CN218723206U - 一种工业硅冶炼与颗粒硅生产热能耦合系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种工业硅冶炼与颗粒硅生产热能耦合系统，包括工业硅冶炼矿热炉、余热回收装置、烟气处理组件以及颗粒硅生产系统；所述工业硅冶炼矿热炉、余热回收装置、烟气处理组件通过烟气管道依次连接；所述余热回收装置通过蒸汽管道连接至颗粒硅生产系统。该热能耦合系统在现有的矿热炉增加附属设备余热回收装置将废弃的高温烟气废热转化成下游生产颗粒硅使用的180～200℃每小时216.13～273.67吨1.0～2.0Mpa(表压)的饱和蒸汽，实现上游工业硅与下游颗粒硅生产热能耦合利用，降低下游颗粒硅生产供热装置投资，减少了二氧化碳排放、能源消耗。

Description

一种工业硅冶炼与颗粒硅生产热能耦合系统

技术领域

本实用新型属于多晶硅制备领域，具体涉及一种工业硅冶炼与颗粒硅生产热能耦合系统。

背景技术

现有工业硅冶炼工艺流程：1)工业硅矿热炉→空冷器→主风机→重力+布袋除尘器→烟囱，或者2)工业硅矿热炉→空冷器→旋风除尘器→主引风机→脱硫脱硝→烟囱。工业硅冶炼生产主要指：用硅石和炭质原料在电弧炉中靠电弧放电作用，把电能转化为热能，供给加热熔炼物料所需的热，其主要冶炼原料是硅矿石和炭质还原剂，炼硅过程是无渣过程。矿热炉是工业硅主要冶炼设备，通常采用碳质或镁质耐火材料作炉衬，使用自焙电极，电极插入炉料实行埋弧操作，陆续加料，间歇式出铁及出渣，连续作业，矿热炉热量主要来自熔体电阻的焦耳热，电弧热较少或者不起弧。原料入炉后，在矿热炉高达摄氏2000℃的高温下，呈现出还原反应，工业硅冶炼产生高温烟气。当出现刺火和塌料时，烟气量将大幅上升，烟气温度将高达1200℃，33MVA工业硅矿热炉，每台矿热炉产生理论烟气量约220000Nm3/h；平均烟气温度：450℃-600℃(最高烟气温度1200℃)，若通过空气冷却器冷却至220℃后再经过除尘、脱硫、脱硝达标排放，则造成热量约15MW热损耗，工业硅冶炼生产过程产生大量高温烟气废热没有进行有效利用。

目前工业硅冶炼工艺存在外排高温烟气废热利用率低的问题，其中60％～80％的废热能被严重浪费；下游颗粒硅生产过程所需蒸汽热能耗，需再增加建设投资，建设锅炉房，造成初次设计投资成本增高，而现有工业硅冶炼废热高温烟气经过空冷器换热后外排，造成废热能利用不充分。

现行的工业硅项目、颗粒硅项目均为单独建设，未将工业硅冶炼高温废热进行回收利用至颗粒硅所需蒸汽热源，是造成光伏产业链上游硅料环节初投资成本、能源消耗居高不下的根本问题，亟待解决。

实用新型内容

实用新型目的：本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种工业硅冶炼与颗粒硅生产热耦合系统，将工业硅冶炼高温烟气废热回收利用至颗粒硅生产工序，实现高温烟气废热的有效利用，

为了实现上述目的，本实用新型采取的技术方案如下：

一种工业硅冶炼与颗粒硅生产热能耦合系统，包括工业硅冶炼矿热炉、余热回收装置、烟气处理组件以及颗粒硅生产系统；

所述工业硅冶炼矿热炉、余热回收装置、烟气处理组件通过烟气管道依次连接；

所述余热回收装置通过蒸汽管道连接至颗粒硅生产系统。

进一步地，所述的余热回收装置包括节能器、锅炉、过热器以及分汽缸；

所述节能器、锅炉、过热器依次通过烟气管道连接，从工业硅冶炼矿热炉出来的高温烟气依次进入节能器、锅炉、过热器中进行换热产生高温蒸汽，经换热后的烟气排出进入后续的烟气处理组件中处理；

所述锅炉的给水从节能器进口集箱进入，与高温烟气换热产生高温蒸汽后，送至过热器的进口集箱过热后由过热器的出口集箱送至分汽缸储存待用。

更进一步地，所述的锅炉包括上下连通的下锅筒和上锅筒，经节能器预热的热水进入上锅筒，下锅筒内热水与高温烟气换热后形成蒸汽，蒸汽部分上升至上锅筒，上锅筒内为汽水共存，蒸汽自上锅筒送至过热器。

具体地，所述的烟气处理组件包括依次设置在烟气管道上的布袋除尘器、脱硫脱硝装置以及烟囱，经换热后的烟气依次进入布袋除尘器中除尘，再进入脱硫脱硝装置中脱硫和脱硝，达到排放标准后送入烟囱外排。

进一步地，所述脱硫脱硝装置与烟囱之间的烟气管道上，还设有烟道换热器对烟气余热进行利用。

进一步地，所述余热回收装置还通过蒸汽管道连接至汽轮机发电系统，利用高温蒸汽进行发电。

进一步地，所述余热回收装置还通过蒸汽管道连接至厂区员工生活热水系统，利用高温蒸汽为厂区供应生活热水。

进一步地，所述余热回收装置还通过蒸汽管道连接至蒸汽外排系统，将产生的高温蒸汽外售给周边用户使用。

进一步地，所述余热回收装置还通过蒸汽管道连接至供暖系统，利用高温蒸汽为厂内或者厂外取暖使用。

具体地，所述颗粒硅生产系统与其他蒸汽利用系统，通过蒸汽管道相互并联连接。

有益效果：

(1)本实用新型热能耦合系统在现有的矿热炉增加附属设备余热回收装置将废弃的高温烟气废热，转化成下游生产颗粒硅使用的180～200℃每小时216.13～273.67吨 1.0～2.0Mpa(表压)的饱和蒸汽，实现上游工业硅与下游颗粒硅生产热能耦合利用，降低下游颗粒硅生产供热装置投资，减少了二氧化碳排放、能源消耗。

(2)本实用新型热能耦合系统能够实现将工业硅冶炼过程产生的烟气废热通过余热回收装置产生高温蒸汽，满足下游颗粒硅生产工序装置所需蒸汽能耗，减少下游颗粒硅生产工序所需供热装置的投资，且相比独立分开建设同样规模的颗粒硅和工业硅产能项目，每年将节约能耗20.6万的标煤消耗(当量值)，减少二氧化碳排放56.6万吨。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做更进一步的具体说明，本实用新型的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。

图1是本实用新型热能耦合系统的整体结构示意图。

图2是本实用新型热能耦合系统中余热回收装置的结构示意图。

其中，各附图标记分别代表：

1工业硅冶炼矿热炉；2余热回收装置；3布袋除尘器；4脱硫脱硝装置；5烟囱； 6颗粒硅生产系统；7汽轮机发电系统；8厂区员工生活热水系统；9蒸汽外排系统； 10供暖系统。

具体实施方式

根据下述实施例，可以更好地理解本实用新型。

说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“前”、“后”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

如图1所示，本实用新型工业硅冶炼与颗粒硅生产热能耦合系统，包括工业硅冶炼矿热炉1、余热回收装置2、烟气处理组件以及颗粒硅生产系统6。

其中，工业硅冶炼矿热炉1、余热回收装置2、烟气处理组件通过烟气管道依次连接。

余热回收装置2通过蒸汽管道连接至颗粒硅生产系统6。

工业硅冶炼矿热炉1出来的550～700℃高温烟气，经过烟道到达余热回收装置2加热产生180～200℃、每小时150吨1.6Mpa(表压)的饱和蒸汽和180～220℃的低温烟气，其中饱和蒸汽由余热回收装置2供出180～200℃蒸汽至颗粒硅生产工序6利用，以此达到能源耦合，降低投资成本、生产运营成本、二氧化碳排放。

其中，烟气处理组件包括依次设置在烟气管道上的布袋除尘器3、脱硫脱硝装置4以及烟囱5，经换热后的烟气依次进入布袋除尘器3中除尘，再进入脱硫脱硝装置4 中脱硫和脱硝，达到排放标准后送入烟囱5外排。

进一步地，所述脱硫脱硝装置4与烟囱5之间的烟气管道上，还设有烟道换热器 11对烟气余热进行利用。

如图2所示，该系统中，余热回收装置2包括节能器21、锅炉、过热器24以及分汽缸26。

其中，节能器21、锅炉、过热器24依次通过烟气管道27连接，从工业硅冶炼矿热炉1出来的高温烟气依次进入节能器21、锅炉、过热器24中进行换热产生高温蒸汽，经换热后的烟气排出进入后续的烟气处理组件中处理。

锅炉的给水从节能器21进口集箱进入，与高温烟气换热产生高温蒸汽后，送至过热器24的进口集箱过热后由过热器24的出口集箱送至分汽缸26储存待用。

锅炉包括上下连通的下锅筒22和上锅筒23，经节能器21预热的热水进入上锅筒23，下锅筒22内热水则与高温烟气换热后形成蒸汽，蒸汽部分上升至上锅筒23，上锅筒23内为汽水共存，蒸汽自上锅筒23送至过热器24。

如图1所示，为了扩大该系统的耦合作用能力，余热回收装置2还通过蒸汽管道汇总成母管，由母管供出180～200℃蒸汽后接入至汽轮机发电系统7，利用高温蒸汽进行发电，能源转化率30％-50％。

进一步地，余热回收装置2还通过蒸汽管道连接至厂区员工生活热水系统8，利用余热回收装置产出的180～200℃蒸汽经过换热后为厂区供应生活热水。

进一步地，所述余热回收装置2还通过蒸汽管道连接至蒸汽外排系统9，将余热回收装置生产出的180～200℃蒸汽外售给周边用户使用。

进一步地，所述余热回收装置2通过蒸汽管道汇总成母管，由母管供出180～200℃蒸汽至供暖系统10，利用高温蒸汽为厂内或者厂外取暖使用。

具体地，所述颗粒硅生产系统6与其他蒸汽利用系统，通过蒸汽管道相互并联连接。

本实用新型提供了一种工业硅冶炼与颗粒硅生产热能耦合系统的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (10)

1.一种工业硅冶炼与颗粒硅生产热能耦合系统，其特征在于，包括工业硅冶炼矿热炉(1)、余热回收装置(2)、烟气处理组件以及颗粒硅生产系统(6)；

所述工业硅冶炼矿热炉(1)、余热回收装置(2)、烟气处理组件通过烟气管道依次连接；

所述余热回收装置(2)通过蒸汽管道连接至颗粒硅生产系统(6)。

2.根据权利要求1所述的工业硅冶炼与颗粒硅生产热能耦合系统，其特征在于，所述的余热回收装置(2)包括节能器(21)、锅炉、过热器(24)以及分汽缸(26)；

所述节能器(21)、锅炉、过热器(24)依次通过烟气管道(27)连接，从工业硅冶炼矿热炉(1)出来的高温烟气依次进入节能器(21)、锅炉、过热器(24)中进行换热产生高温蒸汽，经换热后的烟气排出进入后续的烟气处理组件中处理；

所述锅炉的给水从节能器(21)进口集箱进入，与高温烟气换热产生高温蒸汽后，送至过热器(24)的进口集箱过热后由过热器(24)的出口集箱送至分汽缸(26)储存待用。

3.根据权利要求2所述的工业硅冶炼与颗粒硅生产热能耦合系统，其特征在于，所述的锅炉包括上下连通的下锅筒(22)和上锅筒(23)，经节能器(21)预热的热水进入上锅筒(23)，下锅筒(22)内热水与高温烟气换热后形成蒸汽，蒸汽部分上升至上锅筒(23)，上锅筒(23)内为汽水共存，蒸汽自上锅筒(23)送至过热器(24)。

4.根据权利要求1所述的工业硅冶炼与颗粒硅生产热能耦合系统，其特征在于，所述的烟气处理组件包括依次设置在烟气管道上的布袋除尘器(3)、脱硫脱硝装置(4)以及烟囱(5)，经换热后的烟气依次进入布袋除尘器(3)中除尘，再进入脱硫脱硝装置(4)中脱硫和脱硝，达到排放标准后送入烟囱(5)外排。

5.根据权利要求4所述的工业硅冶炼与颗粒硅生产热能耦合系统，其特征在于，所述脱硫脱硝装置(4)与烟囱(5)之间的烟气管道上，还设有烟道换热器(11)对烟气余热进行利用。

6.根据权利要求1所述的工业硅冶炼与颗粒硅生产热能耦合系统，其特征在于，所述余热回收装置(2)还通过蒸汽管道连接至汽轮机发电系统(7)，利用高温蒸汽进行发电。

7.根据权利要求1所述的工业硅冶炼与颗粒硅生产热能耦合系统，其特征在于，所述余热回收装置(2)还通过蒸汽管道连接至厂区员工生活热水系统(8)，利用高温蒸汽为厂区供应生活热水。

8.根据权利要求1所述的工业硅冶炼与颗粒硅生产热能耦合系统，其特征在于，所述余热回收装置(2)还通过蒸汽管道连接至蒸汽外排系统(9)，将产生的高温蒸汽外售给周边用户使用。

9.根据权利要求1所述的工业硅冶炼与颗粒硅生产热能耦合系统，其特征在于，所述余热回收装置(2)还通过蒸汽管道连接至供暖系统(10)，利用高温蒸汽为厂内或者厂外取暖使用。

10.根据权利要求6～9中任意一项所述的工业硅冶炼与颗粒硅生产热能耦合系统，其特征在于，所述颗粒硅生产系统(6)与蒸汽利用系统，通过蒸汽管道相互并联连接。

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