[發明專利]硅冶煉爐余能回收工藝及其裝置

有效

• 申請號: 201010296837.7
• 申請日: 2010-09-17
• 公開（公告）號: CN101936666A
• 公開（公告）日: 2011-01-05
• 發明（設計）人: 何宏舟;李志偉;鄒崢;黃慶耀;鄭木輝
• 申請（專利權）人: 集美大學
• 主分類號: F27D17/00
• 分類號: F27D17/00;F01D15/10
• 代理公司: 廈門市新華專利商標代理有限公司 35203
• 代理人: 朱凌

技術領域

本發明涉及新能源與高效節能技術領域，特別是涉及一種硅冶煉爐余能回收工藝及其裝置。

背景技術

金屬硅是太陽能光伏發電產業的核心材料。金屬硅是由石英沙(二氧化硅)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。金屬硅的生產工藝是通過把煤、木炭、硅石等原料投入電弧爐中，通過電弧放電提供瞬間高溫，將二氧化硅融化，以碳或石墨使之還原而成。

我國的金屬硅生產始于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，金屬硅的生產規模迅速擴張，全國已經建成投產的工業硅廠家已達600多家，形成了100WT/a以上的生產能力。目前，我國工業硅的產能、產量和出口量已均居世界首位。

金屬硅生產是高能耗行業。我國金屬硅多年來一直處于作坊式生產狀態，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硅的平均耗電量在13000KWh以上；而國外先進企業的電耗水平為11000KWh左右；我國金屬硅生產的電耗比國外先進水平高出了10～20％，節能潛力巨大！

導致我國金屬硅生產能耗高的主要原因是我國工業硅冶煉爐的熱能利用效率普遍較低。當前，我國金屬硅冶煉企業大多采取人工配料，采用爐膛敞開式的電弧爐來冶煉金屬硅。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，致使硅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硅爐的熱能利用率一般僅在50％～65％左右。

因此，設計開發一款硅冶煉爐余能回收裝置，回收硅冶煉反應生成氣體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，通過輻射受熱面和余熱鍋爐回收硅冶煉爐的排氣余能并進行發電利用，實現金屬硅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。

發明內容

本發明的一個目的在于提供一種熱能利用率高的硅冶煉爐余能回收工藝。

本發明的另一個目的在于提供一種適用面廣的硅冶煉爐余能回收裝置。

為實現上述目的，本發明的技術解決方案是：

本發明是一種硅冶煉爐余能回收工藝，(1)在二層爐膛凈空區內安裝輻射受熱面，使硅冶煉爐爐膛煙氣溫度下降，保護電極并部分回收冶煉爐排氣熱量；(2)在爐膛凈空區下部開進風口鼓風，再次降低爐膛煙溫以保護電極；(3)在三層爐罩的煙氣出口處安裝余熱鍋爐回收冶煉爐系統排氣余熱，進一步減少冶煉爐排煙的熱損失；(4)余熱鍋爐產生的蒸汽通過蒸汽帶動汽輪機做功，并帶動發電機發電，實現了系統余熱回收和發電利用。

本發明是一種硅冶煉爐余能回收裝置，所述的硅冶煉爐包括一層原料反應區，二層爐膛凈空區，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、余熱鍋爐、蒸汽輪機和發電機組組成；

所述的輻射受熱面安裝于二層爐膛凈空區；在二層爐膛凈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；余熱鍋爐通過管道與爐罩的煙氣出口連接；余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；余熱鍋爐產生蒸汽并連接蒸汽輪機，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于爐膛凈空區，并把爐膛凈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采用隔磁材料間隔，以避免產生電磁渦流。

采用上述方案后，由于本發明通過安裝輻射受熱面，使硅冶煉爐爐膛的排氣溫度下降，保護硅冶煉爐電極并部分回收冶煉爐排氣熱量；通過在硅冶煉爐的二層空間下部鼓進冷空氣，燃燒排氣中的CO并再次降低爐膛煙氣溫度，保護電極；利用余熱鍋爐回收冶煉爐系統排氣余熱，進一步減少冶煉爐排煙的熱損失；并采用蒸汽輪機發電機組實現系統余熱回收的發電利用。

通過上述工藝及結構上的發明設計，使得本發明具有保護電極、回收冶煉爐生成氣體CO的載熱能及其攜帶的化學能并發電利用、實現金屬硅冶煉過程的節能減排、熱能利用率充分的效果。本發明可根據硅冶煉爐功率的不同，采取不同的結構形式，適用面廣。

下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步的說明。

附圖說明

圖1是硅冶煉爐的結構示意圖；

圖2是本發明的結構示意圖；

圖3是本發明的第一個實施例；