電石砣余熱回收鍋搬運(yùn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用

張 虎 許曉燕 蘇 波 成慧翔

1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院

2.山西晉西集團(tuán)國營利民機(jī)械廠

3.山西三鼎液壓制造有限公司

0 前言

目前，電石是將焦炭和石灰粉碎，按配比混合均勻加入密閉式電石爐，通電加熱，在2 000～2 200℃下進(jìn)行還原反應(yīng)，生成熔融電石，將熔融電石自爐內(nèi)流入電石鍋冷卻。生成的電石由出爐口排出，用燒穿器打開爐口，熔融電石流到冷卻小車上的電石鍋內(nèi)。熔融電石在電石鍋內(nèi)用頂車機(jī)拉至走廊或包裝間進(jìn)行冷卻，電石砣凝固后，用橋式吊車或單抱鉗將電石砣吊出，放在鑄鐵地面上冷卻，冷卻到適度后將電石破碎到合格粒度，然后分等級(jí)進(jìn)行包裝，送入成品庫[1]。在此過程中，熔融電石冷卻時(shí)，目前多數(shù)企業(yè)采用的是將高溫電石置于空曠環(huán)境中自然冷卻，不僅浪費(fèi)熱量，而且對(duì)環(huán)境也造成了二次污染。雖有些企業(yè)采用的是密閉環(huán)境車間進(jìn)行冷卻，但是冷卻時(shí)間過長(zhǎng)，密閉環(huán)境對(duì)工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度又提出了新的考驗(yàn)[2]。

鑒于以上描述，本文從實(shí)際出發(fā)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)及與電石廠家的共同設(shè)計(jì)，開發(fā)出電石砣余熱回收鍋搬運(yùn)系統(tǒng)，對(duì)高溫電石的余熱進(jìn)行合理收集，用于烘干物料、制作蒸汽、發(fā)電等。

1 鍋搬運(yùn)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

如圖1所示為鍋搬運(yùn)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，設(shè)備組成主要有出爐裝載車組7組、牽車臺(tái)2臺(tái)、脫鉤機(jī)構(gòu)8臺(tái)、牽引車8臺(tái)、隧道窯6孔、軌道等。

圖1 總體設(shè)計(jì)方案

具體工作流程為：

1)2個(gè)裝載車組通過牽引車串聯(lián)在一起，串聯(lián)車組的首、尾兩端各連接一臺(tái)鋼絲繩小車并與原有鋼絲繩連接。鋼絲繩牽引串聯(lián)車組在軌道上往復(fù)運(yùn)行，將剛出完?duì)t的車組牽引至牽引臺(tái)軌道上。

2)脫鉤機(jī)構(gòu)拉動(dòng)自動(dòng)掛鉤鉤舌銷，使?fàn)恳≤嚺c電石裝載車組脫離。

3)牽車臺(tái)下部鎖閉裝置開啟，牽車臺(tái)帶上車組橫向運(yùn)行，當(dāng)其軌道與指定隧道窯軌道對(duì)齊時(shí)停止，牽車臺(tái)下部鎖閉裝置鎖閉，牽引車縱向運(yùn)行連接在車組上，并推動(dòng)車組使其進(jìn)入窯內(nèi)，隨后牽引車斷開與車組的連接，獨(dú)自回到初始位置。

4)牽車臺(tái)下部鎖閉裝置開啟，牽車臺(tái)繼續(xù)橫向運(yùn)行，當(dāng)其軌道與指定隧道窯軌道對(duì)齊時(shí)停止，牽車臺(tái)下部鎖閉裝置鎖閉，牽引車縱向運(yùn)行駛?cè)敫G內(nèi)，與窯內(nèi)車組連接后，將其拉出到牽車臺(tái)上，車組被拉至指定位置，然后牽引車斷開與車組的連接，獨(dú)自回到初始位置。

5)牽車臺(tái)下部鎖閉裝置開啟，牽車臺(tái)帶上車組回到初始位置，牽引車和鋼絲繩小車與牽車臺(tái)上車組連接，牽車臺(tái)下部鎖閉裝置鎖閉。

6)牽車臺(tái)上液壓缸伸出，頂起電石鍋頂桿，實(shí)現(xiàn)電石的頂起，行車吊走電石后，液壓缸復(fù)位，電石鍋頂桿回到初始位。

7)鋼絲繩牽引車組進(jìn)入下一個(gè)出爐循環(huán)。

8)正常情況下，隧道窯內(nèi)有5個(gè)帶電石的車組，1個(gè)為空隧道窯。電石在窯內(nèi)冷卻時(shí)，放出大量熱，迅速加熱空氣，通過設(shè)在窯頂?shù)墓艿?，抽出窯內(nèi)高溫氣體用于發(fā)電。

2 系統(tǒng)主要部件

1)裝載車組

裝載車組主要用于裝載熔融電石，如圖2所示。在電石鍋中，設(shè)置了電石頂桿和電石鍋底板，在電石冷卻后，由牽車臺(tái)上配置的液壓油缸，將電石頂桿、電石鍋底板連同電石頂起，便于行車將冷卻后的電石吊走。

圖2 裝載車組

2)牽車臺(tái)

牽車臺(tái)在整個(gè)鍋搬運(yùn)系統(tǒng)中起到重要的作用，如圖3所示中，包含有裝載車組軌道、頂鍋液壓系統(tǒng)、自身電器控制系統(tǒng)等。

在實(shí)際運(yùn)行中，牽車臺(tái)的運(yùn)行依靠自身配置的驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行。在牽車臺(tái)初始位置或到達(dá)隧道窯時(shí)，依靠車體鎖閉機(jī)構(gòu)進(jìn)行牽車臺(tái)的定位，保證其自身的穩(wěn)定。裝載車組到達(dá)牽車臺(tái)上后，依據(jù)限位傳感器的定位，使頂鍋油缸與裝載車組的電石頂桿對(duì)位，便于將冷卻后的電石頂起。

圖3 牽車臺(tái)

3 余熱回收技術(shù)

對(duì)于不同形態(tài)的余熱源，結(jié)合其溫度及其它的特性，對(duì)其余熱的回收，需采用不同的方法，但總體分為熱回收（直接利用熱能）和動(dòng)力回收（轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)力或電力后再用）兩大類。從回收技術(shù)難易程度看，利用余熱鍋爐回收氣、液的高溫余熱比較容易，回收低溫余熱則比較麻煩和困難。在回收余熱時(shí)，首先應(yīng)考慮到所回收余熱要用到何處和在經(jīng)濟(jì)上須合算，如為了回收余熱所消耗的設(shè)備投資甚多，而回收后的收益又不大時(shí)，得不償失。通常進(jìn)行回收余熱的原則是[3]：

1)對(duì)于排出高溫?zé)煔獾母鞣N熱設(shè)備，其余熱應(yīng)優(yōu)先由本設(shè)備或本系統(tǒng)加以利用。如預(yù)熱助燃空氣，預(yù)熱燃料或被加熱物體（工質(zhì)、工件），以提高本設(shè)備的熱效率，降低燃料消耗，“合理用能導(dǎo)則”為此規(guī)定了工業(yè)鍋爐的熱效率標(biāo)準(zhǔn)和排煙溫度標(biāo)準(zhǔn)。

2)在余熱、余能無法回收用于加熱設(shè)備本身，或用后仍有部分可回收時(shí)，應(yīng)利用來生產(chǎn)蒸汽或熱水，以及產(chǎn)生動(dòng)力等。

3)要根據(jù)余熱的種類、排出的情況、介質(zhì)溫度、數(shù)量及利用的可能性，進(jìn)行企業(yè)綜合熱效率及經(jīng)濟(jì)可行性分析，決定設(shè)置余熱回收利用的技術(shù)。

4)應(yīng)對(duì)須回收余熱的冷凝水，高低溫液體，固態(tài)高溫物體，可燃物和具有余壓的氣體、液體等的溫度，數(shù)量和范圍，制訂利用的具體管理標(biāo)準(zhǔn)[4]。

根據(jù)以上描述，結(jié)合電石余熱的特性，設(shè)計(jì)出如圖4所示的隧道窯進(jìn)行余熱回收。

圖4 隧道窯

窯墻采用耐火磚砌筑，外墻加保溫棉、紅磚。窯頂用硅酸鋁組塊吊平頂，梁上平鋪花紋板，窯頂四周設(shè)有護(hù)欄，在窯體一側(cè)有梯子可供安裝和檢修抽風(fēng)管和窯門使用。窯頭設(shè)上下插板式窯門，窯頭門和窯尾后墻下面都設(shè)有進(jìn)風(fēng)口，抽風(fēng)口設(shè)在窯頂上。

4 系統(tǒng)設(shè)備特點(diǎn)

該鍋搬運(yùn)系統(tǒng)通過中控操作，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)拉鍋、換鍋、余熱回收、行車自動(dòng)拔砣、碼垛、裝車等環(huán)節(jié)，能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)無人化作業(yè)，如圖5所示。

在中控室對(duì)整個(gè)鍋搬運(yùn)系統(tǒng)的過程進(jìn)行直觀的監(jiān)測(cè)，對(duì)電石余熱的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，并進(jìn)行記錄，便于對(duì)電石的冷卻程度進(jìn)行把控，同時(shí)為后期的余熱開發(fā)利用和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)施的優(yōu)化改進(jìn)提供可靠的依據(jù)，見圖6。

圖5 中控室操作界面

圖6 溫度檢測(cè)記錄界面

將以往的電石鍋兩側(cè)取消插板（避免插板開口處開裂，延長(zhǎng)鍋的使用壽命）[5]，鍋底中心開孔加裝電石鍋底板和電石頂桿，通過牽車臺(tái)上的頂鍋油缸將冷卻后的電石砣頂起，再由行車自動(dòng)吊走，此過程減少了以往熔融電石的外流。行車采用伺服電機(jī)對(duì)拔砣位置、碼垛位置和裝車位置精確定位，并通過中控臺(tái)自動(dòng)或手動(dòng)操作。

5 結(jié)論

本文從系統(tǒng)的組成和電氣的運(yùn)行上，對(duì)鍋搬運(yùn)系統(tǒng)進(jìn)行了闡述。系統(tǒng)投入運(yùn)行后，對(duì)電石生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境有了很大的改善，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，為企業(yè)節(jié)省了運(yùn)行成本。電石砣余熱回收鍋搬運(yùn)系統(tǒng)目前國內(nèi)已經(jīng)有少許廠家投入使用，對(duì)余熱回收后，用于物料烘干、制作蒸汽、發(fā)電等[6]，圖7為現(xiàn)場(chǎng)情景。

電石余熱的二次開發(fā)利用，使企業(yè)能源的合理利用有了新的思路，對(duì)企業(yè)能源運(yùn)行節(jié)省了成本，并有了二次收益，此系統(tǒng)是一舉多得的投入。隨著科技的發(fā)展，電石行業(yè)的發(fā)展也向著綠色，經(jīng)濟(jì)，智能化的方向逐步推進(jìn)，此系統(tǒng)的開發(fā)利用，希望能夠給電石行業(yè)的同行提供參考，并可在此系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，繼續(xù)不斷地增加和完善功能。

圖7 現(xiàn)場(chǎng)利用場(chǎng)景