用于炭素单体炉的蓄热式余热利用装置、系统及控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及工业余热利用设备，具体公开了一种用于炭素单体炉的蓄热式余热利用装置、系统及控制方法，所述装置包括壳体、设于壳体内的至少两个蓄热单元、管路、电捕焦油装置和控制系统；管路上设有两个四通换向阀，各蓄热单元适于通过各四通换向阀完成各蓄热单元的蓄热和放热；控制系统适于通过检测温度以控制各四通换向阀的开合和流量调节阀的开度；电捕焦油装置适于将低于设定温度的烟气或经过各蓄热单元的烟气进行分离。此外，本发明专利技术还公开了一种蓄热式余热利用系统和控制方法。本发明专利技术的蓄热式余热利用装置通过多个蓄热单元对高温烟气实现放热，同时能够对天然气和空气实现蓄热，能够对高温烟气进行有效利用，提高炭素单体炉的能源利用效率。

Regenerative waste heat utilization device, system and control method for carbon monomer furnace

【技术实现步骤摘要】
用于炭素单体炉的蓄热式余热利用装置、系统及控制方法
本专利技术涉及工业余热利用设备，具体地，涉及一种用于炭素单体炉的蓄热式余热利用装置。此外，本专利技术还涉及一种蓄热式余热利用系统和控制方法。
技术介绍
随着现代铝电解技术向大型化、高效化、节能化的方向发展，对铝电解槽的“心脏”—预焙炭素阳极生产要求也日趋提高。铝电解技术典型特点为阳极属消耗性阳极，因此在铝电解的过程中需要消耗大量的预焙阳极，故炭素行业也随之高速发展。预焙炭素阳极质量的好坏直接影响铝电解过程的电流效率、能耗等关键技术经济指标以及电解槽的稳定高效运行，而其生产工艺过程中最为关键的是焙烧过程，该工艺过程采用阳极焙烧炉进行焙烧，随着预焙炭素阳极生产要求也日趋提高，炭素单体焙炉应运而生，该单体炉以天然气为燃气，天然气与空气预混后在炉膛顶部燃烧，通过顶部风扇的驱动烟气向下运动加热炉膛内部坩埚中的炭素，换热后的烟气通过单体炉底部排出。相比于传统的多室环式焙烧炉在空间上设置预热带、焙烧带、冷却带的结构，炭素单体炉从时间上完成焙烧的温度划分，该特征致使排烟温度具有不均匀的特点。现有炭素单体炉的排烟温度在100℃～400℃之间变化，焙烧过程耗时长且烟气温度具有显著的阶段性特点。如果炉体的烟气未经处理直接排放到大气中，这既造成了能量浪费，也会造成环境污染。目前，工程上通常采用余热锅炉回收利用烟气余热，但其温度低且具有周期性波动的特征，导致回收过程中出现回收不稳定、余热利用效率低等现象。有鉴于此，需要提供一种用于炭素单体炉的蓄热式余热利用装置，以保证燃烧后的烟气的热量被再次利用，且利用后的烟气不会造成环境污染，并且性能稳定，余热利用率高。
技术实现思路
本专利技术一方面提供一种用于炭素单体炉的蓄热式余热利用装置，该余热利用装置余热利用率高，性能稳定。本专利技术第二方面还提供一种蓄热式余热利用系统，该系统能够按照比例对多种气体进行放热，利用率高，且性能稳定。本专利技术第三方面还提供一种蓄热式余热利用的控制方法，该控制方法能够实现对烟气余热的按需利用，利用率高。为了实现上述目的，本专利技术提供一种用于炭素单体炉的蓄热式余热利用装置，包括壳体、设于所述壳体内的至少两个蓄热单元、连接各所述蓄热单元的管路、电捕焦油装置和控制系统，所述管路包括烟气冷端管路和烟气热端管路，所述烟气冷端管路和所述烟气热端管路上均设有四通换向阀，各所述蓄热单元适于通过各所述四通换向阀完成各所述蓄热单元之间的蓄热和放热；所述控制系统适于通过检测温度以控制各所述四通换向阀的开合；所述电捕焦油装置适于将低于设定温度的烟气或经过各所述蓄热单元的烟气进行分离。作为本专利技术的一个具体地结构形式，所述蓄热单元包括蓄热体和设于所述蓄热体相对两端的蓄热体扩张端，其中一侧的所述蓄热体扩张端与所述烟气冷端管路连接，另一侧的所述蓄热体扩张端与所述烟气热端管路连接。更具体地，所述蓄热体为蜂窝陶瓷蓄热体。作为本专利技术的另一个具体的结构形式，所述烟气冷端管路包括连接各所述蓄热单元的冷端交替使用管路、烟气冷端出口管路和待预热气冷端管路，所述四通换向阀设于所述冷端交替使用管路上，所述烟气冷端出口管路的一端以及所述待预热气冷端管路的一端均与所述四通换向阀连接。作为本专利技术的又一个具体的结构形式，所述烟气热端管路包括设于与所述烟气冷端管路相对的一侧的热端交替使用管路、烟气热端进口管路和待预热气热端管路，所述热端交替使用管路的两端连接于不同的所述蓄热单元，所述四通换向阀设于所述热端交替使用管路上，所述烟气热端进口管路的一端以及所述待预热气热端管路的一端均与所述四通换向阀连接。作为本专利技术的一个优选实施方式，所述壳体包括中空结构的外壳、设于所述外壳腔体内的保温材料和与所述外壳内壁连接且能够将所述外壳内腔分隔为独立空间的壳体支撑板，所述外壳上相对的两侧侧面上设有所述管路能够通过的贯穿孔。作为本专利技术的另一个优选结构形式，所述控制系统包括测温装置、智能温控系统、设于所述烟气热端进口管路上的高温烟气阀和流量调节阀以及设于所述待预热气热端管路上的低温烟气阀，所述测温装置能够检测进入所述烟气热端管路的烟气温度，所述智能温控系统能够根据所述烟气温度控制所述高温烟气阀和所述低温烟气阀的开合。进一步地，本专利技术还提供一种用于炭素单体炉的蓄热式余热利用系统，包括低温烟气处理系统和高温烟气处理系统，所述低温烟气处理系统包括低温烟气阀和电捕焦油设备，所述高温烟气处理系统包括高温烟气阀、流量调节阀、电捕焦油设备和至少两个根据上述技术方案中任一项所述的蓄热式余热利用装置。优选地，根据f(x)的模型计算出经过所述流量调节阀烟气的流量配比：式中，T1为助燃空气进口温度，T3为天然气进口温度，T5为烟气温度，T设为烟气设定温度，ρ烟为烟气密度，ρ空为助燃空气密度，ρ燃为天然气密度，C烟为烟气比热容，C空为助燃空气比热容，C燃为天然气比热容，V烟1为进入第一个蓄热单元的烟气体积流量，V烟2为进入第二个蓄热单元的烟气体积流量，V空为助燃空气体积流量，V燃为天然气体积流量。本专利技术第三方面还提供一种用于炭素单体炉的蓄热式余热利用的控制方法，根据上述技术方案中所述的蓄热式余热利用装置，包括如下步骤：S01、检测烟气入口的温度，采集烟气温度信息；S02、将烟气温度与设定值比较，如果烟气温度低于设定值，则进行烟气和焦油沥青的分离处理，并分别排出废烟气和焦油沥青；如果烟气温度高于设定值，则对高温烟气进行放热处理，同时对燃烧气体进行预热；S03、对放热后的烟气进行烟气和焦油沥青的分离处理，并分别排出废烟气和焦油沥青，预热后的气体进入燃烧设备进行燃烧。通过上述技术方案，本专利技术的用于炭素单体炉的蓄热式余热利用装置包括壳体、设于所述壳体内的至少两个蓄热单元、连接各所述蓄热单元的管路、电捕焦油装置和控制系统，所述管路上设有两个四通换向阀，分别连接管路包括烟气冷端管路和烟气热端管路，烟气冷端管路和烟气热端管路和待预热气热端管路、烟气热端管路和待预热气冷端管路上均设有四通换向阀所述控制系统适于通过检测温度以控制各所述四通换向阀的开合和流量调节阀的开度；所述电捕焦油装置适于将低于设定温度的烟气或经过各所述蓄热单元的烟气进行分离。本专利技术的用于炭素单体炉的蓄热式余热利用装置将燃烧后的温度高于设定温度的废弃烟气引入其中一个蓄热单元进行放热，同时在另一个蓄热单元中引入天然气或空气，对天然气和空气进行蓄热，并对放热后的烟气进行烟气和焦油沥青的分离处理。另外，本专利技术的蓄热式余热利用系统，通过设置至少两个蓄热式余热利用装置同时对天然气和空气按一定比例分配后进行蓄热，提高装置使用效率，且蓄热和放热性能稳定，分离处理后的烟气不会造成环境污染。有关本专利技术的其他优点以及优选实施方式的技术效果，将在下文的具体实施方式中进一步说明。附图说明图1是本专利技术的蓄热式余热利用装置的一个实施例的结构示意图；图2是图1的A处结构放大示意图。图3是图1的B处结构放大示意图；图4是图1的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于炭素单体炉的蓄热式余热利用装置，其特征在于，包括壳体(1)、设于所述壳体(1)内的至少两个蓄热单元(2)、连接各所述蓄热单元(2)的管路(3)、电捕焦油装置(4)和控制系统，所述管路(3)包括烟气冷端管路(301)和烟气热端管路(302)，所述烟气冷端管路(301)和所述烟气热端管路(302)上均设有四通换向阀(303)，各所述蓄热单元(2)适于通过各所述四通换向阀(303)完成各所述蓄热单元(2)之间的蓄热和放热；/n所述控制系统适于通过检测温度以控制各所述四通换向阀(303)的开合；/n所述电捕焦油装置(4)适于将低于设定温度的烟气或经过各所述蓄热单元(2)的烟气进行分离。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于炭素单体炉的蓄热式余热利用装置，其特征在于，包括壳体(1)、设于所述壳体(1)内的至少两个蓄热单元(2)、连接各所述蓄热单元(2)的管路(3)、电捕焦油装置(4)和控制系统，所述管路(3)包括烟气冷端管路(301)和烟气热端管路(302)，所述烟气冷端管路(301)和所述烟气热端管路(302)上均设有四通换向阀(303)，各所述蓄热单元(2)适于通过各所述四通换向阀(303)完成各所述蓄热单元(2)之间的蓄热和放热；
所述控制系统适于通过检测温度以控制各所述四通换向阀(303)的开合；
所述电捕焦油装置(4)适于将低于设定温度的烟气或经过各所述蓄热单元(2)的烟气进行分离。


2.根据权利要求1所述的用于炭素单体炉的蓄热式余热利用装置，其特征在于，所述蓄热单元(2)包括蓄热体(201)和设于所述蓄热体(201)相对两端的蓄热体扩张端(202)，其中一侧的所述蓄热体扩张端(202)与所述烟气冷端管路(301)连接，另一侧的所述蓄热体扩张端(202)与所述烟气热端管路(302)连接。


3.根据权利要求2所述的用于炭素单体炉的蓄热式余热利用装置，其特征在于，所述蓄热体(201)为蜂窝陶瓷蓄热体。


4.根据权利要求1所述的用于炭素单体炉的蓄热式余热利用装置，其特征在于，所述烟气冷端管路(301)包括连接各所述蓄热单元(2)的冷端交替使用管路(301a)、烟气冷端出口管路(301b)和待预热气冷端管路(301c)，所述四通换向阀(303)设于所述冷端交替使用管路(301a)上，所述烟气冷端出口管路(301b)的一端以及所述待预热气冷端管路(301c)的一端均与所述四通换向阀(303)连接。


5.根据权利要求1所述的用于炭素单体炉的蓄热式余热利用装置，其特征在于，所述烟气热端管路(302)包括设于与所述烟气冷端管路(301)相对的一侧的热端交替使用管路(302a)、烟气热端进口管路(302b)和待预热气热端管路(302c)，所述热端交替使用管路(302a)的两端连接于不同的所述蓄热单元(2)，所述四通换向阀(303)设于所述热端交替使用管路(302a)上，所述烟气热端进口管路(302b)的一端以及所述待预热气热端管路(302c)的一端均与所述四通换向阀(303)连接。


6.根据权利要求1所述的用于炭素单体炉的蓄热式余热利用装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖胜明，郑思洋，饶政华，刘刚，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43