[发明专利]用于炭素单体炉的蓄热式余热利用装置、系统及控制方法

说明书

本发明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，本发明还公开了一种蓄热式余热利用系统和控制方法。本发明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。

技术领域

本发明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，本发明还涉及一种蓄热式余热利用系统和控制方法。

背景技术

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。

发明内容

本发明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。

本发明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。

本发明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，本发明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。

作为本发明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。

作为本发明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。