行换热，另外内部布置固定叶片，增强力学结构，简化传动结构，整合冷却水系统；同时增大水蒸气的湍动度，增强换热。

电石炉尾气回收单元将电石炉尾气由高温引风机送至炭材烘干炉，之后将炉气作为燃料通入石灰窑。

石灰窑尾气利用单元使用旋风除尘器将尾气降尘处理后，经换热器对石灰窑原料空气进行加热。石灰窑原料空气加热流程包括石灰窑尾气对其的一次加热以及于固定床交换热量对其的二次加热。

本发明的工作过程如下所示：

高温熔融态的电石通过外隔热筒与内换热筒间的环形流道，通过外隔热筒的旋转和重力作用带动螺旋形流道导流熔融态电石，内换热筒中水经雾化喷嘴喷至内壁，喷流沸腾换热以保持内换热筒壁面温度稳定，通过内换热筒壁的导热与其内壁与水的复合对流换热，实现电石从出炉时的2000℃到1400℃的快速冷却、凝固破碎和热能回收；产生的高温水蒸气从内换热筒上口排出经由换热器将热量传送给有机工质，通过有机朗肯循环进行发电；凝固的电石由螺旋形流道破碎后经由皮带轮运输到固定床中，由风机将从石灰窑尾气处理单元中经过加热的空气吹入进行二次加热，之后将这部分空气通入石灰窑；电石炉尾气回收单元利用旋风除尘器处理炉气后由高温引风机输送至炭材烘干炉，之后将炉气送入石灰窑作为燃料气；石灰窑尾气利用单元使用除尘器将尾气过滤净化后，经换热器对空气进行一次加热，并将加热后的空气通入固定床进行二次加热，依次循环。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种石灰-电石联产系统，其特征在于，包括：

石灰窑，所述石灰窑的物料出口连接电石炉，尾气出口连接石灰窑尾气利用单元；

电石炉，所述电石炉的出口连接电石废热回收单元，炉气出口连接电石炉尾气回收单元；

石灰窑尾气利用单元，所述石灰窑尾气利用单元包括除尘器以及换热器，通过换热器对原料空气进行一次加热；

电石废热回收单元，所述电石废热回收单元采用环形筒粒化集热机构，环形筒粒化集热机构将电石冷却后送至固定床，经换热器一次加热后的原料空气进入固定床，在固定床内进行二次加热。

2.根据权利要求1所述的石灰-电石联产系统，其特征在于，所述除尘器采用旋风分离器，旋风分离器分离的气体进入换热器的热侧，原料空气由换热器的冷侧进入，换热器冷侧出口与固定床的原料空气入口相连。

3.根据权利要求1所述的石灰-电石联产系统，其特征在于，所述环形筒粒化集热机构包括外隔热筒与内换热筒；外隔热筒内壁上布置有螺旋形流道；内换热筒为中空结构，内部设有主水管，主水管上布置有若干雾化喷嘴，用于向内壁喷射水流进行换热。

4.根据权利要求3所述的石灰-电石联产系统，其特征在于，所述螺旋形流道上铺设有10cm厚的电石，用于防止烧穿。

5.根据权利要求3所述的石灰-电石联产系统，其特征在于，所述主水管上布置有固定扇叶，用于提高内冷却筒的力学性能，增大水蒸气的湍动度，增强换热。

6.根据权利要求1所述的石灰-电石联产系统，其特征在于，所述电石炉尾气回收单元包括炭材烘干炉和炉气净化装置，电石炉的炉气出口与炭材烘干炉的进气相连通，利用炉气加热烘干兰炭，之后将其作为燃料输送至石灰窑。

7.一种采用权利要求4或5所述系统的石灰-电石联产方法，其特征在于，包括以下步骤：

高温熔融态的电石通过外隔热筒与内换热筒间的环形流道，通过外隔热筒的旋转和重力作用带动螺旋形流道导流熔融态电石，内换热筒中水经雾化喷嘴喷至内壁，喷流沸腾换热以保持内换热筒壁面温度恒定，通过内换热筒壁的导热与其内壁与水的复合对流换热，实现电石从出炉时的2000℃到1400℃的快速冷却、凝固破碎和热能回收；产生的高温水蒸气从内换热筒上口排出经由换热器将热量传送给有机工质，通过有机朗肯循环进行发电；凝固的电石由螺旋形流道破碎后经由皮带轮运输到固定床中，由风机将从石灰窑尾气处理单元中经过加热的空气吹入进行二次加热，之后将这部分空气通入石灰窑；电石炉尾气回收单元利用旋风除尘器处理炉气后由高温引风机输送至炭材烘干炉，之后将炉气送入石灰窑作为燃料气；石灰窑尾气利用单元使用除尘器将尾气过滤净化后，经换热器对空气进行一次加热，并将加热后的空气通入固定床进行二次加热，依次循环。

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