一种火电厂电焙烧炉制石墨系统
技术领域
本申请涉及电焙烧制石墨技术领域，具体涉及一种火电厂内电焙烧炉生产石墨的系统。
背景技术
石墨化是指非石墨质碳经2000℃以上的热处理，使六角碳原子平面网状层堆叠结构完善发展，转变成具有石墨三维规则有序结构的石墨质碳的物理变化。石墨化的目的是为了提高碳材料的热、电传导性,提高碳材料的抗热震性和化学稳定性，使碳材料具有润滑性和抗磨性，并排除杂质，提高碳材料纯度。由于高纯散状石墨与煅后焦及电煅煤相比，具有较低的电阻率、硫分、灰分及挥发分，较高的真密度，且加工成本低，因此它广泛应用于冶金、机械、化工等行业,如电解铝用阴极碳块、炼钢用增碳剂、矿热炉用糊制品及碳电极、预焙阳极、航天飞机外壳、火箭内衬、火车及飞机刹车片、电力设备的电刷以及高温润滑与密封等。
碳材料的石墨化是在2200～3000℃高温下进行的，通常用电加热才能实现,传统生产高纯散状石墨的设备有艾奇逊(Acheson)石墨化炉等。艾奇逊石墨化炉为间歇式石墨化电炉，主要生产石墨电极，散状石墨是副产品。
但目前的电石墨化炉存在热效率低、电耗高，单位电耗为3800～4400kWh/t；另外，石墨化反应中产生的挥发份和烟气处理也是难题，随着国内环保节能要求的逐年提高，电石墨化炉新建项目立项和批复越来越难。
如果能够将电焙烧炉制石墨工艺与火电厂进行结合，不但可利用火电厂调峰低价电力，即满足电厂的调峰需求，同时降低电炉用电成本，而且电焙烧及塑型热压等工艺过程中产生的废水、废渣、废液和烟气，都在火电厂内利用现有设施处理，就可以极大降低电石墨化工艺的用能成本和环保投资。
发明内容
本申请要解决的问题是：满足电厂全年特别是非供热季深度调峰的同时，降低电石墨化工艺用电成本，增加火电厂的盈利能力。
为解决上述技术问题，本申请采取如下技术方案：
一种火电厂电焙烧炉制石墨系统，包括电厂发电模块，所述电厂发电模块设有煤粉锅炉、汽轮机和发电机，其特征在于，还包括送变电及供电模块、电焙烧炉，所述送变电及供电模块、电厂发电模块、电焙烧炉三者之间相互连接；所述电焙烧炉排放烟气送入煤粉锅炉的炉膛或烟道，烟气中的可燃气体在炉膛内燃烧，其他烟气及粉尘排入煤粉锅炉的烟气处理装置。
进一步的，所述系统还设置有调峰控制平台和蓄电池组，所述电焙烧炉联合蓄电池组利用火电厂灵活性调峰电力供电，所述调峰控制平台控制电焙烧炉耗电量、蓄电池组充电量的增加或减少响应电网对火电厂的调峰负荷需求。
进一步的，所述电焙烧炉包括加料口、电焙烧炉本体、上电极、下电极、排料管、排气管，所述上电极、下电极供电母线连接蓄电池组和送变电及供电模块。
进一步的，所述电焙烧炉的加料口添加的胚料来自胚料处理单元或外购胚料，所述胚料处理单元将石油焦、沥青焦、冶金焦、无烟煤、天然石墨或石墨碎中的任一个或组合处理成胚料。
进一步的，所述胚料处理单元经过筛选、制粉、混捏、成型、干燥、煅烧工艺制成胚料送入所述电焙烧炉。
进一步的，所述煅烧工艺由煅烧炉完成，所述煅烧炉产生的烟气或热解气，送入煤粉锅炉炉膛或烟道。
进一步的，所述胚料经过电焙烧炉的焙烧后，送入浸渍单元完成浸渍工艺后，再次送入电焙烧炉进行二次或多次焙烧。
进一步的，所述电焙烧炉在焙烧过程中，根据工艺要求，通入高温惰性气体或氮气作为环境气体。
进一步的，所述胚料处理单元的混捏、成型、干燥、煅烧工艺的预热、保温或加热采用火电厂电站锅炉高温烟气或锅炉及汽机抽取的高温蒸汽来加热。
进一步的，所述制石墨系统中的制粉工艺利用火电厂备用磨煤的球磨机来磨制生产石墨胚料的所用到的煤粉或焦粉粉料。
进一步的，所述电焙烧炉中的设置温度及功率监控设备，精确控制电焙烧炉功率，从而精确控制电焙烧炉内石墨化工艺的温度。
进一步的，所述制石墨系统在粉料制备、塑型热压、电煅烧、电焙烧等工艺过程中产生的废水、废渣、粉尘、烟气物质，利用火电厂内的处理设施进行无害化处理。
本申请的有益效果：
(1)本申请通过在火电厂内设置电焙烧炉，利用火电厂灵活性调峰的富余电力，变相利用弃风弃光弃水弃核电力进行电焙烧炉制石墨工艺，同时也能极大地降低电焙烧炉的用电成本；
(2)本申请利用电厂产生的高温烟气或蒸汽可对塑型热压或干燥及烧结工艺进行加热，降低整个系统的能源消耗；
(3)制石墨系统在粉料制备、塑型热压、电煅烧、电焙烧等工艺过程中产生的废水、废渣、粉尘、烟气等物质，都在火电厂内利用现有设施处理，降低电石墨化工艺的环保投资。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本申请所述实施例1的火电厂电焙烧炉制石墨系统的示意图。
图2为本申请所述实施例3的火电厂电焙烧炉制石墨系统的示意图。
附图标记说明
调峰控制平台-1、电网调度中心-101、电厂集控中心-102、送变电及供电模块-2、电厂发电模块-3、汽轮机-301、发电机-302、煤粉锅炉-303、高压加热器-304、低压加热器-305、除氧器-306、冷凝器-307、水泵-308、升压站-309、电焙烧炉-4、蓄电池组-5、胚料处理单元-6、筛选机-601、制粉机-602、混捏机-603、成型机-604、干燥机-605、煅烧炉-606、浸渍单元-7。
具体实施方式
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
实施例1
如图1所示，一种火电厂电焙烧炉制石墨系统，包括电厂发电模块3，送变电及供电模块2、电焙烧炉4，所述送变电及供电模块2、电厂发电模块3、电焙烧炉4三者之间相互连接；所述火电厂电焙烧炉制石墨系统还包括调峰控制平台1和蓄电池组5。所述调峰控制平台1与送变电与供电模块2、蓄电池组5、电焙烧炉4依次电连接，所述蓄电池组5与电焙烧炉4电连接。
所述电厂发电模块3包括依次相连的冷凝器307、低压加热器305、除氧器306、水泵308、高压加热器304、煤粉锅炉303、汽轮机301，所述电厂发电模块3还包括发电机302和升压站309及烟气处理装置，所述发电机302分别与汽轮机301、升压站309相连。电厂发电时，水体通过水泵308泵入高压加热器304进行预加热，预加热后的水体进入运行中的煤粉锅炉303以产生高压主蒸汽，高压主蒸汽进入汽轮机301内做功，将高压主蒸汽的热能转化为动能，进而带动发电机302产生电能，通过升压站309升压后并入国家电网。所述送变电及供电模块2与发电机的出口母线或升压站后高压母线或火电厂内厂内变压器母线连接，以满足电焙烧炉的供电。
所述电焙烧炉4包括加料口、电焙烧炉本体、上电极、下电极、排料管、排气管和温度及功率监控设备，所述上下电极的导电电极采用超高功率或高功率石墨电极。上电极、下电极的供电母线连接蓄电池组和送变电及供电模块。加工胚料从电焙烧炉的加料口进入，通过重力进入电焙烧炉本体，上电极和下电极通电后，电焙烧炉利用原料自身的电阻发热，在输入高温惰性气体或氮气及添加剂的情况下，输入大电流产生2300度以上的高温，将胚料制成高纯度石墨，通过排料口排出，产生的热解气或烟气通过排气管排出。高纯石墨作为非常优质的增碳剂和强还原剂广泛用于冶金及金属合金的生产中，还可作为耐高温耐火材料及模具的主要原料。所述火电厂电焙烧炉制石墨系统将火力发电厂转化为电化工厂，使得火电厂生产的产品不单单是电力，而且包括高纯度石墨、可燃热解气等多种高附加值产品。
所述温度及功率监控设备，在焙烧过程中监控炉内温度波动情况，根据温度的预设值，精确控制电焙烧炉功率，从而精确控制电焙烧炉内石墨化工艺的温度达到预设值。
所述系统还设置有调峰控制平台1和蓄电池组5，所述电焙烧炉4联合蓄电池组5利用火电厂灵活性调峰电力供电，所述调峰控制平台1控制电焙烧炉4耗电量、蓄电池组5充电量的增加或减少响应电网对火电厂的调峰负荷需求。
具体的，所述调峰控制平台1安装在电厂集控中心102内，并与电网调度中心101、电厂集控中心102进行电连接，所述调峰控制平台1可接受电网调度中心101、电厂集控中心102的控制指令。所述送变电及供电模块2与发电机302的出口母线(电压20kV)连接，或与升压站309后高压母线(电压220kV)连接，或与火电厂内厂变母线(6kV)连接，以满足电焙烧炉4的供电需求。电网调度中心101根据市场需求变化，向电厂集控中心102下达调峰指令，电厂集控中心102向送变电及供电模块2下达供电指令；接到供电指令后，送变电及供电模块2进行实时调节。当需要减小电厂的上网电量时，电厂通过降低煤粉锅炉303负荷、发电机302运行负荷、增加蓄电池组5充电量、电焙烧炉4的运行负荷中的至少一种进行响应。当需要降低火电厂的上网电量时，作为一种优选方案，在火电厂机组发电量不变情况下，多余的发电负荷通过快速增加电焙烧炉4的运行负荷和增加蓄电池组充电量以满足电网对火电厂的深度调峰负荷变动需求。当需要加大电厂的上网电量时，电厂通过增加煤粉锅炉303负荷、发电机302运行负荷、减少蓄电池组5充电量、电焙烧炉4的运行负荷中的至少一种进行响应。作为优选，所述电焙烧炉4的耗电功率为无级调节，运行功率为额定功率的0％-100％。
在上述两种调峰情况下，作为优选，可以保持火电机组锅炉、汽机及发电机稳在额定负荷或某中间负荷，通过电焙烧炉耗电量和蓄电池组充电量的增加或减少，来响应电网及火电厂调峰指令，从而延长火电机组寿命、降低运营维护人员操作难度。
实施例2
所述电焙烧炉的加料口添加的胚料来自胚料处理单元或外购胚料，所述胚料处理单元将石油焦、沥青焦、冶金焦、无烟煤、天然石墨或石墨碎中的任一个或组合处理成胚料。这些胚料中含有部分水分和可挥发成分，在用于石墨生产前，需要进行高温处理排除水分和挥发成分，提高石墨的导电性，强度等指标。
如图1所示的胚料处理单元6包括筛选机601、制粉机602、混捏机603、成型机604、干燥机605和煅烧炉606，用于将石油焦、沥青焦、冶金焦、无烟煤、煤沥青经过筛选、制粉、混捏、成型、干燥、煅烧等工艺制成胚料送入所述电焙烧炉，供电焙烧炉4加工。胚料处理单元的混捏、成型、干燥、煅烧等工艺的预热、保温或加热采用火电厂电站锅炉高温烟气或锅炉及汽机抽取的高温蒸汽来加热，减少胚料处理过程中的能量损耗。
干燥机605干燥过程中产生的蒸发水分冷却后，可回收供煤粉锅炉303给水或其它用户。
所述制石墨系统中的制粉工艺利用火电厂备用磨煤的球磨机来磨制生产石墨胚料的所用到的煤粉或焦粉等粉料。
所述煅烧工艺由煅烧炉606完成，煅烧炉产生的烟气或热解气，送入煤粉锅炉炉膛或烟道，热解气可参与煤粉锅炉燃烧补燃，烟气进入烟道后，利用煤粉锅炉的烟气处理设施进行无害化处理。煅烧炉中还设置电补热器与蓄电池组5电连接，接收蓄电池组的供电，进一步将煅烧炉的温度升高。
实施例3
如图2所示，与图1不同的是电焙烧炉还与浸渍单元7连接。胚料经过电焙烧炉的焙烧后，送入浸渍单元完成浸渍工艺后，再次送入电焙烧炉进行二次焙烧，以制造出特种石墨如等静压石墨。浸渍单元将电焙烧炉初次焙烧后的石墨进行浸渍，将浸渍剂压入石墨材料孔隙中，并通过升温或加压使之固化。浸渍后的胚料再次送入电焙烧炉加热处理。为了提高等静压石墨产品的各项性能指标，根据需要对电焙烧后的制品可以反复进行几次浸渍-焙烧工艺处理。
实施例4
一种火电厂电焙烧炉制石墨系统，其中电焙烧炉4产生的可燃气体输送至煤粉锅炉303的炉膛内参与燃烧，产生的高温烟气通过烟气处理装置进行烟气处理。该设置不仅能提高烟气或伴生气的利用率，降低设备能耗；同时电焙烧炉产生的烟气经煤粉锅炉303后进入烟气处理装置处理，实现清洁生产。
具体的，所述煤粉锅炉303设有高温烟道，所述高温烟道与电焙烧炉4及烟气处理装置相连。所述电焙烧炉4排放的烟气经过高温烟道进入烟气处理装置，利用所述烟气处理装置进行烟气脱硫、脱硝、除尘处理。作为本申请的一个示例，所述烟气处理装置包括依次连接的烟气处理装置、活性炭吸附装置和除尘器，从电焙烧炉4内产生的烟气经过烟气处理装置进行脱硝、脱硫以进行初次净化，之后通过活性炭吸附装置进行二次净化，通过除尘器除去固体颗粒，形成达标烟气。
所述火电厂电焙烧炉制石墨系统在粉料制备、塑型热压、电煅烧、电焙烧等工艺过程中产生的废水、废渣、粉尘、烟气等物质，利用火电厂内的处理设施进行无害化处理。
虽然本申请披露如上，但本申请并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本申请的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本申请的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
