燃氣電弧雙熱式蓄熱餘熱廢氣回燃環保節能高效煉矽爐的製作方法

2023-06-06 18:10:51 1

專利名稱：燃氣電弧雙熱式蓄熱餘熱廢氣回燃環保節能高效煉矽爐的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及矽冶煉爐，主要是指一種燃氣電弧雙熱式蓄熱餘熱廢氣回燃環保節能高效煉矽爐。
背景技術：
傳統的矽合金冶煉爐，單一採用電弧加熱方式，由於電弧加熱是點式由下至上向外放熱，在冶煉矽鐵合金、矽猛合金、99%矽時，需配料加入約1/4噸的蘭炭、焦煤，電弧加熱方式由於其電弧產熱特性無法將高溫反應過程所產生的大量一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、廢氣餘熱(相當於總輸出熱能量的50%左右)回收進行二次利用，直接排放，在高能耗同時造成高汙染大氣。
發明內容本實用新型的目的是提供一種燃氣電弧雙熱式蓄熱餘熱廢氣回燃環保節能高效煉矽爐，通過採用電弧一次加熱和燃料燃燒二次加熱方式，將電弧所產生的廢氣餘熱再經二次燃燒，同時對排放的廢煙進行除塵處理，達到了節能、環保和提高效率的效果，較好地克服了現有煉矽爐長期存在的問題。實現本實用新型的技術方案是這種煉矽爐包括燃料燃燒二次加熱和電弧一次加熱，其中電弧一次加熱包括導熱爐膽，該導熱爐膽內部為第一加熱室，其上面設有頂蓋， 底部設有熔料坩鍋，熔料坩鍋上面裝入物料，在第一加熱室內設有對物料進行加熱的電弧電極，在導熱爐膽壁上還設有傾斜的二次加熱火焰孔，在頂蓋上設有自動進料口，在頂蓋圓周表面上連接有煙道，該煙道一端連通第一加熱室，另一端連接旋風式振蕩餘熱回收除塵器；燃料燃燒二次加熱包括在導熱爐膽外圍設有一隔熱套，該隔熱套與導熱爐膽之間的空間為第二加熱室，在隔熱套上設有燃燒器，該燃燒器向第二加熱室內噴射火焰，燃燒器與蓄熱體連接，在第二加熱室頂面設有隔熱層，該隔熱層上面設有爐面工作平臺，在第二加熱室下面設有清灰門，第二加熱室的熱煙經二次加熱火焰孔進入第一加熱室，第二加熱室的熱量經導熱爐膽傳導給第一加熱室加熱。第一加熱室和第二加熱室的熱煙再經燃燒器的熱煙出口排出進入蓄熱體，再經燃燒器的熱咽氣進口被二次燃燒。該技術方案還包括所述的燃燒器包括燃燒器A和燃燒器B，所述的蓄熱體包括蓄熱體A和蓄熱體B ； 其中燃燒器A和燃燒器B分別經蓄熱體A、換向閥和蓄熱體B交替工作，燃燒器A和燃燒器 B設有熱煙氣進口和熱煙氣出口，蓄熱體A和蓄熱體B分別設有熱煙氣進口和熱煙氣出口， 其中燃燒器A和燃燒器B的熱煙氣入口和熱煙氣出口分別經燃燒器A和燃燒器B的熱煙氣進口和熱煙氣出口接換向閥。蓄熱體A和蓄熱體B下端分別設有出灰口，在出灰口上設有出灰門。所述的燃燒器是一噴嘴，該噴嘴上設有點火器、燃料進口、熱煙氣進口、熱煙氣出口和法蘭，其中噴嘴通過法蘭固定在蓄熱體A和蓄熱體B內，熱煙氣出口與第二加熱室相
ο所述的爐面工作平臺內設有冷水通道對爐面工作平臺進行冷卻。所述的爐面工作平臺上還設有第二加熱室防爆門，該第二加熱室防爆門連通第二加熱室。所述的煙道上還設有第一加熱室防爆門。所述的旋風式振蕩餘熱回收除塵器下端分別設有連接煙道和除塵沉澱池的接煙道口和接沉澱池口，在接煙道口上方設有除塵噴淋器，該除塵器上端設有連接除塵室的接除塵室口，在除塵器上部還設有預熱空氣出口，在除塵器下部還設有預熱空氣進口和振蕩
ο所述的導熱爐膽包括熔料坩鍋、熱傳導材料膽體和頂蓋，其中熔料坩鍋上端連接熱傳導材料膽體，熱傳導材料膽體上端通過爐面工作平臺連接頂蓋。所述的傾斜的二次加熱火焰孔的傾斜方向為在第一燃燒室的孔口低，在第二燃燒室的孔口高。所述的導熱爐膽上部圓周表面還設有人工進料門。本實用新型具有的有益效果本煉矽爐採用二次燃燒加熱技術，在電弧加熱同時採用燃氣蓄熱複式高效燃燒，將電弧爐所產生廢氣餘熱經二次燃燒後可節能60%以上，降低排放一氧化碳90 %、二氧化碳60 %以上，使二氧化硫排放大大降低，節能減排效果顯著。 本發明燃氣燃燒效率達99%，一次能源與二次能源利用效率差50%以上，綜合效率大於 65%以上，比較單熱電弧加熱冶煉效率提高一倍以上。

圖1是本實用新型的總體外形立體示意圖。圖2是圖1的剖視圖。圖3是圖2的平面示意圖。圖4是圖1的俯視圖。圖5是圖1的燃燒器示意圖。圖6是本實用新型的旋風式振蕩餘熱回收除塵器示意圖。圖7是本實用新型的蓄熱體換熱裝置示意圖。圖8是本實用新型的是蓄熱預熱助燃空氣與節約燃料比率關係表，其中數字 10-70表示燃燒節能率％，數字200-1400表示蓄熱預熱助燃空氣溫度。C，圖中曲線表示未蓄熱回收排出的煙氣溫度曲線。圖中1爐體底座支架、2底座承重樁、3蓄熱體B、31電磁閥、32蓄熱體A、33鼓風機、34換向閥、35引風機、36排煙管、37蓄熱體B、4熔料坩鍋、41坩鍋出料口、5隔熱套、51 除塵器固定吊環、52接除塵室口、53預熱空氣出口、54除塵噴淋器、55接沉澱池口、56接煙道口、57預熱空氣進口、6 二次加熱火焰孔、61點火器、62燃料進口、63熱煙氣進口、64熱煙氣出口、65法蘭、7隔熱層、8爐面工作平臺、9第二加熱室防爆門、10人工進料門、11頂蓋、12第一加熱室防爆門、13煙道、131電動通風閥、14冷水通道、15第二加熱室、16電弧電極、 17第一加熱室、18導熱爐膽、19蓄熱體A、20燃燒器、21 二次燃燒室清灰門、22自動進料口、 23頂蓋吊環、M爐體外殼、26出灰門、27掛環、觀熱傳導材料膽體、29噴嘴、50旋風式振蕩餘熱回收除塵器、60振蕩器。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步說明如圖所示，本爐(圓形)包括二次加熱及二次加熱結構，二次加熱分為電弧加熱和燃料(燃氣)燃燒加熱，為此設置第一加熱室17和第二加熱室15，第一加熱室17為電弧加熱，第二加熱室15為燃燒器20 (燃料/燃氣)燃燒加熱。第一加熱室17是包括導熱爐膽18，導熱爐膽18內部為第一加熱室17，導熱爐膽 18由熔料坩鍋4、熱傳導材料膽體(熱傳導材料包括石墨炭磚) 和頂蓋11組成，熔料坩鍋4在底部，其上端連接熱傳導材料膽體觀，熱傳導材料膽體觀上端通過爐面工作平臺8 連接頂蓋11，在熔料坩鍋4上有坩鍋出料口 41，熔料坩鍋4上面是物料，在第一加熱室17內均布有3個電弧電極16對物料進行加熱(見圖1)，在熱傳導材料膽體觀壁上還設有內低外高傾斜的二次加熱孔6，設置這種傾斜孔可以防止物料進入第二加熱室15，在頂蓋11上設有自動進料口 22，在頂蓋11圓周表面還設有煙道13，煙道13 —端連通第一加熱室17，另一端連接旋風式振蕩餘熱回收除塵器50，在煙道13還有防止第一加熱室17內部壓力過高的第一加熱室防爆門12，在煙道13 出口還設有電動通風閥131，頂蓋11圓周表面還設有人工進料門10，在頂蓋11上還有3個用於吊起導熱爐膽18的頂蓋吊環23 (見圖1)。第二加熱室15包括在導熱爐膽18外面增加一隔熱套(隔熱牆)5，隔熱套5採用包括耐火磚的隔熱保溫材料，隔熱套5外面是爐體外殼24，隔熱套5與導熱爐膽18之間是空腔，該空腔即為第二加熱室15，在爐體外殼M上設有蓄熱體，蓄熱體內是燃燒器20，蓄熱體為蓄熱體A和蓄熱體B，分設在爐體外殼M的兩側，燃燒器20為2個一組，2個燃燒器20 分別設置在蓄熱體A和蓄熱體B上，燃燒器20向第二加熱室15內噴射火焰，第二加熱室15 產生的熱經熱傳導材料膽體洲進入第一加熱室17，第二加熱室15產生的熱煙氣經傾斜的二次加熱孔6進入第一加熱室17，給物料加熱，第二加熱室15產生的熱煙氣再交替經蓄熱體A和蓄熱體B向燃燒器20的噴嘴四的熱煙氣進口 63提供助燃氣體，在第二加熱室15 頂面設有隔熱層7，隔熱層7上面設有工人作業的爐面工作平臺8，爐面工作平臺8內有多條冷水通道14用以對爐面工作平臺8降溫，在爐面工作平臺8上還安裝有第二加熱室防爆門9，第二加熱室防爆門9下端連通第二加熱室15，其上端通大氣，在第二加熱室15下面均布有3個清灰門21。燃燒器20 (見圖5)是一噴嘴29，噴嘴四由點火器61、燃料進口 62、熱煙氣進口 63、熱煙氣出口 64、法蘭65組成，燃料進口 62接燃料管道，熱煙氣進口 63和熱煙氣出口 64 分別與蓄熱體A、B的熱煙氣進口和熱煙氣出口連接，噴嘴四通過法蘭65固定在爐體外殼 24上。蓄熱體換熱裝置(見圖7)由電磁閥31、蓄熱體A(32)、鼓風機33、換向閥34、引風機35、排煙管36、蓄熱體B (37)組成；燃燒器20為兩個，一個與蓄熱體A連接，另一個與蓄熱體B連接，噴嘴四產生的熱煙氣經噴嘴四的熱煙氣出口 64分別進入蓄熱體A和蓄熱體 B，在換向閥34的作用下，再交替進入熱煙氣進口 63，起到助燃節能作用，蓄熱體A和蓄熱體 B通過掛環27掛在爐體外殼M上。旋風式振蕩餘熱回收除塵器50 (見圖6)由除塵器固定吊環51、接除塵室口 52、預熱空氣出口 53、除塵噴淋器M、接沉澱池口 55、接煙道口 56、預熱空氣進口 57組成；除塵器 50下端是一三通結構，裡面有除塵噴淋器M，用於對粉塵噴灑水，下端接沉澱池口 55連接沉澱池，側面的接煙道口 56連接煙道13，其上端的接除塵室口 52連接除塵室，在除塵器50 上部還設有連接儲熱體A、B的預熱空氣出口 53，在除塵器50下部還設有連接鼓風機的預熱空氣進口 57，還有用於使除塵器50產生震動除灰的振蕩器60，菸灰經由下端出灰口的出灰門26排出。工作原理將礦石及配料分類破碎，按配比混合，輸送到料倉，然後啟動蓄熱體換熱裝置(見圖7)的抽風機、鼓風機，這時先點燃二次加熱中蓄熱體A或B內的燃燒器A或B，當蓄熱體 A或B內的蓄熱溫度達到800-1000°C時，通過換向閥交替吸儲、換熱交替將二個加熱室煙氣通過蓄熱體換熱裝置的抽風機抽送至蓄熱式燃燒器A或B進行空氣預熱混合二次高溫燃燒，當燃燒器A工作時，燃燒器B就蓄熱，反之則當燃燒器B工作時，燃燒器A就蓄熱，第二加熱室的熱煙經二次加熱火焰孔進入第一加熱室，第二加熱室的高溫經石墨炭磚膽體傳導進入第一加熱室，使第一加熱室升溫到1200°C以上，此時將料倉按比例混合好的礦料輸送至第一加熱室內加熱，接通第一加熱室內的3個電弧電極，開始產生電弧一次加熱，第一加熱室坩堝裡的礦料被加熱升溫至1600-1650°C溶化，熱化學反應一個周期結束，二次加熱燃燒器減到小火保溫燃燒，用開爐電極打開坩堝出料口，排放溶化後的礦料高溫溶液至爐外冷卻。堵塞坩堝出料口進行第二輪裝料加熱冶煉。見附圖8"預熱空氣溫度與燃料節約率關係表"。礦料裝入電弧一次加熱內膽料倉經高溫加熱即產生大量一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫經蓄熱體換熱裝置引風機引到A或B燃燒器蓄熱體，通過換向閥交替蓄熱放熱進行二次1400°C以上高溫燃燒減少汙染氣體排放，多餘的廢熱煙最後經除塵器處理後排放。當第一加熱室、第二加熱室內的壓力過大時，可打開第一加熱室防爆門、第二加熱室防爆門排放減壓。當可燃燒性廢氣超過二次廢氣燃燒室最大燃燒量時，通過檢測指令自動開啟煙窗電動通風閥啟動旋風除塵器引風機經旋風除塵器排放過量的可燃氣體防止爆燃，驗測氣體在安全燃燒範圍內後，關閉煙窗電動通風閥和旋風除塵器引風機恢復正常燃燒狀態。蓄熱式燃燒器的工作原理(如圖5所示)從鼓風機出來的常溫空氣由換向閥切換進入蓄熱式燃燒器B後，在經過蓄熱式燃燒器B (陶瓷球或蜂窩體)時被加熱，在極短時間內常溫空氣被加熱到接近爐膛溫度(一般比爐溫低50 100°C )，被加熱的高溫空氣進入爐膛後，卷吸周圍爐內的煙氣形成一股含氧量大大低於21 %的稀薄貧氧高溫氣流，同時往稀薄高溫空氣附近注入燃料(燃油或燃氣)，燃料在貧氧O 20% )狀態下實現燃燒； 與此同時，爐膛內燃燒後的熱煙氣經過另一個蓄熱式燃燒器A排入大氣，爐膛內高溫熱煙氣通過蓄熱式燃燒器A時，將顯熱儲存在蓄熱式燃燒器A內，然後以低於150°C的低溫煙氣經過換向閥排出。工作溫度不高的換向閥以一定的頻率進行切換，使兩個蓄熱式燃燒器處於蓄熱與放熱交替工作狀態，從而達到節能和降低Nox排放量等目的，常用的切換周期為 30 200秒。
權利要求1.一種燃氣電弧雙熱式蓄熱餘熱廢氣回燃環保節能高效煉矽爐，其特徵是包括電弧一次加熱和燃料燃燒二次加熱；其中電弧一次加熱包括導熱爐膽，該導熱爐膽內部為第一加熱室，其上面設有頂蓋，底部設有熔料坩鍋，熔料坩鍋上面裝入物料，在第一加熱室內設有對物料進行加熱的電弧電極，在導熱爐膽壁上還設有傾斜的二次加熱火焰孔，在頂蓋上設有自動進料口，在頂蓋圓周表面上連接有煙道，該煙道一端連通第一加熱室，另一端連接旋風式振蕩餘熱回收除塵器；燃料燃燒二次加熱包括在導熱爐膽外圍設有一隔熱套，該隔熱套與導熱爐膽之間的空間為第二加熱室，在隔熱套上設有燃燒器，該燃燒器向第二加熱室內噴射火焰，燃燒器與蓄熱體連接，在第二加熱室頂面設有隔熱層，在隔熱層上面設有爐面工作平臺，在第二加熱室下面設有清灰門，第二加熱室的熱煙經二次加熱火焰孔進入第一加熱室，第二加熱室的熱量經導熱爐膽傳導給第一加熱室加熱；第一加熱室和第二加熱室的熱煙再經燃燒器的熱煙出口排出進入蓄熱體，再經燃燒器的熱咽氣進口被二次燃燒。
2.如權利要求1所述的燃氣電弧雙熱式蓄熱餘熱廢氣回燃環保節能高效煉矽爐，其特徵是所述的燃燒器包括燃燒器A和燃燒器B，所述的蓄熱體包括蓄熱體A和蓄熱體B ；其中燃燒器A和燃燒器B分別經蓄熱體A、換向閥和蓄熱體B交替工作，燃燒器A和燃燒器B設有熱煙氣進口和熱煙氣出口，蓄熱體A和蓄熱體B分別設有熱煙氣進口和熱煙氣出口，其中燃燒器A和燃燒器B的熱煙氣入口和熱煙氣出口分別經燃燒器A和燃燒器B的熱煙氣進口和熱煙氣出口接換向閥。
3.如權利要求1所述的燃氣電弧雙熱式蓄熱餘熱廢氣回燃環保節能高效煉矽爐，其特徵是所述的燃燒器包括噴嘴，該噴嘴上設有點火器、燃料進口、熱煙氣進口、熱煙氣出口和法蘭，其中熱煙氣出口與第二加熱室相通。
4.如權利要求1所述的燃氣電弧雙熱式蓄熱餘熱廢氣回燃環保節能高效煉矽爐，其特徵是所述的爐面工作平臺內設有冷水通道對爐面工作平臺進行冷卻。
5.如權利要求1所述的燃氣電弧雙熱式蓄熱餘熱廢氣回燃環保節能高效煉矽爐，其特徵是所述的爐面工作平臺上還設有第二加熱室防爆門，該第二加熱室防爆門連通第二加熱室。
6.如權利要求1所述的燃氣電弧雙熱式蓄熱餘熱廢氣回燃環保節能高效煉矽爐，其特徵是所述的煙道上還設有第一加熱室防爆門。
7.如權利要求1所述的燃氣電弧雙熱式蓄熱餘熱廢氣回燃環保節能高效煉矽爐，其特徵是所述的旋風式振蕩餘熱回收除塵器下端分別設有連接煙道和除塵沉澱池的接煙道口和接沉澱池口，在接煙道口上方設有除塵噴淋器，該除塵器上端設有連接除塵室的接除塵室口，在除塵器上部還設有預熱空氣出口，在除塵器下部還設有預熱空氣進口和振蕩器。
8.如權利要求1所述的燃氣電弧雙熱式蓄熱餘熱廢氣回燃環保節能高效煉矽爐，其特徵是所述的導熱爐膽包括熔料坩鍋、熱傳導材料膽體和頂蓋，其中熔料坩鍋上端連接熱傳導材料膽體，熱傳導材料膽體上端通過爐面工作平臺連接頂蓋。
9.如權利要求1所述的燃氣電弧雙熱式蓄熱餘熱廢氣回燃環保節能高效煉矽爐，其特徵是所述的導熱爐膽上部圓周表面還設有人工進料門。
10.如權利要求1所述的燃氣電弧雙熱式蓄熱餘熱廢氣回燃環保節能高效煉矽爐，其特徵是所述的傾斜的二次加熱火焰孔的傾斜方向為在第一燃燒室的孔口低，在第二燃燒室的孔口高。
專利摘要一種燃氣電弧雙熱式蓄熱餘熱廢氣回燃環保節能高效煉矽爐，包括電弧一次加熱和燃料燃燒二次加熱；電弧一次加熱包括導熱爐膽，該導熱爐膽內部為第一加熱室，其底部設有熔料坩鍋，在第一加熱室內設有對物料進行加熱的電弧電極，在導熱爐膽壁上還設有傾斜的二次加熱火焰孔，在導熱爐膽頂部設有自動進料口；燃料燃燒二次加熱包括在導熱爐膽外圍設有一隔熱套，該隔熱套與導熱爐膽之間的空間為第二加熱室，在隔熱套上設有燃燒器，該燃燒器向第二加熱室內噴射火焰，燃燒器與蓄熱體連接；第一加熱室和第二加熱室的熱煙經燃燒器的熱煙出口進入蓄熱體，再經燃燒器的熱咽氣進口被二次燃燒。
文檔編號C01B33/021GK202175560SQ20112018303
公開日2012年3月28日 申請日期2011年6月1日 優先權日2011年6月1日
發明者李啟明, 李恆傑, 鄧凱峰, 鄧小寶 申請人:李啟明, 李恆傑, 鄧凱峰, 鄧小寶