CN111847454A - 一种电石炉及高效节能电石生产系统 - Google Patents

一种电石炉及高效节能电石生产系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种电石炉及高效节能电石生产系统。该电石炉包括炉体，炉体包括侧壁和底壁；至少在侧壁的下部设有电极；和/或在侧壁上设有电极，电极的一部分延伸至侧壁下部；所述电极为直流电极，直流电极成对布置以能够产生加热电弧，或者所述电极为交流电极，交流电极成组布置以能够产生加热电弧，或者所述电极一部分为直流电极，另一部分为交流电极，直流电极成对布置、交流电极成组布置以分别能够产生加热电弧。本发明的电石炉，通过炉体的侧壁上设置的电极，直接对下落的炉料进行埋弧电热和电阻电热，可以保证炉料层由下至上形成温度逐渐降低的稳定炉料层环境，进而促进电石的稳定、安全、高效生产。

Description

一种电石炉及高效节能电石生产系统
技术领域
本发明属于电石的生产领域，具体涉及一种电石炉及高效节能电石生产系统。
背景技术
电石炉是生产电石的主体设备，其主要是通过电极的埋弧电热和物料的电阻电热来加热炉内物料(如生石灰和炭材等)，使物料发生化学反应而制成电石。
公告号为CN206783327U的中国实用新型专利公开了一种生产电石的系统，包括石灰窑、兰炭干燥装置、混合料仓及电石炉，电石炉包括炉体和竖直插设于炉体内的三相电极，炉体的内腔形成电石生产空间，在生产电石时，较为理想的工况为电石生产空间的温度由下向上逐步降低(形成稳定的炉料层环境)，电石生产空间由上之下依次分为料层区、热层区和反应区，料层区为炉料的预热区，反应区为炉料发生反应生成电石的区域，热层区为氧化钙和炭材的相互扩散层。维持稳定的炉料层环境，可使电石生产的产、质、耗得以优化，有利于电石的效益最大化。
在电石的实际生产过程中，因混料不均、电极工作长度偏短或电极长时间不能深入炉内，会使料层区的支路电流过大，炉料层的稳定环境遭到破坏，这会引起料层区因过热而结块，导致炉料面透气性差，使电石炉内气体积聚，熔池内压力升高，在压力升高至临界点时，炉内气体夹杂着红料和半成品料快速喷出，即产生电石炉塌料现象。电石炉塌料瞬间产生的高温气浪冲击波，会烧损电石炉的冷却设备和电石设备，同时也给料面操作人员带来极大的危险。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电石炉，以解决现有电石炉不容易获得稳定的炉料层环境的问题。
本发明的第二个目的在于提供一种高效节能电石生产系统，以达到节能、高效、安全的生产目的。
为实现上述目的，本发明的电石炉的技术方案是：
一种电石炉，包括炉体，炉体包括侧壁和底壁；
至少在侧壁的下部设有电极；
和/或在侧壁上设有电极，电极的一部分延伸至侧壁下部；
所述电极为直流电极，直流电极成对布置以能够产生加热电弧，或者所述电极为交流电极，交流电极成组布置以能够产生加热电弧，或者所述电极一部分为直流电极，另一部分为交流电极，直流电极成对布置、交流电极成组布置以分别能够产生加热电弧。
本发明提供的电石炉，通过炉体的侧壁上设置的电极，直接对下落的炉料进行埋弧电热和电阻电热，上层的炉料不受支路电流的影响，可以保证炉料层由下至上形成温度逐渐降低的稳定炉料层环境，进而促进电石的稳定、安全、高效生产。同时，炉料位于成对的电极端头之间，相对于竖直插入炉体的电极组，可以更高效的利用电极的做功区域，降低电极的无效热损耗，提高电极的利用效率。
为更有效的对下层的炉料进行加热，优选的，在侧壁的下部设有所述电极，位于侧壁下部的电极形成至少一层下部电极层。可利用两层或更多层的下部电极层的设置，来实现对不同深度炉料层的可控加热。下部电极层中的电极可离散排布，不形成平层。
在炉料层较厚的情形，为了更好的对上层的炉料进行预热，从而提高电石生产效率，优选的，侧壁上在下部电极层的上方还设有至少一层所述电极，位于下部电极层上方的电极形成上部电极层。
为简化电极的制备，优选的，所述电极为矩形电极。
为方便电极的调整，优选的，所述电极水平布置。
针对矩形炉体，为提高炉体内炉料的加热效率，优选的，侧壁围成矩形，所述电极分布在炉体的较长的两侧壁上，位于炉体相对的两侧壁上的电极正对布置或者沿炉体较长侧壁的长度延伸方向错开。
针对圆形炉体，为提高炉体内炉料的加热效率，优选的，所述炉体的侧壁为圆形，所述电极在炉体的侧壁的周向均匀间隔布置。
本发明的高效节能电石生产系统所采用的技术方案是：
一种高效节能电石生产系统，包括上述电石炉，所述电石炉上方设有至少一组物料生成系统，每组物料生成系统包括对应设置的石灰窑和煤炭干馏炉，石灰窑的出料口和煤炭干馏炉的出料口分别与电石炉的加料口相连，或者石灰窑的出料口和煤炭干馏炉的出料口通过混合下料装置合流后与电石炉的加料口相连。
本发明提供的高效节能电石生产系统，将石灰窑和煤炭干馏炉生成的物料热装混合并输送至电石炉内，入炉的炉料温度高(可达1000℃左右)，其不仅节省了原料的预热能耗，而且可与本发明的高效、稳定电石炉形成良好匹配，提高电石的生产效率，具有高效节能的特征。
为提高热能及电石炉气的利用效率，优选的，电石炉上设置有炉气收集口，石灰窑和/或煤炭干馏炉上设置有炉气入口，炉气收集口通过管路与石灰窑和/或煤炭干馏炉的炉气入口相连。炉气的主要成分为CO，可回收炉气作为石灰石煅烧或煤炭干馏的燃料，实现电石炉气的综合利用。
为进一步提高煤炭干馏炉的干馏气利用效率，优选的，石灰窑和/或煤炭干馏炉上设置有炉气入口，煤炭干馏炉上设置有炉气出口，炉气出口与焦油冷却收集系统相连，焦油冷却收集系统的气体出口通过管路与石灰窑和/或煤炭干馏炉的炉气入口相连。对煤炭干馏炉的炉气进行处理，可回收焦油和干馏气，干馏气可同样作为石灰石煅烧或煤炭干馏的燃料。通过以上高温石灰和高温兰炭的热装加料，以及电石炉气以及干馏气作为燃料的循环利用，该高效节能电石生产系统实现了电石生产流程上各能源的综合利用，进一步凸显了该电石生产系统高效、节能的特点。
附图说明
图1为本发明的高效节能电石生产系统实施例1在水平方向上的剖面视图；
图2为图1在A-A向上的剖面视图；
图3为图1在B-B向上的剖面视图；
图4为本发明的高效节能电石生产系统实施例1中的电石炉在水平方向上的剖面视图；
图5为图4在C-C向上的剖面视图；
图6为本发明的高效节能电石生产系统实施例2中电石炉的俯视图；
图7为本发明的高效节能电石生产系统实施例2中电石炉前视图(由前向后)；
图8为本发明的高效节能电石生产系统实施例2的前视图；
图9为本发明的高效节能电石生产系统实施例4中电石炉的前视图；
图10为本发明的高效节能电石生产系统实施例4中电石炉的后视图；
图11为本发明的高效节能电石生产系统实施例5中电石炉的前视图；
图12为本发明的高效节能电石生产系统实施例5中电石炉的后视图；
图13为本发明的高效节能电石生产系统实施例6中的电石炉在水平方向上的剖面视图；
其中，1-炉体，2-直流电极，3-石灰窑，4-煤炭干馏炉，5-矩形电极，11-第三交流电极，12-第四交流电极，13-第五交流电极，21-第六交流电极，22-第七交流电极，23-第八交流电极，24-第九交流电极，25-第十交流电极，110-第一圆形电极，120-第二圆形电极，130-第三电极，210-第一方形电极，211-第二方形电极，212-第三方形电极，213-第四方形电极，214-第五方形电极，215-第六方形电极，310-第七方形电极，311-第八方形电极，312-第九方形电极，313-第十方形电极，314-第十一方形电极，315-第十二方形电极。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
本发明的高效节能电石生产系统的具体实施例1，如图1-图5所示，包括电石炉和设于电石炉上方的物料生产系统，物料生产系统包括石灰窑和煤炭干馏窑。
电石炉包括炉体1，炉体1包括侧壁、底壁和炉盖(图中未示出)，炉盖上设置有加料口，侧壁上设置有电石液排出口；炉体沿水平方向上的截面为矩形，侧壁、底壁围成矩形电石生产空间，侧壁包括沿炉体长度方向相对设置的前侧壁、后侧壁以及连接前侧壁、后侧壁的左侧壁、右侧壁。
前侧壁、后侧壁上装配有竖边长横边短的矩形电极，矩形电极的下端起始于侧壁的下部，上端终止于侧壁的上部(上部、下部以炉体高度方向上的中线进行区分，上部的向上延伸程度可依据炉料加料最高层位相应确定)。利用该矩形电极时，可利用逐步加料过程优先对先加入的炉料进行加热，然后逐步添加炉料营造下部温度高、上部温度低的炉料层环境，这样在正常料位进行电石生产时，可形成加热效率高的炉料环境，促进电石的高效、安全生产。
该实施例中，矩形电极为直流电极2，两对直流电极2的两个正极均匀布置在前侧壁上，两个负极均匀布置在后侧壁上，正极、负极一一对应设置。矩形电极为自焙电极(图中为示意形式)，自焙电极的相关配套系统可参考现有技术。
在生产电石时，由于电极的下部已处于较佳的炉料层深度位置，直接利用成对的直流电极2对处于两个电极端头之间的炉料(处于电极的最优电功区域内)进行加热，可以更有效的发挥电极的电热特性；另外，上层的炉料不受支路电流的影响(与炉体内电极竖直插入的情形相比)，可以很好的保证稳定的炉料层环境，电石的产、质、耗得以优化。同时，稳定的炉料层环境可以有效避免上层炉料因过热而产生结块现象，上层的炉料的透气性良好，因而可以有效防止电石炉塌料危险的发生。
在炉体1的前侧壁的上方沿炉体长度方向交替设置石灰窑3和煤炭干馏炉4，在炉体1的后侧壁的上方沿炉体长度方向交替设置煤炭干馏炉4和石灰窑3，前侧壁上方的石灰窑3或煤炭干馏炉4，与后侧壁上方的煤炭干馏炉4或石灰窑3一一相对设置。石灰窑3、煤炭干馏炉4上均设置有卸料管，卸料管上设置有卸料阀。石灰窑3、煤炭干馏炉4的卸料管的出口与炉体1上的加料口相连。石灰窑3产生的生石灰、煤炭干馏炉4产生的炭材以带热混合的方式进入电石炉内，以实现热量的充分利用，避免原料产出后的降温-储存-出仓-预热过程对热量的无效损耗。
石灰窑3包括石灰石入口，电石炉的炉体包括炉气出口，石灰窑3上还设置有炉气入口，炉气入口与炉体1上的炉气出口相连，石灰窑3内还设置有燃烧器，燃烧器与石灰窑3上的炉气入口相连。
煤炭干馏炉4包括煤炭入口，煤炭干馏炉4上还设置有炉气入口，炉气入口与炉体1上的炉气出口相连，煤炭干馏炉4内还设置有燃烧器，燃烧器与煤炭干馏炉4的炉气入口相连，以通过对普通煤炭的热解，转化为满足电石生产要求的兰炭或焦炭。
煤炭干馏炉4具有炉气出口，炉气出口与焦油冷却收集系统相连，焦油冷却收集系统的气体出口(产出干馏气)通过管路与石灰窑和/或煤炭干馏炉的炉气入口相连。
本发明的高效节能电石生产系统的工作流程如下：石灰窑内的石灰(CaO)和煤炭干馏炉内的兰炭带热进入炉体内，可通过调整下料速度来实现两种原料的按配比混合，两对直流电极接入直流电源后，通过电极的埋弧电热和物料的电阻电热加热炉内炉料，使炉料反应生成电石液，电石液经炉体上的电石液排出口排出，经冷却、粉碎后制成电石成品。随着炉体内电石液的排出，上层的炉料向下移动，进入与电极的底部相对应的反应区进行炉料反应，电石生产得以连续进行。电石炉产生的炉气和煤炭干馏炉副产的干馏气可返回作为石灰窑和煤炭干馏炉的工业燃料，这样不仅节省了日常的能源消耗，而且实现了资源的综合利用。
本发明的高效节能电石生产系统的具体实施例2，如图6-图8所示，与高效节能电石生产系统实施例1的区别在于，矩形电极5的底部向下延伸至炉体1的前侧壁、后侧壁的下端面，矩形电极的顶部向上延伸至前侧壁、后侧壁的上端面，矩形电极通体装配于前侧壁、后侧壁上。
石灰窑和煤炭干馏炉设置于炉体的上方，炉体上的加料口连接有混合下料管，混合下料管的进口并连石灰窑的出料口以及煤炭干馏炉的出料口。
本发明的高效节能电石生产系统的具体实施例3，与高效节能电石生产系统实施例1的区别在于，炉体可以为开放式或半封闭式，4个电极包括一对直流电极和一组交流电极，一对直流电极包括分别在炉体的前侧壁、后侧壁上相对设置的正极、负极；一组交流电极包括分别在炉体的前侧壁、后侧壁上相对设置的第一交流电极、第二交流电极，第一交流电极与单相电的火线相连，第二交流电极与单相电的零线相连。
本发明的高效节能电石生产系统的具体实施例4，如图9-图10所示，与高效节能电石生产系统实施例1的区别在于，第一圆形电极110、第二圆形电极120装配于电石炉的前侧壁的底部，第三圆形电极130装配于电石炉的后侧壁的底部；第一圆形电极110、第二圆形电极120、第三电极130分别连接三相电的三根相线。
本发明的高效节能电石生产系统的具体实施例5，如图11-图12所示，与高效节能电石生产系统实施例1的区别在于，前侧壁的底部间隔设置有第一方形电极210、第二方形电极211、第四方形电极213，后侧壁的底部间隔设置有第三方形电极212、第五方形电极214、第六方形电极215，第一方形电极210、第二方形电极211、第三方形电极212与三相电相连，形成一组交流电极；第四方形电极213、第五方形电极214、第六方形电极215与三相电相连，形成一组交流电极；第一方形电极210、第二方形电极211、第三方形电极212、第四方形电极213、第五方形电极214、第六方形电极215形成下部电极层。下部电极层上的电极个体在前侧壁、后侧壁上依次交替布置。
下部电极层的上方还设置有上部电极层(上部电极层、下部电极层以炉体高度方向上的中线为区分，中线以下为下部，中线以上为上部)，上部电极层包括第七方形电极310、第八方形电极311、第九方形电极312、第十方形电极313、第十一方形电极314、第十二方形电极315。第七方形电极310、第九方形电极312、第十一方形电极314形成一组交流电极；第八方形电极311、第十方形电极313、第十二方形电极315形成一组交流电极。上部电极层上的电极个体在前侧壁、后侧壁上依次交替布置。
通过本实施例的下部电极层和上部电极层的设置，可利用下部电极层使炉体内的相应区域满足生成电石的温度需求，利用上部电极层实现预热或实现氧化钙和炭材的相互扩散的温度需求。
本发明的高效节能电石生产系统的具体实施例6，如图13所示，与高效节能电石生产系统实施例1的区别在于，炉体的前侧壁、后侧壁相应延长以进一步提高电石生产能力，前侧壁、后侧壁上插入有第三交流电极11、第四交流电极12、第五交流电极13、第六交流电极21、第七交流电极22、第八交流电极23、第九交流电极24、第十交流电极25；前侧壁、后侧壁上的电极的数目相等且间隔布置。前侧壁、后侧壁上的电极个体依次交替布置。
第三交流电极11、第四交流电极12、第五交流电极13与三相电相连，组成一组交流电极。第六交流电极21、第七交流电极22、第八交流电极23与三相电相连，第九交流电极24与第八交流电极23并联，第十交流电极25与第七交流电极22并联。
随着前侧壁、后侧壁的延长设置，可参考实施例1的方式相应增设石灰窑和煤炭干馏炉。
本发明的高效节能电石生产系统的具体实施例7，与高效节能电石生产系统实施例1的区别在于，侧壁为圆形，在侧壁的周向均匀设置3个交流电极，3个交流电极分别与三相电的A相、B相、C相相连形成一组交流电极。
以上实施例中，成对的直流电极的最小单元数量为2个，分别连接直流电源的正、负极，在最小单元的基础上，可通过与以上最小单元的电极个体并联，来使一对直流电极的数量在3个以上。成组的交流电极的最小单元数量为2个或3个，2个对应单相电，3个对应三相电，同样可通过并联方式，来使一组交流电极的数量在3个或4个以上。
本发明的电石炉的具体实施例，与上述高效节能电石生产系统实施例中，电石炉的结构相同，在此不再详述。

Claims (10)

1.一种电石炉，其特征在于，包括炉体，炉体包括侧壁和底壁；
至少在侧壁的下部设有电极；
和/或在侧壁上设有电极，电极的一部分延伸至侧壁下部；
所述电极为直流电极，直流电极成对布置以能够产生加热电弧，或者所述电极为交流电极，交流电极成组布置以能够产生加热电弧，或者所述电极一部分为直流电极，另一部分为交流电极，直流电极成对布置、交流电极成组布置以分别能够产生加热电弧。
2.如权利要求1所述的电石炉，其特征在于，在侧壁的下部设有所述电极，位于侧壁下部的电极形成至少一层下部电极层。
3.如权利要求2所述的电石炉，其特征在于，侧壁上在下部电极层的上方还设有至少一层所述电极，位于下部电极层上方的电极形成上部电极层。
4.如权利要求1-3中任一项所述的电石炉，其特征在于，所述电极为矩形电极。
5.如权利要求1-3中任一项所述的电石炉，其特征在于，所述电极水平布置。
6.如权利要求1-3中任一项所述的电石炉，其特征在于，侧壁围成矩形，所述电极分布在炉体的较长的两侧壁上，位于炉体相对的两侧壁上的电极正对布置或者沿炉体较长侧壁的长度延伸方向错开。
7.如权利要求1-3中任一项所述的电石炉，其特征在于，所述炉体的侧壁为圆形，所述电极在炉体的侧壁的周向均匀间隔布置。
8.一种高效节能电石生产系统，其特征在于，包括如权利要求1-7中任一项所述的电石炉，所述电石炉上方设有至少一组物料生成系统，每组物料生成系统包括对应设置的石灰窑和煤炭干馏炉，石灰窑的出料口和煤炭干馏炉的出料口分别与电石炉的加料口相连，或者石灰窑的出料口和煤炭干馏炉的出料口通过混合下料装置合流后与电石炉的加料口相连。
9.如权利要求8所述的高效节能电石生产系统，其特征在于，电石炉上设置有炉气收集口，石灰窑和/或煤炭干馏炉上设置有炉气入口，炉气收集口通过管路与石灰窑和/或煤炭干馏炉的炉气入口相连。
10.如权利要求8所述的高效节能电石生产系统，其特征在于，石灰窑和/或煤炭干馏炉上设置有炉气入口，煤炭干馏炉上设置有炉气出口，炉气出口与焦油冷却收集系统相连，焦油冷却收集系统的气体出口通过管路与石灰窑和/或煤炭干馏炉的炉气入口相连。
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