电石厂熔融电石冷凝过程中的余热利用方法及其系统与流程

本发明涉及一种余热利用方法及其系统，更具体地涉及一种电石厂熔融电石冷凝过程中的余热利用方法及其系统。

背景技术：

电石厂生产的电石是由熔融态经自然冷却至固态后转入后续生产工序的，电石生产工艺过程中，电石出炉方式是间断进行的。出炉时，运输小车装载着电石锅行进到电石出炉口，熔融的电石由电石炉嘴引入到电石锅中，此时的熔融态电石温度在2000℃左右，出炉完成后，运输小车编组将装载熔融态电石的电石锅拖运至冷却车间进行自然冷却，温度降至400℃左右时，熔融态电石凝固成型，由电石锅中卸出，转运至存放车间继续冷却。熔融态电石冷却过程为自然冷却，大量热能不能进行回收利用而全部散失，造成巨大的能源浪费。

传统的熔融电石的余热回收，主要有以下两类：

一类是通过牵引装置将装满熔融电石流的电石锅引到热量收集器中进行热量回收，比如中国专利cn201310251649.6所公开的熔融电石冷凝过程中的余热回收装置及余热回收方法，中国专利cn201110080034.2公开的熔融电石冷凝过程中的余热利用方法，都是采用这一思路。通过分析，可知这种余热回收方法存在的不足在于：热量收集器搭建复杂、体积庞大，增加成本。

另一类则是通过改造电石锅的结构，如中国专利cn201120489712.6所公开的一种电石显热回收利用装置，其中就是通过改造电石锅为双层结构，并在其间布置热交换层来实现余热回收的。

但是，上面的两种熔融电石的余热回收的方法，原理均是采用风(冷空气)作为换热介质，使熔融态电石通过风来冷却，获得的热风再通过热交换设备，使热交换设备产生出热水、蒸汽(饱和或过热)或其他高温有机工质供生产、生活使用。而采用风(冷空气)作为换热介质，需要先后两次(或多次)换热，才能将熔融态电石的显热吸收。因此，在热量转换过程中存在不少的能量损失(尾气排放散失、设备自身耗能等)。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的不足，提供一种电石厂熔融电石冷凝过程中的余热利用方法，其改变现有的换热介质(风/冷空气)，采用储热介质熔盐进行熔融电石冷凝过程中的余热吸收，避免风/冷空气这种热交换介质输送的能源消耗，有效地提高了热交换效率。

为实现上述的技术目的，本发明将采取如下的技术方案：

一种电石厂熔融电石冷凝过程中的余热利用系统，包括控制装置、检测装置、长圆形轨道、运输小车编组、储热站以及电石料仓；其中：

长圆形轨道布置在电石炉的外围，而储热站以及电石料仓布置在长圆形轨道的外侧；

运输小车可移动地安装在长圆形轨道上，且每一条运输小车编组均包括有驱动装置以及若干个运输小车；各运输小车串联形成直链状，并与驱动装置的动力输出端连接；

每一个运输小车的上方，均安装有一个电石锅，所述电石锅包括上端敞口设置的双层锅以及与双层锅锅口扣合的双层锅盖；双层锅、双层锅盖的夹层内安装有熔盐储热交换设备，熔盐储热交换设备的热交换介质为熔盐热交换介质；

检测装置包括位置检测装置以及温度检测器a、温度检测器b；

位置检测装置，用于实时检测运输小车编组的位置信息，并反馈至控制装置；

温度检测器a，感温头处于电石锅内，用于检测电石锅内温度信息，并反馈至控制装置；

温度检测器b，感温头与熔盐热交换介质接触，用于检测熔盐储热交换设备中熔盐热交换介质的温度信息，并反馈至控制装置；

控制装置根据位置检测装置所反馈的位置信息，自动控制驱动装置的启停；运输小车编组在驱动装置的动力驱动下，能够沿着长圆形轨道运行，并能够分别处于上料工位、静待换热工位、储热介质更换工位、下料工位；

当运输小车编组处于上料工位时，运输小车编组中的各运输小车，能够随着驱动装置的带动，从头车开始，步进地依次通过电石炉的炉嘴向双层锅中注入熔融电石流，直至注满尾车的双层锅；其中，所述的头车，指与驱动装置的动力输出端连接的第一辆运输小车，所述尾车，指与驱动装置的动力输出端相距最远的运输小车；

当运输小车编组处于静待换热工位时，灌装在双层锅中的熔融电石流与熔盐储热交换设备的冷态熔盐储热介质进行热交换，熔盐储热交换设备的冷态熔盐储热介质通过吸收熔融电石流的热量升温为热态熔盐储热介质，而双层锅中的熔融电石流与冷态熔盐储热介质的热交换而冷却凝固；控制装置根据温度检测器a反馈的温度信息来确定驱动装置的启停；当温度检测器a所反馈的双层锅中的温度信息与预设温度值t0a一致时，控制装置启动驱动装置，以带动运输小车编组运行，直至运输小车编组抵达储热介质更换工位；反之，运输小车编组一直处于静待换热工位进行熔融电石流与冷态熔盐储热介质的热交换；

当运输小车编组处于储热介质更换工位时，控制装置根据温度检测器b反馈的温度信息来确定熔盐储热交换设备的进口是否需要通过输送管与储热站中预存有冷态熔盐储热介质的储存罐a连通；当温度检测器b反馈的温度信息达到温度预设值t0b时，控制装置控制熔盐储热交换设备的进口通过输送管与储热站中预存有冷态熔盐储热介质的储存罐a连通，熔盐储热交换设备内的热态熔盐储热介质，在输送管所输送的冷态熔盐储热介质推动下，通过熔盐储热交换设备的出口，流至储热站的储存罐b中，直至熔盐储热交换设备内的热态熔盐储热介质完全置换为储存罐b的冷态熔盐储热介质；反之，运输小车编组直接经过储热介质更换工位，至下料工位；

当运输小车编组处于下料工位时，各电石锅内凝固的电石均能够卸料至电石料仓。

作为本发明的进一步改进，所述熔盐储热交换设备包括热交换腔；热交换腔包括设置于双层锅周向夹层的周向热交换腔、设置于双层锅底部夹层的底部热交换腔以及设置于双层锅盖夹层内的锅盖热交换腔；周向热交换腔、底部热交换腔贯通；周向热交换腔、底部热交换腔、锅盖热交换腔中均铺设有热交换管，热交换管与热交换腔的间隙内充填有熔盐储热介质。

作为本发明的进一步改进，所述双层锅盖，沿中部轴线对半剖分成两拱形扇面，每一个拱形扇面均与双层锅的锅口铰接，且两拱形扇面的剖分面之间通过一推动机构连接；

两拱形扇面的剖分面在推动机构的带动下，能够闭合或者打开。

作为本发明的进一步改进，所述双层锅呈锥形设置。

作为本发明的进一步改进，周向热交换腔内布置的蛇形换热管为由底及顶的渐开式螺旋结构。

作为本发明的进一步改进，底部热交换腔内布置的蛇形换热管为排列式蛇形管。

本发明的另一个技术目的是提供一种电石厂熔融电石冷凝过程中的余热利用方法，包括以下步骤：

(1)上料

当运输小车编组处于上料工位时，将电石炉内的熔融电石流，通过电石炉的炉嘴，按照电石炉外围长圆形轨道上步进运行的运输小车编组中各运输小车的运行方向，依次注入各运输小车的电石锅中；运输小车编组的步进长度为相邻两辆运输小车中心点之间的直线长度；运输小车编组的停靠时长与电石锅中熔融电石流的罐装时长一致；

(2)冷却：

当运输小车编组处于静待换热工位时，将罐装有熔融电石流的运输小车编组沿长圆形轨道移至静待换热工位，灌装在双层锅中的熔融电石流与熔盐储热交换设备的冷态熔盐储热介质进行热交换，熔盐储热交换设备的冷态熔盐储热介质通过吸收熔融电石流的热量升温为热态熔盐储热介质，而双层锅中的熔融电石流与冷态熔盐储热介质的热交换而冷却凝固；

控制装置根据温度检测器a反馈的温度信息来确定驱动装置的启停；当温度检测器a所反馈的双层锅中的温度信息与预设温度值t0a一致时，控制装置启动驱动装置，以带动运输小车编组运行，直至运输小车编组抵达储热介质更换工位；反之，运输小车编组一直处于静待换热工位进行熔融电石流与冷态熔盐储热介质的热交换；

(3)置换

当运输小车编组处于储热介质更换工位时，控制装置根据温度检测器b反馈的温度信息来确定熔盐储热交换设备的进口是否需要通过输送管与储热站中预存有冷态熔盐储热介质的储存罐a连通；当温度检测器b反馈的温度信息达到温度预设值t0b时，控制装置控制熔盐储热交换设备的进口通过输送管与储热站中预存有冷态熔盐储热介质的储存罐a连通，熔盐储热交换设备内的热态熔盐储热介质，在输送管所输送的冷态熔盐储热介质推动下，通过熔盐储热交换设备的出口，流至储热站的储存罐b中，直至熔盐储热交换设备内的热态熔盐储热介质完全置换为储存罐b的冷态熔盐储热介质；反之，运输小车编组直接经过储热介质更换工位，至下料工位；

(4)卸料

当运输小车编组处于下料工位时，各电石锅内凝固的电石均能够卸料至电石料仓。

进一步地，当运输小车编组处于上料工位时，控制装置控制推动机构作动，促使两拱形扇面的剖分面闭合或者打开；

当两拱形扇面的剖分面打开时，电石炉内的熔融电石流，通过电石炉的炉嘴注入对应的电石锅中；当电石锅中注入的熔融电石流达到预设量时，截断电石炉的炉嘴，并控制推动机构带动两拱形扇面的剖分面闭合。

根据上述的技术方案，相对于现有技术，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明不需要采用风(冷空气)作为换热介质，进行两次(或多次)换热，直接将熔融电石中蕴含的热量转移到储热介质中，提高了热交换效率

2、本发明的热交换设备，在电石锅圆形口上方设有呈对称拱形扇面的往复曲折的换热管组，所述呈对称拱形扇面可开启和合闭。电石锅内注入熔融电石时，所述拱形扇面合闭，避免了电石锅内的热量向外辐射，进而造成热量的散失浪费。

3、本发明的检测与控制系统实现了运输小车编组的程序化运行，实现了熔融电石与储热介质热交换速度的可控性，降低了电石生产车间的劳动强度，优化了电石生产车间的作业环境。

附图说明

图1为本发明电石厂熔融电石冷凝过程中的余热利用方系统的结构示意图；

图2为图1中的熔盐储热交换设备的剖视图；

图中：1.电石炉，2.炉嘴，3.电石锅，4.运输小车，5.驱动装置，6.运输小车编组，7.长圆形轨道，8.储热站，9.熔盐储热交换设备，10.电石料仓，11.换热管a，12.拱形扇面，13.换热管b。

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。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。除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)。

如图1、图2所示，本发明所述的电石厂熔融电石冷凝过程中的余热利用系统，包括控制装置、检测装置、长圆形轨道、运输小车编组、储热站以及电石料仓；其中：

长圆形轨道布置在电石炉的外围，而储热站以及电石料仓布置在长圆形轨道的外侧；

运输小车可移动地安装在长圆形轨道上，且每一条运输小车编组均包括有驱动装置以及若干个运输小车；各运输小车串联形成直链状，并与驱动装置的动力输出端连接；驱动装置可以采用电机驱动。

每一个运输小车的上方，均安装有一个电石锅，所述电石锅包括上端敞口设置的双层锅以及与双层锅锅口扣合的双层锅盖；双层锅、双层锅盖的夹层内安装有熔盐储热交换设备，熔盐储热交换设备的热交换介质为熔盐热交换介质；

检测装置包括位置检测装置以及温度检测器a、温度检测器b；

位置检测装置，用于实时检测运输小车编组的位置信息，并反馈至控制装置；

温度检测器a，感温头处于电石锅内，用于检测电石锅内温度信息，并反馈至控制装置；

温度检测器b，感温头与熔盐热交换介质接触，用于检测熔盐储热交换设备中熔盐热交换介质的温度信息，并反馈至控制装置；

控制装置根据位置检测装置所反馈的位置信息，自动控制驱动装置的启停；运输小车编组在驱动装置的动力驱动下，能够沿着长圆形轨道运行，并能够分别处于上料工位、静待换热工位、储热介质更换工位、下料工位；

当运输小车编组处于上料工位时，运输小车编组中的各运输小车，能够随着驱动装置的带动，从头车开始，步进地依次通过电石炉的炉嘴向双层锅中注入熔融电石流，直至注满尾车的双层锅；其中，所述的头车，指与驱动装置的动力输出端连接的第一辆运输小车，所述尾车，指与驱动装置的动力输出端相距最远的运输小车；

当运输小车编组处于静待换热工位时，灌装在双层锅中的熔融电石流与熔盐储热交换设备的冷态熔盐储热介质进行热交换，熔盐储热交换设备的冷态熔盐储热介质通过吸收熔融电石流的热量升温为热态熔盐储热介质，而双层锅中的熔融电石流与冷态熔盐储热介质的热交换而冷却凝固；控制装置根据温度检测器a反馈的温度信息来确定驱动装置的启停；当温度检测器a所反馈的双层锅中的温度信息与预设温度值t0a一致时，控制装置启动驱动装置，以带动运输小车编组运行，直至运输小车编组抵达储热介质更换工位；反之，运输小车编组一直处于静待换热工位进行熔融电石流与冷态熔盐储热介质的热交换；

当运输小车编组处于储热介质更换工位时，控制装置根据温度检测器b反馈的温度信息来确定熔盐储热交换设备的进口是否需要通过输送管与储热站中预存有冷态熔盐储热介质的储存罐a连通；当温度检测器b反馈的温度信息达到温度预设值t0b时，控制装置控制熔盐储热交换设备的进口通过输送管与储热站中预存有冷态熔盐储热介质的储存罐a连通，熔盐储热交换设备内的热态熔盐储热介质，在输送管所输送的冷态熔盐储热介质推动下，通过熔盐储热交换设备的出口，流至储热站的储存罐b中，直至熔盐储热交换设备内的热态熔盐储热介质完全置换为储存罐b的冷态熔盐储热介质；反之，运输小车编组直接经过储热介质更换工位，至下料工位；

当运输小车编组处于下料工位时，各电石锅内凝固的电石均能够卸料至电石料仓。

作为本发明的进一步改进，所述熔盐储热交换设备包括热交换腔；热交换腔包括设置于双层锅周向夹层的周向热交换腔、设置于双层锅底部夹层的底部热交换腔以及设置于双层锅盖夹层内的锅盖热交换腔；周向热交换腔、底部热交换腔贯通；周向热交换腔、底部热交换腔、锅盖热交换腔中均铺设有热交换管，热交换管与热交换腔的间隙内充填有熔盐储热介质。

作为本发明的进一步改进，所述双层锅盖，沿中部轴线对半剖分成两拱形扇面，每一个拱形扇面均与双层锅的锅口铰接，且两拱形扇面的剖分面之间通过一推动机构连接；推动机构可以采用气缸。两拱形扇面的剖分面在推动机构的带动下，能够闭合或者打开。

作为本发明的进一步改进，所述双层锅呈锥形设置。

作为本发明的进一步改进，周向热交换腔内布置的蛇形换热管为由底及顶的渐开式螺旋结构。

作为本发明的进一步改进，底部热交换腔内布置的蛇形换热管为排列式蛇形管。

本发明的另一个技术目的是提供一种电石厂熔融电石冷凝过程中的余热利用方法，包括以下步骤：

(1)上料

当运输小车编组处于上料工位时，将电石炉内的熔融电石流，通过电石炉的炉嘴，按照电石炉外围长圆形轨道上步进运行的运输小车编组中各运输小车的运行方向，依次注入各运输小车的电石锅中；运输小车编组的步进长度为相邻两辆运输小车中心点之间的直线长度；运输小车编组的停靠时长与电石锅中熔融电石流的罐装时长一致；

(2)冷却：

当运输小车编组处于静待换热工位时，将罐装有熔融电石流的运输小车编组沿长圆形轨道移至静待换热工位，灌装在双层锅中的熔融电石流与熔盐储热交换设备的冷态熔盐储热介质进行热交换，熔盐储热交换设备的冷态熔盐储热介质通过吸收熔融电石流的热量升温为热态熔盐储热介质，而双层锅中的熔融电石流与冷态熔盐储热介质的热交换而冷却凝固；

控制装置根据温度检测器a反馈的温度信息来确定驱动装置的启停；当温度检测器a所反馈的双层锅中的温度信息与预设温度值t0a一致时，控制装置启动驱动装置，以带动运输小车编组运行，直至运输小车编组抵达储热介质更换工位；反之，运输小车编组一直处于静待换热工位进行熔融电石流与冷态熔盐储热介质的热交换；

(3)置换

当运输小车编组处于储热介质更换工位时，控制装置根据温度检测器b反馈的温度信息来确定熔盐储热交换设备的进口是否需要通过输送管与储热站中预存有冷态熔盐储热介质的储存罐a连通；当温度检测器b反馈的温度信息达到温度预设值t0b时，控制装置控制熔盐储热交换设备的进口通过输送管与储热站中预存有冷态熔盐储热介质的储存罐a连通，熔盐储热交换设备内的热态熔盐储热介质，在输送管所输送的冷态熔盐储热介质推动下，通过熔盐储热交换设备的出口，流至储热站的储存罐b中，直至熔盐储热交换设备内的热态熔盐储热介质完全置换为储存罐b的冷态熔盐储热介质；反之，运输小车编组直接经过储热介质更换工位，至下料工位；

(4)卸料

当运输小车编组处于下料工位时，各电石锅内凝固的电石均能够卸料至电石料仓。

进一步地，当运输小车编组处于上料工位时，控制装置控制推动机构作动，促使两拱形扇面的剖分面闭合或者打开；

当两拱形扇面的剖分面打开时，电石炉内的熔融电石流，通过电石炉的炉嘴注入对应的电石锅中；当电石锅中注入的熔融电石流达到预设量时，截断电石炉的炉嘴，并控制推动机构带动两拱形扇面的剖分面闭合。

附图详细地说明了本发明的一个具体实施例。以下将详细地叙述这一实施例。

电石炉1通过炉嘴2将高温熔融态电石(熔融电石流)注入到电石锅3中(上料工位)，所述电石锅3固定于运输小车4上，所述运输小车4在长圆形轨道7上编组为运输小车编组6，驱动装置5牵引运输小车编组6行进，炉嘴2每注满一锅电石，运输小车编组6行进一段距离，这一段距离即为相邻两口电石锅3中心的长度。设置于运输小车编组6上的检测与控制系统，通过检测系统对运输小车编组6实时位置的检测并反馈信号给控制系统，运输小车编组6以炉嘴2为参照物点，实现自动行进与停靠，达到电石连续装锅的工业目的。

运输小车编组6装锅完成后，驱动装置5牵引运输小车编组6沿长圆形轨道7行进，并在长圆形轨道7预设位置(静待换热工位)驻停，此时电石锅3内高温熔融态电石与熔盐储热交换设备9进行充分热交换。当熔融态电石冷凝至预设温度时，检测系统反馈信号给控制系统，控制系统指令驱动装置5启动，牵引运输小车编组6行进并在顺序在储热站8停靠(储热介质更换工位)。在所述储热站8停靠时，熔盐储热交换设备9与储热站8对接，熔盐储热交换设备9内与熔融态电石热交换被加热的“热态”储热介质从所述熔盐储热交换设备9导出进入储热站8，同时，“冷态”储热介质从所述储热站8导入熔盐储热交换设备9。运输小车编组6在储热站8置换储热介质后，驱动装置5启动，牵引所述运输小车编组6沿长圆形轨道7行进并停靠于电石料仓10卸料(下料工位)，卸料完成后所述运输小车编组6再次行进，在电石炉嘴2预设位置停靠等待注入熔融态电石。

本发明中的熔盐储热交换设备9由均匀布置于所述电石锅3周边、底面往复曲折的换热管11及设置于电石锅3圆形口上方的呈对称拱形扇面12的往复曲折的换热管13共同构成，所述呈对称拱形扇面12可开启和合闭。电石锅3待注入熔融态电石时，所述对称拱形扇面12完全开启；注入熔融态电石时，所述对称拱形扇面12关闭。

上述熔融态电石装车编组运行的效果是将熔融态电石凝固过程中所散失的大部分热量回收利用，其方法是将“冷态”储热介质从储热站8导入热交换设备9，熔融态电石在凝固过程中散发出的热量被储热介质吸收，储热介质升温为“热态”，从熔盐储热交换设备9导出进入储热站8，供生产、生活使用。

综上所述，本发明具有以下特点：

根据电石生产间断的出炉方式，将从电石炉嘴引出的熔融态的电石注入到电石锅中，所述电石锅上设置热交换设备及检测与控制系统，热交换设备通过储热介质与熔融态电石进行热交换，检测与控制系统通过测点反馈信号数据支撑余热利用系统循环有序运行。

具体包括以下步骤：

(1)电石锅固定于运输小车上，所述运输小车在长圆形轨道上编组，电石炉嘴引出的熔融态的电石依次注入到运输小车上的电石锅中，设置于所述电石锅上的热交换设备通过储热介质与熔融态电石进行热交换；

(2)电石锅中的电石冷凝至设定温度时，设置于运输小车编组上的驱动装置启动，牵引所述运输小车编组沿长圆形轨道行进并停靠于储热站，在所述储热站依次将设置于所述电石锅上的熔盐储热交换设备中的吸收了高温熔融态电石的热量的储热介质导出并同时向热交换设备中导入“冷态”储热介质；

(3)运输小车编组在储热站置换储热介质后，驱动装置启动，牵引所述运输小车编组沿长圆形轨道行进并停靠于电石料仓卸料，卸料完成后所述运输小车编组再次行进，在电石炉嘴预设位置停靠等待注入熔融态电石，进行下一次热工循环。

所述检测系统包括用于运输小车编组实时位置检测的位置检测装置、用于电石锅内电石温度检测的温度检测器a及用于检测熔盐储热交换设备中储热介质温度的温度检测器b；所述控制系统对：运输小车编组运行轨迹进行实时控制、电石炉嘴阀门启闭的控制，热交换设备与储热站对接及对接完成时“热态”储热介质从所述热交换设备导出、“冷态”储热介质从所述储热站导入所述热交换设备的控制。

所述热交换设备由均匀布置于所述电石锅周边、底面往复曲折的换热管及设置于电石锅圆形口上方的呈对称拱形扇面的往复曲折的换热管共同构成，所述呈对称拱形扇面可开启和合闭。