CN114111361A - 一种高温电石余热回收及储热装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高温电石余热回收及储热装置，包括余热吸收通道、电石装载车、滑行轨道、储热装置及PLC智能控制中心，余热回收通道设置为地下隧道结构，呈梯形上窄下宽以更充分的吸收热辐射，滑行轨道上设置有多个可移动的电石装载车，整个系统基于PLC智能控制中心完成对电石余热回收及储热利用等控制过程。余热吸收通道分为多层结构，内部安置循环的流动传热盘管便于传热流体吸收电石热量。前端盖的流体泵为整个系统提供源源不断的传热流体；后端盖的储热装置吸收余热并存储以便于热量的进一步利用，盘管与储热装置之间通过快接结构连接，便于拆卸。本发明能够使高温电石余热更充分的被吸收，并结合储能设备便于热量的多样化利用。

Description

一种高温电石余热回收及储热装置

技术领域

本发明涉及一种高温电石余热回收及储热装置，属于工业余热再利用设备技术领域。

背景技术

电石的主要成分为氧化钙，是一种无机物，化学式为CaC₂。它是有机化工生产的基本原料，主要用于产生乙炔气，也用于有机合成、氧炔焊接等。工业上一般采用电炉熔融法制备电石，即利用将焦炭和石灰(氧化钙)两种原料置于2200℃的电炉中熔炼，固相相融发生化学反应，生产温度为2000℃左右的高温熔融电石。

熔融态电石出炉后，需要先进行冷却，在完成破碎处理进行后续生产工序。传统的高温电石冷却方式主要为空气中长时间暴露，自然冷却或风冷固化，其固化时放出的潜热和固化后降温过程放出的显热均未被回收利用，造成巨大的能量浪费。同时自然冷却或风冷效率低，所需时间较长，限制电石的生产。还要指出，电石的固化冷却过程是在室内进行的，会产生大量的粉尘烟气，并需要较大的建筑面积。

当前对于高温熔融电石余热回收利用，最常见的一种是通过运行车载装置通过余热回收装置进行回收，但其效率普遍偏低，大量的热量仍被浪费，并且余热利用方式单一，结构复杂。

发明内容

本发明为了解决上述背景技术中提到的现有技术的余热回收装置效率普遍偏低，大量的热量仍被浪费，并且余热利用方式单一，结构复杂的技术问题，提出一种高温电石余热回收及储热装置，通过位于地下的循环余热回收装置，吸热并通过传热流体将其存储到固定端或移动端储热装置中，进行后续的热量利用，已解决上述问题。

本发明提出一种高温电石余热回收及储热装置，包括位于地下的余热回收通道和位于地上的储热装置，余热回收通道与储热装置连接，

余热回收通道呈地下隧道式结构，包括电石炉、多个余热集中回收通道、多个保温通道、多个电石装载车和滑行轨道，余热回收通道的内部空腔内设置有滑行轨道，所述电石装载车沿滑行轨道移动，相邻余热集中回收通道间设置有保温通道，余热回收通道的前端包围电石炉，电石炉直接将熔融电石排放到余热回收通道内的电石装载车上，所述余热集中回收通道上的前部安装流体泵，后部安装储热装置。

优选地，所述高温电石余热回收及储热装置还包括PLC智能控制中心，其用于控制整个系统的运行。

优选地，多个集中回收通道按吸热温度从前至后依次为高温余热回收区域、中温余热回收区域和低温余热回收区域，其中通过低温余热回收区域的电石温度已经较低，通过塔吊7完成可移动电石装载车满装载物车厢与空车厢的更换。

优选地，多个可移动电石装载车之间通过耦合锁链连接，能够实现更换，单独的可移动电石装载车包括底座和车厢，车厢与底座之间通过卡扣结构连接，其卡扣呈倒V字型，车厢与底座之间的卡扣紧和程度与电石温度相关，当电石温度降到额定限度之前，塔吊能够完成直接的满装车厢与空载车厢更换。

优选地，所述余热集中回收通道为多层结构，包括外侧支撑骨架、保温层、流动传热盘管、吸热层和吸热板，所述外侧支撑骨架、保温层、流动传热盘管、吸热层和吸热板从外向内依次设置。

优选地，所述外侧支撑骨架截面呈长方形，采用混凝土构建，起整体装置的支撑作用；所述吸热板与垂直方向呈2°-5°夹角，所以余热集中回收通道的空腔为倒梯形截面，上端窄，下端宽。

优选地，所述流动传热盘管为由多支圆柱形钢管并通连接，蛇形排列，前段进口位于前端盖处，后端出口位于后端盖处。

优选地，所述吸热板倾斜设置，采用金属材质，靠近电石侧涂有一层高吸收低反射特性的热辐射复合材料涂层，能够吸收来自高温电石更多的热量，以减少热能的损失。

优选的，所述储热装置安置于余热集中回收通道上端，储热装置包括固定式储热罐和移动式储热集装箱。

优选地，所述储热装置通过快接阀门接头与余热集中回收通道内的流动传热盘管相连，当移动式储热集装箱内热量达到限定额度后，利用快接阀门接头实现传热流体的快速切断和装置拆卸，依靠塔吊更换满额储热装置和空储热装置的更换。

优选的，所述流体泵用于传输传热介质，吸收移动电石装载车内高温电石散发的热量，将其存储到储热装置中。

优选地，所述余热集中回收通道的前端盖和后端盖内并无流动传热盘管，其结构从下到上可分为反射层、保温层和支撑层，其中反射层为低导热率的薄板并涂有一层高反射低吸收涂料以更少的吸收来自电石的热辐射。

本发明所述的高温电石余热回收及储热装置的有益效果为：

1、本发明所设计的高温电石余热回收及储热装置，其循环余热回收通道位于地下，相较于传统的地上余热利用设备，能够最大程度减少热量的散失，充分利用工厂有限的空间。

2、该发明中多层结构的余热集中回收通道，配合内部倾斜设计的空腔，能够进一步的提高传热过程中热量的利用效率。

3、本发明根据不同的应用场景将余热进行利用，选择储热装置，特别是移动式储热装置，实现储热容量的调节，提高装置适用范围。

4、本发明的整体设备是基于智能PLC控制中心完成相关的运行，提高的工作效率，降低了人工接触高温可能面临的危险。

5、该发明各组成部件可模块化生产，组装、更换便捷，经济投资成本降低。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

在附图中：

图1为本发明所述的一种高温电石余热回收及储热装置的系统工艺简图；

图2为本发明中单个余热回收通道及储热装置的结构简图；

图3为本发明中余热集中回收通道的横截面示意图；

图4为本发明中余热集中回收通道的多层结构示意图；

图中：1-电石炉；2-余热回收通道；3-可移动电石装载车；3-1-车厢；3-2-底座；4-储热装置；5-余热集中回收通道；6-保温通道；7-塔吊；8-PLC智能控制中心；9-分流管；10-流体泵；11-前端盖；12-后端盖；13-移动式储热集装箱；14-快接阀门接头；15-滑动轨道；16-外侧支撑骨架；17-保温层；18-传热流动盘管；19-吸热层；20-吸热板；21-盘管进口；22-盘管出口；23-移动式集装箱进料口。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述。显而易见，所描述的具体实施方案仅仅是本发明的一部分实施例，并不是全部的应用或设计内容。基于此，本领域的相关人员在没有做出创造性的设计前提下获得的其他实施方案，都属于本发明的保护范围。

具体实施方式一：参见图1-4说明本实施方式。本实施方式所述的高温电石余热回收及储热装置，包括位于地下的余热回收通道2和位于地上的储热装置4，余热回收通道2与储热装置4连接，

余热回收通道2包括电石炉1、多个余热集中回收通道5、多个保温通道6、多个电石装载车3和滑行轨道15，余热回收通道2的内部空腔内设置有滑行轨道15，所述电石装载车3沿滑行轨道15移动，相邻余热集中回收通道5间设置有保温通道6，余热回收通道2的前端包围电石炉1，电石炉1直接将熔融电石排放到余热回收通道2内的电石装载车3上，所述余热集中回收通道5上的前部安装流体泵10，后部安装储热装置4。

其中余热回收通道2位于地下，呈隧道式，可以将整个余热回收通道2分为余热集中回收通道5与保温通道6，整体为连续的，但对应每个集中回收通道5又是独立的单元。将多个集中回收通道5按吸热温度分为：高温余热回收区域、中温余热回收区域和低温余热回收区域。其中通过低温余热回收区域后的电石温度已经较低，通过塔吊7完成电石装载车3满装载物车厢与空车厢的更换。

余热集中回收通道5为多层结构，由外向内分别是：外层支撑骨架16、保温层17、流动传热盘管18、吸热层19与吸热板20，余热集中回收通道5的上端盖分为前端盖11与后端盖12两部分，两者的上表面均与地面齐平。余热集中回收通道5最外侧为外侧支撑骨架16，呈长方形，可采用混凝土构建；最内侧为吸热板20，与垂直方向呈一定角度(2°-5°)，所以余热集中回收通道5的空腔为倒梯形截面，上端窄，下端宽。

外层支撑骨架16与吸热板20之间存在流传传热盘管18，所述流传传热盘管18采用加厚的316不锈钢结构，多支(3-6)圆柱形钢管并通连接，蛇形排列，能够有效的抵抗传热介质的腐蚀，并降低流体的流动阻力，减少热量在盘管内的散失。

外侧支撑骨架16与盘管18之间填充有保温层17，以避免传热流体热量的损失，与内侧吸热板20之间填充有吸热层19，要求具有高导热率，以回收更多的电石余热。

倾斜的吸热板20能够吸收更多的热辐射，吸热板20采用全金属材质，靠近电石侧涂有一层高吸收低反射特性的热辐射复合材料涂层，能够吸收来自高温电石更多的热量，以减少热能的损失。

所述余热集中回收通道5的前端盖11一侧开有多个(3-6)圆孔，传热流动盘管18的进口21从圆孔伸出，通过分流管9与流体泵10相连，两者之间还存在流量计、温度传感器、压力表等设备，流体泵10可以分为空气泵(发电或供暖)和高温熔盐泵(储热)。传热介质的种类根据实际应用选择，可以为空气也可以为熔融盐。余热集中回收通道5的后端盖12上同样开有圆孔，根据实际的储热容量区分只开一侧或两侧均开，传热盘管18的出口22伸出后端盖12与储热装置4相连。

所述的传热盘管18出口与移动式储热集装箱13间通过快接阀门接头14相连。盘管18的出口通过法兰与一段保温处理良好的软管道相连，另一端为插入式快接阀门14，包括双螺旋转动阀门，手动夹持装置，接头主体等，同时该部分管道上同样设置有流量计、温度计。工作时，将快接阀门接头14插入到移动式储热集装箱13内，通过手动夹持装置进行固定和密封处理，转动双螺旋转动阀门，打开阀门或调整流量。当更换移动式储热集装箱时，先通过双螺旋转动阀门关闭传热介质，然后利用手动夹持装置进行快速的拆卸。

余热集中回收通道5的前端盖11上安置有流体泵10，为整个余热回收装置提供流动传热介质。流体泵10的出口通过阀门、流量计、分流管9、温度传感器、管道与余热集中回收通道5的进口相连；传热流动盘管18的出口通过保温良好的软接管道、流量计、温度表，借助快接阀门接头14与储热装置4相连。

所述的储热利用装置根据其应用可以分为两种：固定式储热罐(供暖及热水等)和移动式储热集装箱13(便携、移动储热)。固定式储热罐可以用来供应厂区的供暖、热水等实时生活保障需求。而移动式储热集装箱能够为热发电或者制热提供稳定的热源保证，调峰削谷，克服热量供应在时间、空间上的不稳定、不连续。移动式储热集装箱13上安置有温度传感器、流量计、阀门、储热量指示表，当储热集装箱13内的热量储满后，报警器发出警告，通过快接阀门接头14移除与传热流动盘管18的连接。当储热集装箱13达到限定额度后，通过塔吊7更换移动式储热集装箱13进行余热的充分利用。PCL智能控制中心8发出指令控制塔吊7完成对储热装置的更换。

所述的高温电石余热回收及储热利用装置，电石炉1直接将高温熔融的电石排放到位于地下的电石装载车3内。由于余热回收通道2完全位于地下，通过余热集中回收通道5和保温通道6，很大程度上减少了热量的散失。只有当电石经过高温余热回收区域、中温余热回收区域及低温余热回收区域后，温度降到利用的最低限额后，才与环境相接触，对应该部分的余热集中回收通道5内没有盘管18，上端没有端盖。

余热集中回收通道5的前端盖11和后端盖12内并无盘管，主要起支撑、保温作用。其结构从下到上可分为3层：a.反射层：低导热率的薄板并涂有一层高反射低吸收涂料以更少的吸收来自电石的热辐射；b.保温层：较厚的保温板；c.支撑层：较厚的金属钢板以支撑上部设备。

塔吊7安装设定的策略将低温的电石载物车厢吊起，安置到合适的位置，完成对装载车的车厢更换。

余热集中回收通道5内热空腔设置有滑动轨道15，轨道固定在空腔内侧，要求底层的支撑骨架16与吸热板20间设置支撑连接，以确保装置稳定。滑动轨道上安置有多个可移动的电石装载车3，装载车3依靠前段的动力牵引装置前行，根据PLC智能控制8中输出的命令完成相关的运行策略。

多个装载车3之间通过耦合锁链连接，能够实现更换。单独的可移动装载车3结构分为：滑动底座3-2和载物车厢3-1。车厢3-1与底座3-2之间通过卡扣结构连接，其卡扣呈倒V字型。车厢3-1卡扣与底座3-2之间的紧和程度与电石温度相关，当电石温度降到额定限度之前，塔吊7能够完成直接的满装车厢与空载车厢更换。

所述的高温电石余热回收及储热利用装置，整体的运行策略均基于PLC智能控制中心8，包括熔融电石的排放、移动装载车的运行速度与停留时间，流体泵的流量以及塔吊的运行等工作。工作人员也可以在控制中心远程手动的对相关的设备进行实施指令，保证设备的稳定运行。

本发明所述的高温电石余热回收及储热装置的工作原理：

工作时，电石炉1直接将高温熔融的电石排放到位于地下的余热回收通道2内的电石装载车3上，装载车3依靠其前段的动力牵引装置，沿着回收通道内部设置的滑行轨道15前行。此时安置于回收通道前端盖11上的流体泵10持续运行工作，源源不断的供应流动的传热流动介质。冷的传热介质从源头经出流体泵10、阀门被分流管分成多股，进入到传流流动盘管18中，沿着盘管18不断的循环流动。

此时回收通道空腔内的装载车3按照设定好的运行策略前行并做停留。电石发射的热辐射被回收的通道内热的吸热板20吸收，由于吸热板20与垂直方向呈一定的夹角，能够吸收更多的热辐射，另外在吸热板的内侧涂有一层高吸收低反射的吸热涂层，保证了热量的充分吸收，热量透过吸热板，经过吸热层19被流动传热盘管18内的介质吸收。传热介质吸收电石的余热由低温逐渐变为高温，最后从盘管18的末端输出，进入到储热装置4中。盘管末端22与移动式储热装箱13之间通过快接阀门接头14相连。盘管18末端伸出后端盖12，与保温良好的管道相连，管道的另一端为快接阀门接头14，相关结构为双螺旋阀门和手动夹持结构，直接插入到移动式储热集装箱内完成热量的存储。储热装置内填充有相变储热材料，流动的高温传热介质与相变材料之间进行换热，将热量存储到相变材料内温度降低，从装置的出口流出。此时电石装载车3连续不断的前行，使得对应位置的余热回收通道2存储固定温度范围的热量。当储热装置4内的热量储满时，报警器发出警告，PLC智能控制中心8发出指令，塔吊7进行工作更换空额的移动式储热集装箱13。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明。所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，还可以是上述各个实施方式记载的特征的合理组合，凡在本发明精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种高温电石余热回收及储热装置，其特征在于，包括位于地下的余热回收通道(2)和位于地上的储热装置(4)，余热回收通道(2)与储热装置(4)连接，为储热装置(4)供热，

余热回收通道(2)呈地下隧道式结构，包括电石炉(1)、多个余热集中回收通道(5)、多个保温通道(6)、多个可移动电石装载车(3)和滑行轨道(15)，余热回收通道(2)的内部空腔内设置有滑行轨道(15)，所述可移动电石装载车(3)沿滑行轨道(15)移动，相邻余热集中回收通道(5)间设置有保温通道(6)，余热回收通道(2)的前端包围电石炉(1)，电石炉(1)直接将熔融电石排放到余热回收通道(2)内的可移动电石装载车(3)上，所述余热集中回收通道(5)上的前部安装流体泵(10)，后部安装储热装置(4)。

2.根据权利要求1所述的高温电石余热回收及储热装置，其特征在于，所述高温电石余热回收及储热装置还包括PLC智能控制中心(8)，其用于控制整个系统的运行。

3.根据权利要求1所述的高温电石余热回收及储热装置，其特征在于，多个集中回收通道5按吸热温度从前至后依次为高温余热回收区域、中温余热回收区域和低温余热回收区域，其中通过低温余热回收区域的电石温度已经较低，通过塔吊(7)完成电石装载车(3)满装载物车厢与空车厢的更换。

4.根据权利要求3所述的高温电石余热回收及储热装置，其特征在于，多个可移动电石装载车(3)之间通过耦合锁链连接，能够实现更换，单独的可移动电石装载车(3)包括底座(3-2)和车厢(3-1)，车厢(3-1)与底座(3-2)之间通过卡扣结构连接，其卡扣呈倒V字型，车厢(3-1)与底座(3-2)之间的卡扣紧和程度与电石温度相关，当电石温度降到额定限度之前，塔吊(7)能够完成直接的满装车厢与空载车厢更换。

5.根据权利要求1所述的高温电石余热回收及储热装置，其特征在于，所述余热集中回收通道(5)为多层结构，由外向内依次包括：外侧支撑骨架(16)、保温层(17)、流动传热盘管(18)、吸热层(19)和吸热板(20)。

6.根据权利要求5所述的高温电石余热回收及储热装置，其特征在于，所述外侧支撑骨架(16)截面呈长方形，采用混凝土构建；所述吸热板(20)与垂直方向呈2°-5°夹角，所以余热集中回收通道(5)的空腔为倒梯形截面，上端窄，下端宽，以吸收更多的高温电石热量。

7.根据权利要求5所述的高温电石余热回收及储热装置，其特征在于，所述流动传热盘管(18)为由多支圆柱形钢管并通连接，蛇形排列，前段进口(21)位于前端盖(11)处，后端出口(22)位于后端盖(12)处。

8.根据权利要求5所述的高温电石余热回收及储热装置，其特征在于，所述吸热板(20)倾斜设置，采用金属材质，靠近电石侧涂有一层高吸收低反射特性的热辐射复合材料涂层，以减少热能的损失。

9.根据权利要求1所述的高温电石余热回收及储热装置，其特征在于，所述储热装置(4)安置于余热集中回收通道(5)上端，储热装置(4)包括固定式储热罐和移动式储热集装箱(14)。

10.根据权利要求9所述的高温电石余热回收及储热装置，其特征在于，所述储热装置(4)通过快接阀门接头(14)与余热集中回收通道(5)内的流动传热盘管(18)相连，当储热装置(4)内热量达到限定额度后，利用快接阀门接头(14)实现传热流体的快速切断和装置拆卸，依靠塔吊(7)更换满额储热装置和空储热装置的更换。

11.根据权利要求1所述的高温电石余热回收及储热装置，其特征在于依靠流体泵10传输传热介质，吸收可移动电石装载车(3)内高温电石散发的热量，将其存储到储热装置(4)中。

12.根据权利要求1所述的高温电石余热回收及储热装置，其特征在于，所述余热集中回收通道(5)的前端盖(11)和后端盖(12)内并无流动传热盘管(18)，其结构从下到上可分为反射层、保温层和支撑层，其中反射层为低导热率的薄板并涂有一层高反射低吸收涂料以更少的吸收来自电石的热辐射。

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