矽冶煉爐餘能回收裝置的製作方法

2023-05-10 00:28:21

專利名稱：矽冶煉爐餘能回收裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及新能源與高效節能技術領域，特別是涉及一種矽冶煉爐餘能回收裝置。
背景技術：
金屬矽是太陽能光伏發電產業的核心材料。金屬矽是由石英沙(二氧化矽)在電 弧爐中與碳(精煤、木材等物質)在高溫條件下進行還原反應的產物。金屬矽的生產工藝是 通過把煤、木炭、矽石等原料投入電弧爐中，通過電弧放電提供瞬間高溫，將二氧化矽融化， 以碳或石墨使之還原而成。我國的金屬矽生產始於1957年，早期只有十幾個生產單位，產能很小；近年來，隨 著大規模集成電路的應用和太陽能光伏發電產業的發展，金屬矽的生產規模迅速擴張，全 國已經建成投產的工業矽廠家已達600多家，形成了 lOOWT/a以上的生產能力。目前，我國 工業矽的產能、產量和出口量已均居世界首位。金屬矽生產是高能耗行業。我國金屬矽多年來一直處於作坊式生產狀態，存在有 規模小、能耗大、生產無序、效益低下等問題。目前，我國企業生產每噸金屬矽的平均耗電量 在13000KWh以上；而國外先進企業的電耗水平為IlOOOKWh左右；我國金屬矽生產的電耗 比國外先進水平高出了 10 20%，節能潛力巨大！導致我國金屬矽生產能耗高的主要原因是我國工業矽冶煉爐的熱能利用效率普 遍較低。當前，我國金屬矽冶煉企業大多採取人工配料，採用爐膛敞開式的電弧爐來冶煉 金屬矽。在電弧爐進行的還原反應過程中，有大量的熱能通過輻射和對流的方式從爐膛敞 開處直接散失到了周圍大氣中；另外，冶煉反應產物CO等可燃氣體也通過自然引流的方式 從冶煉爐的煙囪直接排入到大氣中，其攜帶的化學能也未能得到有效利用，致使矽冶煉爐 系統整體的熱能利用率低下。據測算，目前我國中小容量工業矽爐的熱能利用率一般僅在 50% 65%左右。因此，設計開發一款矽冶煉爐餘能回收裝置，回收矽冶煉反應生成氣體CO的載熱 能及其攜帶的化學能，在保護電極和不影響冶煉工藝的基礎上，通過輻射受熱面和餘熱鍋 爐回收矽冶煉爐的排氣餘能並進行發電利用，實現金屬矽冶煉過程的能源綜合利用和節能 減排，必將具有廣闊的市場應用前景。
實用新型內容本實用新型的一個目的在於提供一種熱能利用率高、適用面廣的矽冶煉爐餘能回 收裝置。為實現上述目的，本實用新型的技術解決方案是本實用新型是一種矽冶煉爐餘能回收裝置，所述的矽冶煉爐包括一層原料反應 區，二層爐膛淨空區，三層爐罩；它主要由輻射受熱面(冶煉爐上部空腔膜式水冷壁受熱 面)、鼓風機、餘熱鍋爐、蒸汽輪機和發電機組組成；[0010]所述的輻射受熱面安裝於二層爐膛淨空區；在二層爐膛淨空區的下部開設鼓風機 進風口，鼓風機通過管道連接該進風口 ；餘熱鍋爐通過管道與爐罩的煙氣出口連接；餘熱 鍋爐的排氣管道連接除塵器，除塵器通過管道與引風機連接；餘熱鍋爐產生蒸汽並連接蒸 汽輪機，帶動與蒸汽輪機連接的發電機組發電。所述的輻射受熱面布置於爐膛淨空區，並把爐膛淨空區封閉或半封閉的包圍起來。所述的輻射受熱面由若干片膜式水冷壁和隔磁材料組成；若干片膜式水冷壁依序 連接，在兩兩片膜式水冷壁之間採用隔磁材料間隔，以避免產生電磁渦流。採用上述方案後，由於本實用新型通過安裝輻射受熱面，使矽冶煉爐爐膛的排氣 溫度下降，保護矽冶煉爐電極並部分回收冶煉爐排氣熱量；通過在矽冶煉爐的二層空間下 部鼓進冷空氣，燃燒排氣中的CO並再次降低爐膛煙氣溫度，保護電極；利用餘熱鍋爐回收 冶煉爐系統排氣餘熱，進一步減少冶煉爐排煙的熱損失；並採用蒸汽輪機發電機組實現系 統餘熱回收的發電利用。通過上述工藝及結構上的實用新型設計，使得本實用新型具有保護電極、回收冶 煉爐生成氣體CO的載熱能及其攜帶的化學能並發電利用、實現金屬矽冶煉過程的節能減 排、熱能利用率充分的效果。本實用新型可根據矽冶煉爐功率的不同，採取不同的結構形 式，適用面廣。
以下結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步的說明。
圖1是矽冶煉爐的結構示意圖；圖2是本實用新型的結構示意圖；圖3是本實用新型的第一個實施例；圖4是本實用新型的第二個實施例；圖5是本實用新型的第三個實施例；圖6A是本實用新型輻射受熱面的主視圖；圖6B是本實用新型輻射受熱面的剖視圖。
具體實施方式
本實用新型是針對如圖1所示的矽冶煉爐提出的工藝及裝置。所述的矽冶煉爐包 括一層原料反應區10，二層爐膛淨空區20，三層爐罩30。如圖2，參考圖1所示，本實用新型是一種矽冶煉爐餘能回收裝置，它主要由輻射 受熱面1 (冶煉爐上部空腔膜式水冷壁受熱面)、鼓風機2、餘熱鍋爐3、蒸汽汽輪機4和發電 機組5組成。所述的輻射受熱面1安裝於二層爐膛淨空區20並把爐膛淨空區封閉包圍起來，參 考圖6A、圖6B所示，輻射受熱面1由若干片膜式水冷壁11和隔磁材料組成；若干片膜式水 冷壁11依序連接，在兩片膜式水冷壁11之間採用隔磁材料12間隔，以避免產生電磁渦流。在二層爐膛淨空區20的下部開設鼓風機進風口 201，鼓風機2通過管道連接該進 風口 201 ；餘熱鍋爐3通過管道與爐罩30的煙氣出口 301連接；餘熱鍋爐3產生的蒸汽通4過蒸汽管道連接蒸汽輪機4，蒸汽輪機4連接發電機組5並帶動發電機組5發電。所述的餘熱鍋爐3由汽包、蒸發器、省煤器等組成。由於爐膛出口煙溫較低，所布 置的餘熱鍋爐3採用熱管式餘熱鍋爐3進行換熱。餘熱鍋爐3產生熱蒸汽，採用蒸汽輪機 4做功發電。本實用新型可以根據冶煉爐系統出口煙氣溫度要求，調節膜式水冷壁11的布置 面積和鼓風機2的風量。具體安裝方式所述的進風口 201對應的鼓風機2為風量可調節的大型風機，可根據爐內反饋的 溫度信息調節風量；膜式水冷壁11裝於爐膛淨空區20周圍；熱管式餘熱鍋爐3安裝於冶煉 爐系統的排氣出口處，餘熱鍋爐3後安裝蒸汽輪機4及與其相匹配的發電機5，冷卻後的煙 氣通過除塵器6由引風機7抽往煙囪8排放。如圖3所示，根據矽冶煉爐具體功率情況，可以採用僅通過鼓風機2鼓風冷卻的方 式冷卻煙氣、保護電極，而後通過在矽冶煉爐外部布置餘熱鍋爐3的方式回收煙氣餘能。如圖4所示，根據矽冶煉爐具體功率情況，可以採用僅通過布置輻射受熱面1的方 式冷卻煙氣、保護電極，而後通過在礦熱爐外部布置餘熱鍋爐3回收煙氣餘能。如圖5所示，根據礦熱爐具體功率情況，可以既布置輻射受熱面1吸收部分反應生 成氣體的餘熱，同時又通過鼓風機2鼓風冷卻，而後再通過餘熱鍋爐3吸收礦熱爐系統的排 氣餘能。本實用新型的重點就在於在爐膛淨空區內安裝輻射受熱面；在冶煉爐系統煙氣 出口布置餘熱鍋爐。以上所述，僅為本實用新型較佳實施例而已，故不能以此限定本實用新型實施的 範圍，即依本實用新型申請專利範圍及說明書內容所作的等效變化與修飾，皆應仍屬本實 用新型專利涵蓋的範圍內。
權利要求1.一種矽冶煉爐餘能回收裝置，所述的矽冶煉爐包括一層原料反應區，二層爐膛淨空 區，三層爐罩；其特徵在於它主要由輻射受熱面、鼓風機、餘熱鍋爐、蒸汽汽輪機和發電機 組組成；所述的輻射受熱面安裝於二層爐膛淨空區；在二層爐膛淨空區的下部開設鼓風機進風 口，鼓風機通過管道連接該進風口 ；餘熱鍋爐通過管道與爐罩的煙氣出口連接；餘熱鍋爐 的排氣管道連接除塵器，除塵器通過管道與引風機連接；引風機的另一端連接煙 ；餘熱 鍋爐產生蒸汽並連接蒸汽汽輪機，帶動與蒸汽輪機連接的發電機組發電。
2.根據權利要求1所述的矽冶煉爐餘能回收裝置，其特徵在於所述的輻射受熱面布 置於爐膛淨空區，並把爐膛淨空區封閉或半封閉的包圍起來。
3.根據權利要求1或2所述的矽冶煉爐餘能回收裝置，其特徵在於所述的輻射受熱 面由若干片膜式水冷壁和隔磁材料組成；若干片膜式水冷壁依序連接，在兩片膜式水冷壁 之間採用隔磁材料間隔，以避免產生電磁渦流。
專利摘要本實用新型公開了一種矽冶煉爐餘能回收裝置，它主要由膜式水冷壁受熱面、風機、餘熱鍋爐、蒸汽輪機、發電機組等組成，輻射受熱面安裝於二層爐膛淨空區；鼓風機通過管道連接二層爐膛淨空區的下部的進風口；餘熱鍋爐通過管道與爐罩的煙氣出口連接；餘熱鍋爐的排氣管道連接除塵器。由於本實用新型通過安裝輻射受熱面，使矽冶煉爐爐膛的排氣溫度下降，保護矽冶煉爐電極並部分回收冶煉爐排氣熱量；通過在矽冶煉爐的二層空間下部鼓進冷空氣，再次降低爐膛煙溫，保護電極；利用餘熱鍋爐回收冶煉爐系統排氣餘熱，進一步減少冶煉爐排煙的熱損失；並採用蒸汽輪機發電機組實現系統餘熱回收的發電利用。
文檔編號F27D17/00GK201828161SQ20102055255
公開日2011年5月11日 申請日期2010年9月17日 優先權日2010年9月17日
發明者何宏舟, 李志偉, 鄒崢, 鄭木輝, 黃慶耀 申請人:集美大學