CN102275927A - 燃气电弧双热式蓄热余热废气回燃环保节能高效炼硅炉 - Google Patents

燃气电弧双热式蓄热余热废气回燃环保节能高效炼硅炉 Download PDF

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Abstract

一种燃气电弧双热式蓄热余热废气回燃环保节能高效炼硅炉，包括电弧一次加热和燃料燃烧二次加热；电弧一次加热包括导热炉胆，该导热炉胆内部为第一加热室，其底部设有熔料坩锅，在第一加热室内设有对物料进行加热的电弧电极，在导热炉胆壁上还设有倾斜的二次加热火焰孔，在导热炉胆顶部设有自动进料口；燃料燃烧二次加热包括在导热炉胆外围设有一隔热套，该隔热套与导热炉胆之间的空间为第二加热室，在隔热套上设有燃烧器，该燃烧器向第二加热室内喷射火焰，燃烧器与蓄热体连接；第一加热室和第二加热室的热烟经燃烧器的热烟出口进入蓄热体，再经燃烧器的热咽气进口被二次燃烧。

Description

燃气电弧双热式蓄热余热废气回燃环保节能高效炼硅炉
技术领域
本发明涉及硅冶炼炉，主要是指一种燃气电弧双热式蓄热余热废气回燃环保节能高效炼硅炉。
背景技术`
传统的硅合金冶炼炉，单一采用电弧加热方式，由于电弧加热是点式由下至上向外放热，在冶炼硅铁合金、硅猛合金、99％硅时，需配料加入约1/4吨的兰炭、焦煤，电弧加热方式由于其电弧产热特性无法将高温反应过程所产生的大量一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、废气余热(相当于总输出热能量的50％左右)回收进行二次利用，直接排放，在高能耗同时造成高污染大气。
发明内容
本发明的目的是提供一种燃气电弧双热式蓄热余热废气回燃环保节能高效炼硅炉，通过采用电弧一次加热和燃料燃烧二次加热方式，将电弧所产生的废气余热再经二次燃烧，同时对排放的废烟进行除尘处理，达到了节能、环保和提高效率的效果，较好地克服了现有炼硅炉长期存在的问题。
实现本发明的技术方案是：这种炼硅炉包括燃料燃烧二次加热和电弧一次加热，其中：
电弧一次加热包括导热炉胆，该导热炉胆内部为第一加热室，其上面设有顶盖，底部设有熔料坩锅，熔料坩锅上面装入物料，在第一加热室内设有对物料进行加热的电弧电极，在导热炉胆壁上还设有倾斜的二次加热火焰孔，在顶盖上设有自动进料口，在顶盖圆周表面上连接有烟道，该烟道一端连通第一加热室，另一端连接旋风式振荡余热回收除尘器；
燃料燃烧二次加热包括在导热炉胆外围设有一隔热套，该隔热套与导热炉胆之间的空间为第二加热室，在隔热套上设有燃烧器，该燃烧器向第二加热室内喷射火焰，燃烧器与蓄热体连接，在第二加热室顶面设有隔热层，该隔热层上面设有炉面工作平台，在第二加热室下面设有清灰门，第二加热室的热烟经二次加热火焰孔进入第一加热室，第二加热室的热量经导热炉胆传导给第一加热室加热。
第一加热室和第二加热室的热烟再经燃烧器的热烟出口排出进入蓄热体，再经燃烧器的热咽气进口被二次燃烧。
该技术方案还包括：
所述的燃烧器包括燃烧器A和燃烧器B，所述的蓄热体包括蓄热体A和蓄热体B；其中燃烧器A和燃烧器B分别经蓄热体A、换向阀和蓄热体B交替工作，燃烧器A和燃烧器B设有热烟气进口和热烟气出口，蓄热体A和蓄热体B分别设有热烟气进口和热烟气出口，其中燃烧器A和燃烧器B的热烟气入口和热烟气出口分别经燃烧器A和燃烧器B的热烟气进口和热烟气出口接换向阀。蓄热体A和蓄热体B下端分别设有出灰口，在出灰口上设有出灰门。
所述的燃烧器是一喷嘴，该喷嘴上设有点火器、燃料进口、热烟气进口、热烟气出口和法兰，其中喷嘴通过法兰固定在蓄热体A和蓄热体B内，热烟气出口与第二加热室相通。
所述的炉面工作平台内设有冷水通道对炉面工作平台进行冷却。
所述的炉面工作平台上还设有第二加热室防爆门，该第二加热室防爆门连通第二加热室。
所述的烟道上还设有第一加热室防爆门。
所述的旋风式振荡余热回收除尘器下端分别设有连接烟道和除尘沉淀池的接烟道口和接沉淀池口，在接烟道口上方设有除尘喷淋器，该除尘器上端设有连接除尘室的接除尘室口，在除尘器上部还设有预热空气出口，在除尘器下部还设有预热空气进口和振荡器。
所述的导热炉胆包括熔料坩锅、热传导材料胆体和顶盖，其中熔料坩锅上端连接热传导材料胆体，热传导材料胆体上端通过炉面工作平台连接顶盖。
所述的倾斜的二次加热火焰孔的倾斜方向为在第一燃烧室的孔口低，在第二燃烧室的孔口高。
所述的导热炉胆上部圆周表面还设有人工进料门。
本发明具有的有益效果：本炼硅炉采用二次燃烧加热技术，在电弧加热同时采用燃气蓄热复式高效燃烧，将电弧炉所产生废气余热经二次燃烧后可节能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，节能减排效果显著。本发明燃气燃烧效率达99％，一次能源与二次能源利用效率差50％以上，综合效率大于65％以上，比较单热电弧加热冶炼效率提高一倍以上。
附图说明
图1是本发明的总体外形立体示意图。
图2是图1的剖视图。
图3是图2的平面示意图。
图4是图1的俯视图。
图5是图1的燃烧器示意图。
图6是本发明的旋风式振荡余热回收除尘器示意图。
图7是本发明的蓄热体换热装置示意图。
图8是本发明的是蓄热预热助燃空气与节约燃料比率关系表，其中数字10-70表示燃烧节能率％，数字200-1400表示蓄热预热助燃空气温度℃，图中曲线表示未蓄热回收排出的烟气温度曲线。
图中：1炉体底座支架、2底座承重桩、3蓄热体B、31电磁阀、32蓄热体A、33鼓风机、34换向阀、35引风机、36排烟管、37蓄热体B、4熔料坩锅、41坩锅出料口、5隔热套、51除尘器固定吊环、52接除尘室口、53预热空气出口、54除尘喷淋器、55接沉淀池口、56接烟道口、57预热空气进口、6二次加热火焰孔、61点火器、62燃料进口、63热烟气进口、64热烟气出口、65法兰、7隔热层、8炉面工作平台、9第二加热室防爆门、10人工进料门、11顶盖、12第一加热室防爆门、13烟道、131电动通风阀、14冷水通道、15第二加热室、16电弧电极、17第一加热室、18导热炉胆、19蓄热体A、20燃烧器、21二次燃烧室清灰门、22自动进料口、23顶盖吊环、24炉体外壳、26出灰门、27挂环、28热传导材料胆体、29喷嘴、50旋风式振荡余热回收除尘器、60振荡器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图所示，本炉(圆形)包括二次加热及二次加热结构，二次加热分为电弧加热和燃料(燃气)燃烧加热，为此设置第一加热室17和第二加热室15，第一加热室17为电弧加热，第二加热室15为燃烧器20(燃料/燃气)燃烧加热。
第一加热室17是包括导热炉胆18，导热炉胆18内部为第一加热室17，导热炉胆18由熔料坩锅4、热传导材料胆体(热传导材料包括石墨炭砖)28和顶盖11组成，熔料坩锅4在底部，其上端连接热传导材料胆体28，热传导材料胆体28上端通过炉面工作平台8连接顶盖11，在熔料坩锅4上有坩锅出料口41，
熔料坩锅4上面是物料，在第一加热室17内均布有3个电弧电极16对物料进行加热(见图1)，在热传导材料胆体28壁上还设有内低外高倾斜的二次加热孔6，设置这种倾斜孔可以防止物料进入第二加热室15，在顶盖11上设有自动进料口22，在顶盖11圆周表面还设有烟道13，烟道13一端连通第一加热室17，另一端连接旋风式振荡余热回收除尘器50，在烟道13还有防止第一加热室17内部压力过高的第一加热室防爆门12，在烟道13出口还设有电动通风阀131，顶盖11圆周表面还设有人工进料门10，在顶盖11上还有3个用于吊起导热炉胆18的顶盖吊环23(见图1)。
第二加热室15包括在导热炉胆18外面增加一隔热套(隔热墙)5，隔热套5采用包括耐火砖的隔热保温材料，隔热套5外面是炉体外壳24，隔热套5与导热炉胆18之间是空腔，该空腔即为第二加热室15，在炉体外壳24上设有蓄热体，蓄热体内是燃烧器20，蓄热体为蓄热体A和蓄热体B，分设在炉体外壳24的两侧，燃烧器20为2个一组，2个燃烧器20分别设置在蓄热体A和蓄热体B上，燃烧器20向第二加热室15内喷射火焰，第二加热室15产生的热经热传导材料胆体28进入第一加热室17，第二加热室15产生的热烟气经倾斜的二次加热孔6进入第一加热室17，给物料加热，第二加热室15产生的热烟气再交替经蓄热体A和蓄热体B向燃烧器20的喷嘴29的热烟气进口63提供助燃气体，在第二加热室15顶面设有隔热层7，隔热层7上面设有工人作业的炉面工作平台8，炉面工作平台8内有多条冷水通道14用以对炉面工作平台8降温，在炉面工作平台8上还安装有第二加热室防爆门9，第二加热室防爆门9下端连通第二加热室15，其上端通大气，在第二加热室15下面均布有3个清灰门21。
燃烧器20(见图5)是一喷嘴29，喷嘴29由点火器61、燃料进口62、热烟气进口63、热烟气出口64、法兰65组成，燃料进口62接燃料管道，热烟气进口63和热烟气出口64分别与蓄热体A、B的热烟气进口和热烟气出口连接，喷嘴29通过法兰65固定在炉体外壳24上。
蓄热体换热装置(见图7)由电磁阀31、蓄热体A(32)、鼓风机33、换向阀34、引风机35、排烟管36、蓄热体B(37)组成；燃烧器20为两个，一个与蓄热体A连接，另一个与蓄热体B连接，喷嘴29产生的热烟气经喷嘴29的热烟气出口64分别进入蓄热体A和蓄热体B，在换向阀34的作用下，再交替进入热烟气进口63，起到助燃节能作用，蓄热体A和蓄热体B通过挂环27挂在炉体外壳24上。
旋风式振荡余热回收除尘器50(见图6)由除尘器固定吊环51、接除尘室口52、预热空气出口53、除尘喷淋器54、接沉淀池口55、接烟道口56、预热空气进口57组成；除尘器50下端是一三通结构，里面有除尘喷淋器54，用于对粉尘喷洒水，下端接沉淀池口55连接沉淀池，侧面的接烟道口56连接烟道13，其上端的接除尘室口52连接除尘室，在除尘器50上部还设有连接储热体A、B的预热空气出口53，在除尘器50下部还设有连接鼓风机的预热空气进口57，还有用于使除尘器50产生震动除灰的振荡器60，烟灰经由下端出灰口的出灰门26排出。
工作原理：
将矿石及配料分类破碎，按配比混合，输送到料仓，然后启动蓄热体换热装置(见图7)的抽风机、鼓风机，这时先点燃二次加热中蓄热体A或B内的燃烧器A或B，当蓄热体A或B内的蓄热温度达到800-1000℃时，通过换向阀交替吸储、换热交替将二个加热室烟气通过蓄热体换热装置的抽风机抽送至蓄热式燃烧器A或B进行空气预热混合二次高温燃烧，当燃烧器A工作时，燃烧器B就蓄热，反之则当燃烧器B工作时，燃烧器A就蓄热，第二加热室的热烟经二次加热火焰孔进入第一加热室，第二加热室的高温经石墨炭砖胆体传导进入第一加热室，使第一加热室升温到1200℃以上，此时将料仓按比例混合好的矿料输送至第一加热室内加热，接通第一加热室内的3个电弧电极，开始产生电弧一次加热，第一加热室坩埚里的矿料被加热升温至1600-1650℃溶化，热化学反应一个周期结束，二次加热燃烧器减到小火保温燃烧，用开炉电极打开坩埚出料口，排放溶化后的矿料高温溶液至炉外冷却。堵塞坩埚出料口进行第二轮装料加热冶炼。见附图8″预热空气温度与燃料节约率关系表″。
矿料装入电弧一次加热内胆料仓经高温加热即产生大量一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫经蓄热体换热装置引风机引到A或B燃烧器蓄热体，通过换向阀交替蓄热放热进行二次1400℃以上高温燃烧减少污染气体排放，多余的废热烟最后经除尘器处理后排放。
当第一加热室、第二加热室内的压力过大时，可打开第一加热室防爆门、第二加热室防爆门排放减压。当可燃烧性废气超过二次废气燃烧室最大燃烧量时，通过检测指令自动开启烟窗电动通风阀启动旋风除尘器引风机经旋风除尘器排放过量的可燃气体防止爆燃，验测气体在安全燃烧范围内后，关闭烟窗电动通风阀和旋风除尘器引风机恢复正常燃烧状态。
蓄热式燃烧器的工作原理(如图5所示)：从鼓风机出来的常温空气由换向阀切换进入蓄热式燃烧器B后，在经过蓄热式燃烧器B(陶瓷球或蜂窝体)时被加热，在极短时间内常温空气被加热到接近炉膛温度(一般比炉温低50～100℃)，被加热的高温空气进入炉膛后，卷吸周围炉内的烟气形成一股含氧量大大低于21％的稀薄贫氧高温气流，同时往稀薄高温空气附近注入燃料(燃油或燃气)，燃料在贫氧(2～20％)状态下实现燃烧；与此同时，炉膛内燃烧后的热烟气经过另一个蓄热式燃烧器A排入大气，炉膛内高温热烟气通过蓄热式燃烧器A时，将显热储存在蓄热式燃烧器A内，然后以低于150℃的低温烟气经过换向阀排出。工作温度不高的换向阀以一定的频率进行切换，使两个蓄热式燃烧器处于蓄热与放热交替工作状态，从而达到节能和降低Nox排放量等目的，常用的切换周期为30～200秒。

Claims (10)

1.一种燃气电弧双热式蓄热余热废气回燃环保节能高效炼硅炉，其特征是包括电弧一次加热和燃料燃烧二次加热；其中
电弧一次加热包括导热炉胆，该导热炉胆内部为第一加热室，其上面设有顶盖，底部设有熔料坩锅，熔料坩锅上面装入物料，在第一加热室内设有对物料进行加热的电弧电极，在导热炉胆壁上还设有倾斜的二次加热火焰孔，在顶盖上设有自动进料口，在顶盖圆周表面上连接有烟道，该烟道一端连通第一加热室，另一端连接旋风式振荡余热回收除尘器；
燃料燃烧二次加热包括在导热炉胆外围设有一隔热套，该隔热套与导热炉胆之间的空间为第二加热室，在隔热套上设有燃烧器，该燃烧器向第二加热室内喷射火焰，燃烧器与蓄热体连接，在第二加热室顶面设有隔热层，在隔热层上面设有炉面工作平台，在第二加热室下面设有清灰门，第二加热室的热烟经二次加热火焰孔进入第一加热室，第二加热室的热量经导热炉胆传导给第一加热室加热；
第一加热室和第二加热室的热烟再经燃烧器的热烟出口排出进入蓄热体，再经燃烧器的热咽气进口被二次燃烧。
2.如权利要求1所述的燃气电弧双热式蓄热余热废气回燃环保节能高效炼硅炉，其特征是所述的燃烧器包括燃烧器A和燃烧器B，所述的蓄热体包括蓄热体A和蓄热体B；其中燃烧器A和燃烧器B分别经蓄热体A、换向阀和蓄热体B交替工作，燃烧器A和燃烧器B设有热烟气进口和热烟气出口，蓄热体A和蓄热体B分别设有热烟气进口和热烟气出口，其中燃烧器A和燃烧器B的热烟气入口和热烟气出口分别经燃烧器A和燃烧器B的热烟气进口和热烟气出口接换向阀。
3.如权利要求1所述的燃气电弧双热式蓄热余热废气回燃环保节能高效炼硅炉，其特征是所述的燃烧器包括喷嘴，该喷嘴上设有点火器、燃料进口、热烟气进口、热烟气出口和法兰，其中热烟气出口与第二加热室相通。
4.如权利要求1所述的燃气电弧双热式蓄热余热废气回燃环保节能高效炼硅炉，其特征是所述的炉面工作平台内设有冷水通道对炉面工作平台进行冷却。
5.如权利要求1所述的燃气电弧双热式蓄热余热废气回燃环保节能高效炼硅炉，其特征是所述的炉面工作平台上还设有第二加热室防爆门，该第二加热室防爆门连通第二加热室。
6.如权利要求1所述的燃气电弧双热式蓄热余热废气回燃环保节能高效炼硅炉，其特征是所述的烟道上还设有第一加热室防爆门。
7.如权利要求1所述的燃气电弧双热式蓄热余热废气回燃环保节能高效炼硅炉，其特征是所述的旋风式振荡余热回收除尘器下端分别设有连接烟道和除尘沉淀池的接烟道口和接沉淀池口，在接烟道口上方设有除尘喷淋器，该除尘器上端设有连接除尘室的接除尘室口，在除尘器上部还设有预热空气出口，在除尘器下部还设有预热空气进口和振荡器。
8.如权利要求1所述的燃气电弧双热式蓄热余热废气回燃环保节能高效炼硅炉，其特征是所述的导热炉胆包括熔料坩锅、热传导材料胆体和顶盖，其中熔料坩锅上端连接热传导材料胆体，热传导材料胆体上端通过炉面工作平台连接顶盖。
9.如权利要求1所述的燃气电弧双热式蓄热余热废气回燃环保节能高效炼硅炉，其特征是所述的导热炉胆上部圆周表面还设有人工进料门。
10.如权利要求1所述的燃气电弧双热式蓄热余热废气回燃环保节能高效炼硅炉，其特征是所述的倾斜的二次加热火焰孔的倾斜方向为在第一燃烧室的孔口低，在第二燃烧室的孔口高。
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