专利名称：硅冶炼炉余能回收工艺及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及新能源与高效节能技术领域，特别是涉及一种硅冶炼炉余能回收工艺 及其装置。
背景技术：
金属硅是太阳能光伏发电产业的核心材料。金属硅是由石英沙(二氧化硅)在电 弧炉中与碳(精煤、木材等物质)在高温条件下进行还原反应的产物。金属硅的生产工艺是 通过把煤、木炭、硅石等原料投入电弧炉中，通过电弧放电提供瞬间高温，将二氧化硅融化， 以碳或石墨使之还原而成。我国的金属硅生产始于1957年，早期只有十几个生产单位，产能很小；近年来，随 着大规模集成电路的应用和太阳能光伏发电产业的发展，金属硅的生产规模迅速扩张，全 国已经建成投产的工业硅厂家已达600多家，形成了 lOOWT/a以上的生产能力。目前，我国 工业硅的产能、产量和出口量已均居世界首位。金属硅生产是高能耗行业。我国金属硅多年来一直处于作坊式生产状态，存在有 规模小、能耗大、生产无序、效益低下等问题。目前，我国企业生产每吨金属硅的平均耗电量 在13000KWh以上；而国外先进企业的电耗水平为IlOOOKWh左右；我国金属硅生产的电耗 比国外先进水平高出了 10 20%，节能潜力巨大！导致我国金属硅生产能耗高的主要原因是我国工业硅冶炼炉的热能利用效率普 遍较低。当前，我国金属硅冶炼企业大多采取人工配料，采用炉膛敞开式的电弧炉来冶炼 金属硅。在电弧炉进行的还原反应过程中，有大量的热能通过辐射和对流的方式从炉膛敞 开处直接散失到了周围大气中；另外，冶炼反应产物CO等可燃气体也通过自然引流的方式 从冶炼炉的烟囱直接排入到大气中，其携带的化学能也未能得到有效利用，致使硅冶炼炉 系统整体的热能利用率低下。据测算，目前我国中小容量工业硅炉的热能利用率一般仅在 50% 65%左右。因此，设计开发一款硅冶炼炉余能回收装置，回收硅冶炼反应生成气体CO的载热 能及其携带的化学能，在保护电极和不影响冶炼工艺的基础上，通过辐射受热面和余热锅 炉回收硅冶炼炉的排气余能并进行发电利用，实现金属硅冶炼过程的能源综合利用和节能 减排，必将具有广阔的市场应用前景。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种热能利用率高的硅冶炼炉余能回收工艺。本发明的另一个目的在于提供一种适用面广的硅冶炼炉余能回收装置。为实现上述目的，本发明的技术解决方案是本发明是一种硅冶炼炉余能回收工艺，(1)在二层炉膛净空区内安装辐射受热面， 使硅冶炼炉炉膛烟气温度下降，保护电极并部分回收冶炼炉排气热量；(2)在炉膛净空区 下部开进风口鼓风，再次降低炉膛烟温以保护电极；(3)在三层炉罩的烟气出口处安装余热锅炉回收冶炼炉系统排气余热，进一步减少冶炼炉排烟的热损失；(4)余热锅炉产生的 蒸汽通过蒸汽带动汽轮机做功，并带动发电机发电，实现了系统余热回收和发电利用。本发明是一种硅冶炼炉余能回收装置，所述的硅冶炼炉包括一层原料反应区，二 层炉膛净空区，三层炉罩；它主要由辐射受热面(冶炼炉上部空腔膜式水冷壁受热面)、鼓 风机、余热锅炉、蒸汽轮机和发电机组组成；所述的辐射受热面安装于二层炉膛净空区；在二层炉膛净空区的下部开设鼓风机 进风口，鼓风机通过管道连接该进风口 ；余热锅炉通过管道与炉罩的烟气出口连接；余热 锅炉的排气管道连接除尘器，除尘器通过管道与引风机连接；余热锅炉产生蒸汽并连接蒸 汽轮机，带动与蒸汽轮机连接的发电机组发电。所述的辐射受热面布置于炉膛净空区，并把炉膛净空区封闭或半封闭的包围起来。所述的辐射受热面由若干片膜式水冷壁和隔磁材料组成；若干片膜式水冷壁依序 连接，在两两片膜式水冷壁之间采用隔磁材料间隔，以避免产生电磁涡流。采用上述方案后，由于本发明通过安装辐射受热面，使硅冶炼炉炉膛的排气温度 下降，保护硅冶炼炉电极并部分回收冶炼炉排气热量；通过在硅冶炼炉的二层空间下部鼓 进冷空气，燃烧排气中的CO并再次降低炉膛烟气温度，保护电极；利用余热锅炉回收冶炼 炉系统排气余热，进一步减少冶炼炉排烟的热损失；并采用蒸汽轮机发电机组实现系统余 热回收的发电利用。通过上述工艺及结构上的发明设计，使得本发明具有保护电极、回收冶炼炉生成 气体CO的载热能及其携带的化学能并发电利用、实现金属硅冶炼过程的节能减排、热能利 用率充分的效果。本发明可根据硅冶炼炉功率的不同，采取不同的结构形式，适用面广。下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。
图1是硅冶炼炉的结构示意图；图2是本发明的结构示意图；图3是本发明的第一个实施例；图4是本发明的第二个实施例；图5是本发明的第三个实施例；图6A是本发明辐射受热面的主视图；图6B是本发明辐射受热面的剖视图。
具体实施例方式本发明是针对如图1所示的硅冶炼炉提出的工艺及装置。所述的硅冶炼炉包括一 层原料反应区10，二层炉膛净空区20，三层炉罩30。一、工艺本发明是一种硅冶炼炉余能回收工艺(1)在二层炉膛净空区20内安装辐射受热 面，使硅冶炼炉炉膛烟气温度下降，保护电极并部分回收冶炼炉排气热量；(2)在炉膛净空 区20下部开进风口鼓风，再次降低炉膛烟温以保护电极，并燃烧排气中的CO气体以回收化学能；(3)在三层炉罩30的烟气出口处安装余热锅炉回收冶炼炉系统排气余热，进一步减 少冶炼炉排烟的热损失；(4)余热锅炉产生的蒸汽通过蒸汽轮机做功，并带动发电机发电， 实现了系统余热回收和发电利用。二、装置如图2，参考图1所示，本发明是一种硅冶炼炉余能回收装置，它主要由辐射受热 面1 (冶炼炉上部空腔膜式水冷壁受热面)、鼓风机2、余热锅炉3、蒸汽汽轮机4和发电机组 5组成。所述的辐射受热面1安装于二层炉膛净空区20并把炉膛净空区封闭包围起来，参 考图6A、图6B所示，辐射受热面1由若干片膜式水冷壁11和隔磁材料组成；若干片膜式水 冷壁11依序连接，在两片膜式水冷壁11之间采用隔磁材料12间隔，以避免产生电磁涡流。在二层炉膛净空区20的下部开设鼓风机进风口 201，鼓风机2通过管道连接该进 风口 201 ；余热锅炉3通过管道与炉罩30的烟气出口 301连接；余热锅炉3产生的蒸汽通 过蒸汽管道连接蒸汽轮机4，蒸汽轮机4连接发电机组5并带动发电机组5发电。所述的余热锅炉3由汽包、蒸发器、省煤器等组成。由于炉膛出口烟温较低，所布 置的余热锅炉3采用热管式余热锅炉3进行换热。余热锅炉3产生热蒸汽，采用蒸汽轮机 4做功发电。本发明可以根据冶炼炉系统出口烟气温度要求，调节膜式水冷壁11的布置面积 和鼓风机2的风量。具体安装方式所述的进风口 201对应的鼓风机2为风量可调节的大型风机，可根据炉内反馈的 温度信息调节风量；膜式水冷壁11装于炉膛净空区20周围；热管式余热锅炉3安装于冶炼 炉系统的排气出口处，余热锅炉3后安装蒸汽轮机4及与其相匹配的发电机5，冷却后的烟 气通过除尘器6由引风机7抽往烟囱8排放。如图3所示，根据硅冶炼炉具体功率情况，可以采用仅通过鼓风机2鼓风冷却的方 式冷却烟气、保护电极，而后通过在硅冶炼炉外部布置余热锅炉3的方式回收烟气余能。如图4所示，根据硅冶炼炉具体功率情况，可以采用仅通过布置辐射受热面1的方 式冷却烟气、保护电极，而后通过在矿热炉外部布置余热锅炉3回收烟气余能。如图5所示，根据矿热炉具体功率情况，可以既布置辐射受热面1吸收部分反应生 成气体的余热，同时又通过鼓风机2鼓风冷却，而后再通过余热锅炉3吸收矿热炉系统的排 气余能。本发明的重点就在于在炉膛净空区内安装辐射受热面；在冶炼炉系统烟气出口 布置余热锅炉。以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能以此限定本发明实施的范围，即依 本发明申请专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范 围内。
权利要求
一种硅冶炼炉余能回收工艺，其特征在于(1)在二层炉膛净空区内安装辐射受热面，使硅冶炼炉炉膛烟气温度下降；(2)在炉膛净空区下部开进风口鼓风，再次降低炉膛烟温以保护电极；(3)在三层炉罩的烟气出口处安装余热锅炉回收冶炼炉系统排气余热；(4)余热锅炉产生的蒸汽通过汽轮机做功，并带动发电机发电。
2.一种硅冶炼炉余能回收装置，所述的硅冶炼炉包括一层原料反应区，二层炉膛净空 区，三层炉罩；其特征在于它主要由辐射受热面、鼓风机、余热锅炉、蒸汽汽轮机和发电机 组组成；所述的辐射受热面安装于二层炉膛净空区；在二层炉膛净空区的下部开设鼓风机进风 口，鼓风机通过管道连接该进风口 ；余热锅炉通过管道与炉罩的烟气出口连接；余热锅炉 的排气管道连接除尘器，除尘器通过管道与引风机连接；引风机的另一端连接烟 ；余热 锅炉产生蒸汽并连接蒸汽汽轮机，带动与蒸汽轮机连接的发电机组发电。
3.根据权利要求2所述的硅冶炼炉余能回收装置，其特征在于所述的辐射受热面布 置于炉膛净空区，并把炉膛净空区封闭或半封闭的包围起来。
4.根据权利要求2或3所述的硅冶炼炉余能回收装置，其特征在于所述的辐射受热 面由若干片膜式水冷壁和隔磁材料组成；若干片膜式水冷壁依序连接，在两片膜式水冷壁 之间采用隔磁材料间隔，以避免产生电磁涡流。
全文摘要
本发明公开了一种硅冶炼炉余能回收工艺及其装置，其工艺部分主要通过辐射吸热、空气冷却、热管换热等方式回收余能；装置部分主要由膜式水冷壁受热面、风机、余热锅炉、蒸汽轮机、发电机组等组成，辐射受热面安装于二层炉膛净空区；鼓风机通过管道连接二层炉膛净空区的下部的进风口；余热锅炉通过管道与炉罩的烟气出口连接；余热锅炉的排气管道连接除尘器。由于本发明通过安装辐射受热面，使硅冶炼炉炉膛的排气温度下降，保护硅冶炼炉电极并部分回收冶炼炉排气热量；通过在硅冶炼炉的二层空间下部鼓进冷空气，再次降低炉膛烟温，保护电极；利用余热锅炉回收冶炼炉系统排气余热，进一步减少冶炼炉排烟的热损失；并采用蒸汽轮机发电机组实现系统余热回收的发电利用。
文档编号F01D15/10GK101936666SQ20101029683
公开日2011年1月5日 申请日期2010年9月17日 优先权日2010年9月17日
发明者何宏舟, 李志伟, 邹峥, 郑木辉, 黄庆耀 申请人:集美大学