[发明专利]硅冶炼炉余能回收工艺及其装置

说明书

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100WT/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11000KWh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。

附图说明

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；