一种用于电石显热回收发电的系统及方法

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1.本发明属于发电系统技术领域，涉及一种余热回收装置及方法，尤其是涉及一种用于电石显热回收发电的系统及方法。

背景技术：

2.电石工业生产的常用工艺为电热法，其过程为生石灰(cao)和焦炭(c)在埋弧式电炉电石炉内，在1800℃～2200℃的高温下反应制得，同时生成副产品一氧化碳。冶炼好的电石，每隔一小时左右从炉口出炉一次，熔融电石流入牵引小车上的电石锅内，并通过卷扬机、桥式起重机等运输设备将电石锅运输放置在“热锅预冷区”进行冷却降温，冷却两小时后，将电石砣从锅内吊出放置在冷却区继续冷却。在冷却过程中电石的温度由2000℃冷却到80℃，巨大的显热直接散失，造成严重的热能浪费，同时这部分热能散发到车间，污染了生产环境、提高了工作环境温度，给生产工人的身体造成了巨大的伤害，并且电石与空气中的氧气和氮气反应，极大地降低电石品质。
3.目前，国内关于电石热回收的资料基本处于空白，相关文献很少，在2014年之后集中出现了一系列专利。中国专利cn105066715b提供了一种电石冷却过程余热回收用的集热装置，采用隧道窑热回收技术路线的方案需要增设隧道窑，在电石锅置于隧道窑时换取热量。中国专利cn109084588b提供了一种用于电石显热发电的出炉系统，包括输送轨道、出炉车组、移动平台、机械手、牵引轨道、牵引车、卷扬机和隧道窑，可实现电石锅的连续运输置于隧道窑卸料和移出，降低电石输送过程的热量损耗。以上的设备都存在一个突出的问题，高温熔融电石暴露在空气中进行冷却，空气中的n2和o2与热态电石反应生成氰氨基化钙和氧化钙，降低了电石产品的质量。专利cn106276905b公开了一种熔融电石粒化方法，粒化过程所用冷却气体是氖或氩等惰性气体，一方面回收了热量，另一方面粒化后的电石无需再粉碎。然而，该方法使用氖或氩作为热交换的气体，用气成本较高，不利于降低企业生产成本。专利cn104792184a提供了一种在熔融态电石余热回收系统及方法，采用n2或co2对处于电石成型链和冷却链的热态电石进行冷却，之后使用高温气体加热蒸汽进行发电，然而该方法中的电石以大块固体方式进行冷却，难以保证其冷却速率，并且高温气体热能
→
热态蒸汽
→
电能的过程中能量损失较大，并且水的存在使得系统运行存在一定风险。专利cn106823774a和cn111100957a也有提到使用高温气体产生过热蒸汽发电的方法，但也存在上述安全问题。
4.因此，现在亟需一种安全平稳、运行成本低、结构紧凑、热回收效率高、电石质量稳定的用于电石显热回收发电的装置。

技术实现要素：

5.本发明目的是为了解决热态电石显热浪费的问题，提供一种用于电石显热回收发电的系统及方法，减小电石冷却破碎所需的占地面积，降低电石生产成本。
6.为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
7.本发明提供一种用于电石显热回收发电的系统，所述的装置包括喷吹粒化单元，冷却换热收料单元，发电单元和气体循环单元。
8.进一步地，所述的喷吹粒化单元依次包括电石出料口和高压喷吹装置；冷却换热收料单元依次包括冷却收料仓，冷却回转窑，大齿圈，传动底座，密闭循环收料装置和料车；发电单元依次包括压缩机，压力表，气体温度计，气体加热装置，轮机及发电机；气体循环单元依次包括气阀，余热回收装置，密封储气罐，气体减压装置；
9.其中，所述电石出料口位于高压喷吹装置的上方，所述电石出料口位于高压喷吹装置的出口处，且所述电石出料口和高压喷吹装置的出口均插入冷却收料仓的器壁一侧，所述冷却回转窑、大齿圈和传动底座均位于冷却收料仓内部，所述冷却回转窑位于高压喷吹装置的喷吹方向一侧，并安装于大齿圈和传动底座上，所述密闭循环收料装置的收料口伸入至冷却收料仓内，并设置在冷却回转窑出口的下侧，所述料车设置于密闭循环收料装置的出料口下方，所述的压缩机、压力表和气体温度计设置于冷却收料仓的出气管道上，所述气体加热装置、轮机和发电机均设置在压缩机之后，并且气体加热装置设置于轮机之前，所述余热回收装置与轮机的出气口连接，所述密封储气管设置于余热回收装置之后，并与气体减压装置连接。
10.进一步地，所述的喷吹粒化单元，冷却换热收料单元，发电单元和气体循环单元中的喷吹、冷却、循环气体均为co2。
11.进一步地，所述的高压喷吹装置的喷射角度与水平方向夹角为10
°
～60
°
，喷嘴出口压力为0.2mpa～2mpa。
12.进一步地，密闭循环收料装置设置有密封环，进行循环式地出料操作。
13.进一步地，所述的压缩机出口气体压力不低于7.8mpa。
14.进一步地，所述的轮机入口co2气体温度不低于600℃。
15.进一步地，所述的余热回收装置出口co2气体温度不高于150℃。
16.进一步地，所述的气体减压装置出口气体压力不高于0.15mpa。
17.进一步地，所述的压力表、气体温度计、气阀均与计算机连接，压力及温度数据实时传输至计算机，并自动控制气阀的打开与关闭。
18.本发明还提供一种用于电石显热回收发电的方法，包括以下步骤：
19.(1)电石熔体的粒化冷却：熔融态电石由电石出料口流出，经过其下方设置的高压喷吹装置喷出气体喷吹下形成电石颗粒，被低温co2气体快速冷却并落入冷却回转窑中，电石粒在回转窑中与低温co2气体持续进行热交换，然后落入密封循环收料装置，最终进入料车运输；
20.(2)低温co2气体与电石粒进行热交换后，通过压缩机加压后，经过气体温度计测温，若温度低于阈值，进入气体加热装置中升温，若温度高于阈值则直接通过轮机驱动发电机产生电能；
21.(3)通过轮机后的co2气体采用余热回收装置降温，经过气体减压装置降低压力后进入冷却收料仓中循环使用。
22.本发明有如下的有益效果：
23.本发明的电石显热回收发电装置与方法，具有电石产品质量稳定成品率高、运行成本低、结构紧凑、发电效率高等优点；
24.其一，电石在熔融状态下直接被喷吹为颗粒状，其传热速率得到极大提升的同时，原先冷却后在破碎的流程也可直接被省去，对降低企业生产成本大有裨益；
25.其二，使用co2作为冷却循环气体，与热态电石之间不发生化学反应，保证了电石产品的质量；
26.其三，co2气体与电石粒进行热交换后温度可达到600℃以上，经过压缩后可形成“超临界流体”，推动轮机转动而产生电能，该方法相较于加热蒸汽发电的能量转化环节少，因此其发电效
27.率与同等装机容量的蒸汽机组高3％～5％，并且体积只需蒸汽机组的5％左右；
28.其四，经过发电后的高温co2气体还可进行余热回收，使得显热得到最大程度的利用；
29.本发明为生产一线工人创造了一个低温、舒适、健康的良好工作环境，在电石工业系统中更好地应用和推广，前景十分可观。
30.当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。
附图说明
31.为了更清楚地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，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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它的附图。
32.图1为本发明一个实施例提供的用于电石显热回收发电的装置的结构图；
33.图中：101-电石出炉口；102-高压喷吹装置；201-冷却收料仓；202-冷却回转窑；203-大齿圈；204-传动底座；205-密闭循环收料装置；206-料车；301-压缩机；302-压力表；303-气体温度计；304-气体加热装置；305-轮机；306-发电机；307-控制计算机；401-气阀；402-余热回收装置；403-密封储气罐；404-气体减压装置。
具体实施方式
34.为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
35.应当明确，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。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它实施例，都属于本发明保护的范围。
36.在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
37.如图1所示，本发明提供一种用于电石显热回收发电的系统，所述的装置由喷吹粒化单元，冷却换热收料单元，发电单元和气体循环单元组成。
38.喷吹粒化单元包括电石出料口101和高压喷吹装置102。高压喷吹装置用于喷吹形成粒状电石，设置于电石出料口下方。
39.冷却换热收料单元包括冷却收料仓201，冷却回转窑202，大齿圈203，传动底座204，密闭循环收料装置205和料车206。冷却回转窑用于收集、冷却、运输电石颗粒，设置于
电石出料口与高压喷吹装置气体出口的一侧。大齿圈与传动底座用于推动冷却回转窑旋转，设置于冷区回转窑下方。密闭循环收料装置用于收集电石颗粒，设置于冷却回转窑出口下端。
40.发电单元包括压缩机301，压力表302，气体温度计303，气体加热装置304，轮机305，发电机306和控制计算机307。压缩机用于对co2气体加压至7.8mpa以上，气体加热装置用于加热co2气体，使其形成“超临界流体”，轮机旋转推动发电机产生电能，压缩机、气体加热装置、轮机、发电机依次连接，压力表和气体温度计与控制计算机连接，实时传输压力及温度信息并通过控制计算机调节不同气阀的打开与关闭。
41.气体循环单元包括气阀401，余热回收装置402，密封储气罐403，气体减压装置404。气阀用于控制管道中的co2气体是否进入气体加热装置、余热回收装置和密封储气罐，通过控制计算机调整气阀的打开或关闭。余热回收装置用于回收经过轮机后的高温co2气体的热量，将其温度降低至150℃以下，设置于轮机后端。密封储气管用于存储co2气体，并通过控制气阀的开关向循环系统中补充或缩减co2气体，设置于余热回收装置之后。气体减压装置用于降低冷却后的co2气体压力，使其压力低于0.15mpa，设置于冷却收料仓进气口前端。
42.高压喷吹装置的喷射角度与水平方向夹角为10
°
～60
°
，喷嘴出口压力为0.2mpa～2mpa；密闭循环收料装置设置有密封环，可进行循环式地出料操作；压缩机出口气体压力不低于7.8mpa；轮机入口co2气体温度不低于600℃；余热回收装置出口co2气体温度不高于150℃；气体减压装置出口气体压力不高于0.15mpa；压力表、气体温度计、气阀均与计算机连接，压力及温度数据实时传输至计算机，并自动控制气阀的打开与关闭。
43.本发明具体回收发电方法如下：
44.1、电石熔体的粒化冷却：熔融态电石由电石出料口流出，经过其下方设置的高压喷吹装置喷出的0.4mpa～1.5mpa的气体喷吹下形成电石颗粒，被低温co2气体快速冷却并落入冷却回转窑中，电石粒在回转窑中被低温co2气体持续进行热交换，然后落入密封循环收料装置，最终进入料车运输。
45.2、低温co2气体与电石粒进行热交换后，通过压缩机加压至0.78mpa以上，经过气体温度计测温，压力及温度数据实时传输至控制计算机，若温度低于600℃，控制计算机关闭气阀401-1，打开气阀401-2，使co2进入气体加热装置中升温，若温度高于600℃，控制计算机打开气阀401-1，关闭气阀401-2，使co2气体直接通过轮机，轮机旋转驱动发电机产生电能。
46.3、通过轮机后的co2气体被测温，若温度低于150℃，控制计算机打开气阀401-3，关闭气阀401-4，使co2进入气体减压装置，若温度高于150℃，控制计算机打开气阀401-4，关闭气阀401-3，使co2气体进入余热回收装置降温至150℃以下，经过气体减压装置降低压力后的使co2气体进入冷却收料仓中循环使用。
47.以上对本技术实施例所提供的一种用于电石显热回收发电的装置及方法，进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本技术的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本技术的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本技术的限制。
48.如在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员
应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求书当中所提及的“包含”、“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含/包括但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本技术的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本技术的一般原则为目的，并非用以限定本技术的范围。本技术的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。
49.还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。
50.应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
51.上述说明示出并描述了本技术的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本技术并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本技术的精神和范围，则都应在本技术所附权利要求书的保护范围内。

技术特征：

1.一种用于电石显热回收发电的系统，其特征在于，所述系统包括：喷吹粒化单元，用于将熔融态的电石粒化；冷却换热收料单元，用于电石颗粒冷却和co2气体加热；发电单元，用于将加热后的co2气体回收发电；气体循环单元，用于控制co2循环气体温度和压力；所述的喷吹粒化单元、冷却换热收料单元、发电单元和气体循环单元依次连接，所述喷吹粒化单元、冷却换热收料单元、发电单元和气体循环单元中的喷吹、冷却、发电、循环气体均为co2。2.根据权利要求1所述的一种用于电石显热回收发电的系统，其特征在于，所述的喷吹粒化单元包括电石出料口和高压喷吹装置；所述的冷却换热收料单元包括冷却收料仓、冷却回转窑、大齿圈、传动底座、密闭循环收料装置和料车；所述的发电单元包括压缩机、压力表、气体温度计、气体加热装置、轮机和发电机；所述的气体循环单元包括气阀、余热回收装置、密封储气罐和气体减压装置；其中：所述电石出料口位于高压喷吹装置的上方，所述电石出料口位于高压喷吹装置的出口处，且所述电石出料口和高压喷吹装置的出口均插入冷却收料仓的器壁一侧；所述冷却回转窑、大齿圈和传动底座均位于冷却收料仓内部，所述冷却回转窑位于高压喷吹装置的喷吹方向一侧，并安装于大齿圈和传动底座上，所述密闭循环收料装置的收料口伸入至冷却收料仓内，并设置在冷却回转窑出口的下侧，所述料车设置于密闭循环收料装置的出料口下方；所述压缩机、压力表和气体温度计设置于冷却收料仓的出气管道上，所述气体加热装置、轮机和发电机均设置在压缩机之后，并且气体加热装置设置于轮机之前；所述余热回收装置与轮机的出气口连接，所述密封储气管设置于余热回收装置之后，并与气体减压装置连接。3.根据权利要求2所述的一种用于电石显热回收发电的系统，其特征在于，所述的高压喷吹装置的喷射角度与水平方向夹角为10
°
～60
°
，喷嘴出口压力为0.2mpa～2mpa。4.根据权利要求2所述的一种用于电石显热回收发电的系统，其特征在于，密闭循环收料装置设置有密封环，进行循环式地出料操作。5.根据权利要求2所述的一种用于电石显热回收发电的系统，其特征在于，冷却回转窑的出口处的电石颗粒温度不高于200℃。6.根据权利要求2所述的一种用于电石显热回收发电的系统，其特征在于，所述的压缩机的出口处的气体压力不低于7.8mpa。7.根据权利要求2所述的一种用于电石显热回收发电的系统，其特征在于，所述的轮机的入口处的co2气体温度不低于600℃，所述的余热回收装置的出口处的co2气体温度不高于150℃。8.根据权利要求2所述的一种用于电石显热回收发电的系统，其特征在于，所述的气体减压装置的出口处的气体压力不高于0.15mpa。9.根据权利要求2所述的一种用于电石显热回收发电的系统，其特征在于，该系统还包
括控制计算机，所述的压力表、气体温度计和气阀均与控制计算机连接，压力及温度数据实时传输至计算机，并自动控制气阀的打开与关闭。10.一种用于电石显热回收发电的方法，包括上述权利要求1-9之一所述的一种用于电石显热回收发电的系统，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)电石熔体的粒化冷却：熔融态电石由电石出料口流出，经过其下方设置的高压喷吹装置喷出气体喷吹下形成电石颗粒，被低温co2气体快速冷却并落入冷却回转窑中，电石粒在回转窑中与低温co2气体持续进行热交换，然后落入密封循环收料装置，最终进入料车运输；(2)低温co2气体与电石粒进行热交换后，通过压缩机加压后，经过气体温度计测温，若温度低于阈值，进入气体加热装置中升温，若温度高于阈值则直接通过轮机驱动发电机产生电能；(3)通过轮机后的co2气体采用余热回收装置降温，经过气体减压装置降低压力后进入冷却收料仓中循环使用。

技术总结

本发明涉及一种用于电石显热回收发电的系统及方法，装置包括：用于熔融态电石粒化的喷吹粒化单元，用于电石颗粒冷却和CO2气体加热的冷却换热收料单元，用于CO2气体发电的发电单元和用于控制CO2循环气体温度和压力的气体循环单元组成。喷吹粒化单元依次包括电石出料口和高压喷吹装置；冷却换热收料单元依次包括冷却收料仓，冷却回转窑，大齿圈，传动底座，密闭循环收料装置和料车；发电单元依次包括压缩机，压力表，气体温度计，气体加热装置，轮机，发电机和控制计算机；气体循环单元依次包括气阀，余热回收装置，密封储气罐，气体减压装置。本发明提供一种用于电石显热回收发电的装置具有产品质量稳定、运行成本低、结构紧凑、发电效率高等优点。效率高等优点。效率高等优点。