电石炉和制备电石的方法
技术领域
本发明涉及冶金领域,具体地,涉及一种电石炉,和利用电石炉制备电石的方法。
背景技术
电石是生产乙烯的主要原料,在工业中占据着十分重要的地位,电石生产是将一定比例的生石灰和兰炭(焦炭)混合通过送料装置和下料管将炉料送入电炉,电炉主要结构包括炉体和电极,电石炉工作时依靠通电后产生电弧,依靠电弧形成的高温加热炉料,使炉料达到化学反应所需热量,其中,电弧所发出高温能直接作用到的区域叫电弧作业区或熔池,该区域的位置在电极端头的下面直到炉底,传统的电石炉,其结构形式为圆形三相电极结构,三根电极呈正三角形布置在炉体内部,外部炉体为圆形,该形式电石炉结构缺点:炉内周边有很多电弧不能作用或者作用效果非常差的地方,即非熔池区域,使得这些地方的温度达不到反应要求,该区域炉料就不能或很难发生反应,由于热量分布差别太大,导致电石炉生产率低、电耗高,兰炭(焦炭)消耗量相对较大,成本高。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此,本发明的一个目的在于提出一种炉内热量分布均匀、结构简单的电石炉,利用该电石炉生产电石,电石生产成本显著降低。
因而,根据本发明的一个方面,本发明提供了一种电石炉。根据本发明的实施例,该电石炉包括:炉体,所述炉体内限定出电石生产空间;多个电极,所述多个电极从所述炉体的顶壁和/或侧壁嵌入到所述电石生产空间中,且适于向所述电石生产空间提供热量;以及多个喷枪,所述多个喷枪从所述炉体的顶壁和/或侧壁嵌入到所述电石生产空间中,且适于向所述电石生产空间中供给煤粉和氧气,以便使得所述煤粉和氧气燃烧产生热量向所述电石生产空间供热。
发明人惊奇的发现,通过在电石炉炉体的顶壁和侧壁的电极之间合理设置喷枪,向炉内喷吹氧气和煤粉,氧气和煤粉发生化学反应释放热量,热量可以传递到炉内周边有很多电弧不能作用或者作用效果非常差的地方,电石炉内热量分布均匀;电石生产电耗低,此外,喷入的煤粉还可以与电石发生还原反应,从而,兰炭(焦炭)使用量下降,电石生产成本低。
另外,根据本发明上述实施例的电石炉还可以具有如下附加的技术特征:
根据本发明的实施例,所述多个喷枪中的每一个均包括:壳体,所述壳体内限定出容纳空间;煤粉喷管,所述煤粉喷管设置在所述容纳空间中;多个氧气喷管,所述多个氧气喷管设置于所述容纳空间中,且所述多个氧气喷管沿所述煤粉喷管的周向分布;以及冷却水管道,所述冷却水管道设置在所述壳体的外壁上。由此,利用该喷枪,可以高效地向电石炉内提供氧气和煤粉,并且喷枪外壁的冷却水管道可以降低喷枪的温度,防止在炉体内因温度过高导致的喷枪使用寿命缩短。
根据本发明的实施例,所述电极***到所述电石生产空间中的长度可调。由此,可以根据需要调整电极的***长度,对物料进行充分加热。
根据本发明的实施例,所述壳体是由铜形成的。由此,喷枪导热性好,水冷效果好。
根据本发明的实施例,所述喷枪***到所述电石生产空间中的长度可调。由此,便于将喷枪***电石炉熔池上部的物料中。
根据本发明的实施例,所述喷枪的喷口与所述电石中心轴线的距离为所述喷枪的喷口所在处的电石炉的径向长度的2/3-5/6。由此,喷枪喷出的氧气和煤粉燃烧释放的热量分别与炉内周边有很多电弧不能作用或者作用效果非常差的地方,保证炉内热量分布均匀。
根据本发明的实施例,从所述炉体的顶壁嵌入到所述电石生产空间中的喷枪与所述电石炉顶壁之间的夹角为15~90度。由此,便于将喷枪***电石炉熔池上部的物料中。
根据本发明的实施例,从所述炉体的侧壁嵌入到所述电石生产空间中的喷枪与所述电石炉侧壁之间的夹角为15~90度。由此,便于将喷枪***电石炉熔池上部的物料中。
根据本发明的又一方面,本发明提供了一种利用前述电石炉制备电石的方法。根据本发明的实施例,该方法包括:将炉料加入电石生产空间中;利用多个电极对所述电石生产空间中的所述炉料进行加热;以及利用多个喷枪向所述电石生产空间中供给煤粉和氧气,使得所述煤粉和氧气燃烧,向所述电石生产空间供热,以便获得电石。
根据本发明的实施例,利用本发明的方法生产电石,电石生产电耗低,此外,喷入的煤粉还可以与电石发生还原反应,从而,兰炭(焦炭)使用量下降,电石生产成本低。
根据本发明的实施例,所述煤粉与所述氧气的比例为:1吨所述煤粉:(350-800)立方米所述氧气。由此,煤粉与氧气进行欠氧式燃烧,生成一氧化碳,提供电石生产所述的还原气氛。
本发明的电石炉相对于现有的电石炉,至少可以具有下列优点之一:
(1)炉内热量分布均匀。现有电石炉结构及生产工艺,吨电石耗电约3100kwh/t.电石,通过电极产生的高温弧光,炉内存在弧光不能到达的区域,该区域热量来源主要依靠炉料间传热,热量传递较慢,且热损失高。本发明通过在炉体的顶盖和/或侧壁设置喷枪,向炉内喷吹氧气和煤粉,喷吹过程氧煤燃烧产生热量可以辐射到弧光难以达到位置,相对传统电石炉,炉内热量分布更加均匀,电石冶炼能耗低,周期短,每吨电石的生产成本可降低120元-223元。
(2)利用本发明的电石炉生产电石,喷枪喷入的煤粉可以替代部分电石还原剂兰炭(或焦炭),电石还原剂的用量减少,电石生产成本下降。
(3)利用本发明的电石炉生产电石的过程可以与竖炉直接还原的过程相结合,实现双联产,电石炉产生的烟气经过除尘、洗涤、除湿、压缩、脱硫脱碳净化、加热炉加热至850-1000℃送竖炉,为竖炉生产提供热量和还原剂,年产90万吨电石的电石炉产生的烟气经处理后,可以满足28-36万吨DRI的竖炉生产的还原气的需求,节省看煤(天然气)制还原气***的投资,竖炉产品DRI的投资成本显著降低。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解,其中:
图1显示了根据本发明一个实施例的电石炉纵剖面的结构示意图;
图2显示了根据本发明一个实施例的喷***构示意图;
图3显示了根据本发明一个实施例的喷枪的俯视结构示意图;
图4显示了根据本发明一个实施例的制备电石的方法的流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,仅用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中,术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
根据本发明的一个方面,本发明提供了一种电石炉。下面参照图1描述根据本发明的实施例的电石炉。
根据本发明实施例的电石炉包括:电极100,喷枪200和炉体300,其中,炉体300内限定出电石生产空间;多个电极100从炉体300的顶壁和/或侧壁嵌入到电石生产空间400中,并向该电石生产空间提供热量;多个喷枪200从炉体300的顶壁和/或侧壁嵌入到电石生产空间中,并向电石生产空间400中供给煤粉和氧气,以便使得煤粉和氧气燃烧产生热量向电石生产空间400供热。
根据本发明的实施例,通过在电石炉炉体300的顶壁和侧壁的电极100之间合理设置喷枪200,向炉内喷吹氧气和煤粉,氧气和煤粉燃烧释放热量,热量可以传递到炉内周边有很多电弧不能作用或者作用效果非常差的地方,电石炉内热量分布均匀,可以部分取代电极供热,电石生产电耗低。并且氧气和煤粉燃烧生成的一氧化碳可以为竖炉提供还原气,同时,煤粉中的部分炭与氧化钙反应生成电石,降低了常用的价格较高的电石生产原料兰炭(焦炭)的用量,由此,利用本发明的电石炉可以低成本、高效地生产电石。
参照图2和3,根据本发明的具体实施例,每一个喷枪200均包括:壳体210,煤粉喷管220、氧气喷管230和冷却水管道240,其中,壳体210内限定出容纳空间;煤粉喷管220设置在该容纳空间中;多个氧气喷管230设置于该容纳空间中,且氧气喷管230沿煤粉喷管220的周向分布;冷却水管道240设置在壳体210的外壁上。根据本发明的实施例,喷枪200中的煤粉喷管220与高压煤粉料仓通过管道连接,氧气喷管210与氧气加压站通过高压氧气管道相连,喷枪200的前段设置阀门,当向炉内喷吹时,把煤粉管道、氧气管道和阀门打开,煤粉/氧气进入喷枪200,并在喷枪200的喷口处发生如下化学反应:
C+O2=CO+Q(1)
少量C+O2=CO2+Q(2)
C+CaO=CaC2+CO(3)
其中,式(1)和式(2)均为放热反应,放出热量用于加热炉料以降低电耗。煤粉中的部分炭与氧化钙发生还原反应,可以降低兰炭(焦炭)使用量,并且,燃烧产生热烟气经除尘、洗涤、除湿、压缩机压缩、脱硫脱碳、加热炉加热至800-1000℃后,可以送入竖炉,为竖炉直接还原提供热量和还原气,从而充分利用能源,提供经济效益。此外,由于电石炉内温度很高,喷枪200外壁的冷却水管道240可以降低喷枪的温度,防止炉体内温度过高导致的喷枪使用寿命缩短。
根据本发明的一些实施例,氧气喷管210的数目可以根据实验需要进行调整,如果需要还原气体,则氧气喷管210的数目少,煤粉进行欠氧燃烧;如果需要二氧化碳,则氧气喷管210的数目多,煤粉进行有氧燃烧,氧气喷管210与煤粉喷管220的位置关系如图3所示。
根据本发明的一些实施例,电极100***到电石生产空间中的长度可调。由此,可以根据物料的位置和熔池,调整电极的***长度,使电极***熔池的内部但不触及炉底,从而,对物料进行充分加热。
根据本发明的具体实施例,壳体210的材料为铜。铜导热性好,水冷效果好,使用寿命长。
根据本发明的一些实施例,喷枪200***到电石生产空间中的长度可调。由此,便于将喷枪***位于电石生产空间400底部的电石炉熔池410上部的物料中部,且不与熔池410接触,使燃烧的热量充分对物料进行加热,并增加煤粉与物料的接触,促进煤粉与物料反应生成电石,从而,降低电石生产中焦炭和兰炭的用量,生产成本低。
根据本发明的实施例,所述喷枪的喷口与所述电石中心轴线的距离为所述喷枪的喷口所在处的电石炉的径向长度的2/3-5/6。其中,径向长度是指自中心线沿径向向外延伸至与侧壁相交的径向线段的长度,喷口所在处的径向长度是指喷口所在的径向线段的长度。由此,喷枪喷出的氧气和煤粉燃烧释放的热量分别与炉内周边有很多电弧不能作用或者作用效果非常差的地方,保证炉内热量分布均匀。
根据本发明的实施例,从所述炉体的顶壁嵌入到所述电石生产空间中的喷枪与所述电石炉顶壁之间的夹角为15~90度。由此,便于根据炉内物料和电极的分布位置调整喷枪的角度,保证喷枪***电石炉熔池上部的物料中部,而不与熔池接触。
根据本发明的一些实施例,从炉体的侧壁嵌入到电石生产空间中的喷枪与电石炉侧壁之间的夹角为15~90度。由此,便于将喷枪***电石炉熔池上部的物料中。由此,便于根据炉内物料和电极的分布位置调整喷枪的角度,保证喷枪***电石炉熔池上部的物料中部,而不与熔池接触。
根据本发明的又一方面,本发明提供了一种利用前述电石炉制备电石的方法。参考图4,根据本发明的实施例,该方法包括:
S100:将炉料加入电石生产空间中。
S200:利用多个电极对所述电石生产空间中的所述炉料进行加热。
S300:利用多个喷枪向所述电石生产空间中供给煤粉和氧气,使得所述煤粉和氧气燃烧,向所述电石生产空间供热,以便获得电石。
根据本发明的实施例,利用本发明的方法生产电石,喷枪喷入的煤粉可以与电石发生还原反应,从而,兰炭(焦炭)使用量下降,电石生产成本低,并且煤粉燃烧释放大量热量,电石生产电耗低。
根据本发明的实施例,所述煤粉与所述氧气的比例为:1吨煤粉:(350-800)立方米氧气,其中,氧气为标准状态下的氧气。由此,煤粉与氧气进行欠氧式燃烧,生成大量一氧化碳,使电石炉内处于还原气氛中,促进电石的还原反应进行,同时,燃烧产生热烟气经除尘、洗涤、除湿、压缩机压缩、脱硫脱碳、加热炉加热至800-1000℃后,可以送入竖炉,为竖炉直接还原提供热量及还原气,从而充分利用能源,提供经济效益。
下面参考具体实施例,对本发明进行说明,需要说明的是,这些实施例仅仅是说明性的,而不能理解为对本发明的限制。
实施例1:
本实施例中,电石炉的电极为三相电极,电极***熔池内部,且不触及炉底,可以产生电弧加热原料,电石炉的炉盖上安装3个喷枪,其中,一个喷枪位于三相电极的中心处,另外两个电极对称分布于三相电极的外部,距离电石炉水平界面圆心的2/3半径处,喷枪中的煤粉喷管与高压煤粉料仓通过管道连接,氧气喷管与氧气加压站通过高压氧气管道相连,冷却水管与水泵相连,喷枪的前段设置阀门,当向炉内喷吹时,把煤粉管道、氧气管道和阀门打开,煤粉/氧气进入喷枪,煤粉利用载气从喷枪中喷出,冷却水在喷枪外壁对喷枪进行降温。
当电石炉料装入电石炉内,调整电极和喷枪,使喷枪的喷口***熔池上部的炉料中间部,送电起弧,同时打开喷枪前阀门,进行氧煤混合喷吹,喷吹无烟煤末130kg/t.电石、氧耗为95NM3/t.电石,将熔池温度加热到2000-2200℃进行冶炼。传统电石生产电耗大约3100kwh/t.电石,当使用本发明的电石炉制备电石后,电耗降低至2700kwh/t.电石,生产成本降低175元/t.电石,同时,煤粉与氧气反应生成大量CO,使CO烟气量增加约200Nm3/t.电石,总烟气量约为600NM3/t,年产90万吨电石的电石炉所产生的烟气基本可以满足年产30万吨的DRI竖炉生产的还原气的需求。
实施例2
本实施例中,电石炉的电极为三相电极,电极***熔池内部,且不触及炉底,可以产生电弧加热原料,电石炉的炉盖上安装4个喷枪,其中,一个喷枪位于三相电极的中心处,另外三个电极均匀分布于三相电极的外部,距离电石炉水平界面圆心的5/6半径处,喷枪中的煤粉喷管与高压煤粉料仓通过管道连接,氧气喷管与氧气加压站通过高压氧气管道相连,冷却水管与水泵相连,喷枪的前段设置阀门,当向炉内喷吹时,把煤粉管道、氧气管道和阀门打开,煤粉/氧气进入喷枪,煤粉利用载气从喷枪中喷出,冷却水在喷枪外壁对喷枪进行降温。
当电石炉料装入电石炉内,调整电极和喷枪,使喷枪的喷口***熔池上部的炉料中间部,送电起弧,同时打开喷枪前阀门,进行氧煤混合喷吹,喷吹无烟煤末200kg/t.电石、氧耗为145NM3/t.电石,将熔池温度加热到2000-2200℃进行冶炼。传统电石生产电耗大约3100kwh/t.电石,当使用本发明的电石炉制备电石后,电耗降低至2550kwh/t.电石,生产成本降低223元/t.电石,同时,煤粉与氧气反应生成大量CO,使CO烟气量增加约300Nm3/t.电石,总烟气量约为700NM3/t,年产90万吨电石的电石炉所产生的烟气基本可以满足年产36万吨的直接还原铁(DRI)竖炉生产的还原气的需求。
实施例3
本实施例中,电石炉的电极为三相电极,电极***熔池内部,且不触及炉底,可以产生电弧加热原料,电石炉的炉盖和侧壁上共安装4个喷枪,其中,一个喷枪位于三相电极的中心处,另外三个电极均匀分布于侧壁高度1/2的水平圆周处,喷枪中的煤粉喷管与高压煤粉料仓通过管道连接,氧气喷管与氧气加压站通过高压氧气管道相连,冷却水管与水泵相连,喷枪的前段设置阀门,当向炉内喷吹时,把煤粉管道、氧气管道和阀门打开,煤粉/氧气进入喷枪,煤粉利用载气从喷枪中喷出,冷却水在喷枪外壁对喷枪进行降温。
当电石炉料装入电石炉内,调整电极和喷枪,使喷枪的喷口***熔池上部的炉料中间部,送电起弧,同时打开喷枪前阀门,进行氧煤混合喷吹,喷吹无烟煤末200kg/t.电石、氧耗为70NM3/t.电石,将熔池温度加热到2000-2200℃进行冶炼。
传统电石生产的电耗大约为3100kwh/t.电石,当使用本发明的电石炉制备电石后,电耗降低至2800kwh/t.电石,相对于传统的电石生产工艺,生产每吨电石,兰炭消耗减少95kg,生产成本降低120元,同时,煤粉与氧气反应生成大量CO,使CO烟气量增加约150Nm3/t.电石,总烟气量约为550NM3/,年产90万吨电石的电石炉,产生的烟气基本可以满足年产量为28万吨的DRI竖炉生产的还原气的需求。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,本领域的普通技术人员可以理解:在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由权利要求及其等同物限定。