[发明专利]一种碳化硅冶炼炉顶气收集及处理一体化装置

说明书

本发明提供了一种碳化硅冶炼炉顶气收集及处理一体化装置，包括炉顶集气构件、炉顶气处理装置和水循环系统，实现了将碳化硅炉顶气收集并回收炉顶气CO及热量等有价资源的目的。本发明的可开闭式柔性棚罩达到了满足碳化硅炉型结构、加料、出料方式等需求，具有对装、出炉过程影响小的特点；本发明实现了将炉顶气降温、脱尘、脱水、提供炉顶棚罩密封用循环蒸汽、外供蒸汽的效果，本发明采用水蒸汽循环的方式实现了冶炼炉及柔性棚罩内保持正压并进而避免空气向冶炼炉内泄露造成的安全隐患；本发明采用喷水蒸汽、水的方式改善并保证了柔性棚罩使用寿命和密封性能，具有热量回收和炉顶气冷却充分、寿命长、安全可靠、结构紧凑，场地空间占用小的特点。

技术领域

本发明属窑炉技术领域，尤其是一种碳化硅冶炼炉顶气收集及处理一体化装置。

背景技术

目前，工业化的碳化硅炉在冶炼碳化硅过程中的炉顶气直接排放到大气中时，存在炉顶气中一氧化碳等有价资源浪费和炉顶气中有机挥发物、粉尘造成大气污染等现象。现有技术受碳化硅冶炼炉的结构（如大型的碳化硅冶炼炉硅长达100米、宽达8米，且又采用炉顶敞开式的加料、出料的方式）的限制，要么存在使碳化硅炉装炉及出炉周期长、要么存在二次燃烧回收热量投资大、要么存在安全隐患、要么存在CO燃烧成CO₂的二次污染等等缺陷。因此，若能提供一种直接收集碳化硅冶炼炉顶气、对碳化硅炉装、出炉生产影响小、可避免空气向冶炼炉内泄露造成安全隐患、可使炉顶气温度降低并可实现炉顶气热量回收的碳化硅冶炼炉顶气收集及处理装置，对提高碳化硅生产的经济效益和环保效益具有积极意义。

发明内容

本发明的发明目的：主要针对上述情况，为克服现有技术之缺点，本发明之目的就是提供一种直接收集碳化硅冶炼炉顶气、对碳化硅炉装、出炉生产影响小、可使炉顶气温度降低并可实现炉顶气热量回收、可避免空气向冶炼炉内泄露造成安全隐患、结构紧凑、空间场地占用小的碳化硅冶炼炉顶气收集及处理一体化装置。

本发明的技术方案为：提供了一种碳化硅冶炼炉顶气收集及处理一体化装置，包括炉顶集气构件、炉顶气处理构件和水循环系统，炉顶集气构件由集气部件、液封箱座、一对罩顶开闭控件、一对伸缩密封顶罩、控温控压组件构成，控温控压组件由喷汽喷水组件、测压器件和测温器件构成，集气部件为由倾斜向下的斜降管、垂直向下的直降管及外廓为拱桥形的集气槽连通而成的集气导气部件，集气槽由一块水平的集气槽顶板、两块直立的集气槽端板和两块倒“凹”形的、直立的集气槽侧板围成的断面为“ㄈ”形的槽箱件，斜降管经斜降管插装孔固定于集气槽端板且与集气槽相通连，直降管为上端设有炉顶气放空阀的管件，斜降管与直降管的中段密闭相通连，集气槽侧板的外侧分别设有柔性密封板，每个集气槽上设有一个蒸汽管过孔和一个喷水管过孔，集气槽上还分别设有测压器件插装孔和测温器件插装孔，测压器件和测温器件分别插装固定于测压器件插装孔和测温器件插装孔，液封箱座由两个相互平行的端墙框板、两个上端面开口的且装有密封液体的U形的平底槽件构成，两个平底槽件相互平行、形状一致且对称的位于两个端墙框板之间，平底槽件的长度方向与端墙框板垂直，每个平底槽件包括一块底板和两个侧立箱板，端墙框板为长方形板框部件，每个平底槽件的两端分别密闭的固定于端墙框板的下段部位，每个端墙框板的下端面与两个平底槽件的底面之间均分别固定有一个相互平行的矩形的平置垫板，每个端墙框板上设有一个推拉杆过孔，每个推拉杆过孔的周围均设有多个固定螺钉孔，推拉杆过孔位于两个平底槽件之间的端墙框板的对称轴线位置且均与平底槽件的上端沿的位置相匹配，每个平底槽件内侧的侧立箱板上均设有水平导轨，两个水平导轨相互平行且与推拉杆过孔的中心轴线的走向一致，集气部件位于平底槽件的中间对称轴线位置，集气部件的集气槽端板与液封箱座的侧立箱板平行相贴的固定在一起，集气槽的下端边缘位于液封箱座内且与底板固定在一起，罩顶开闭控件对称的位于集气部件的两侧，每件罩顶开闭控件由一件输出轴为推拉杆式的伸缩驱动器件和两件伸缩机构构成，伸缩驱动器件的推拉式的推拉输出轴分别插装于推拉杆过孔，伸缩驱动器件经旋装于固定螺钉孔内的螺钉密封的固定于液封箱座之外，推拉输出轴的中心轴线与推拉杆过孔的中心轴线重合且水平，平置垫板的中心对称轴线部位的上表面设有轴承立柱，轴承立柱内安装有铰轴轴承，铰轴轴承的中心轴线与推拉输出轴的中心轴线垂直交叉且与水平面垂直，铰轴轴承与端墙框板之间的距离与推拉输出轴的行程相匹配，每件伸缩机构由一个首节铰轴、多个顶角铰轴、一个调节摆杆定位铰轴、多个中铰轴、一个尾节铰轴及一套伸缩臂组件构成，首节铰轴为中段为铰轴段、两端为联轴器套装段的轴件，顶角铰轴为一端为缩径轴段的螺钉状轴件，调节摆杆定位铰轴为下段为扩径定位轴段、中部为铰轴段、上段为六棱棒杆段的部件，中铰轴为下段为圆铰轴段、上段为六棱杆棒段的轴件，尾节铰轴为由尾铰立轴和断面为倒“L”形长杆连接而成的部件，尾节铰轴的尾铰立轴位于倒“L”形长杆的中心对称轴线部位，倒“L”形长杆上设有多个均布的支撑密封板连接孔，首节铰轴的中心轴线、调节摆杆定位铰轴的中心轴线、中铰轴的中心轴线、尾节铰轴的中心轴线均相互平行且位于同一直立平面，所有的顶角铰轴的中心轴线均与水平面垂直，伸缩臂组件由一付首节摆杆、一付调节摆臂杆、多付长摆臂杆及一付尾臂杆构成，每付首节摆杆由两个形状一致、位置匹配且首端均设有首节铰轴插装孔、尾端设有首节顶角铰轴孔的杆件构成，每付调节摆臂杆由两个形状一致、位置匹配且首端均设有调节杆首铰轴孔、尾端均设有调节杆尾铰轴孔、中间设有调节杆定位铰轴孔的杠件构成，每付长摆臂杆由两个形状一致、位置匹配且中心对称轴处设有臂中铰轴孔、首尾两端部均对称的设有长摆杆端铰轴孔的杆臂件构成，每付尾臂杆由两个形状一致、位置匹配且首端设有尾臂杆首铰轴插装孔、尾端设有尾杆铰轴孔的臂杠件构成，每付首节摆杆的首节铰轴插装孔分别套装于首节铰轴中段的铰轴段，每付首节摆杆的尾端的首节顶角铰轴孔与每付调节摆臂杆首端的调节杆首铰轴孔分别对应套装于顶角铰轴的缩径轴段，每付调节摆臂杆的调节杆定位铰轴孔分别对应的套装于调节摆杆定位铰轴中部的铰轴段，每付调节摆臂杆尾端的调节杆尾铰轴孔与每付长摆臂杆首端的长摆杆端铰轴孔分别对应铰接于一个顶角铰轴的缩径轴段，每付长摆臂杆的臂中铰轴孔分别对应的铰接于中铰轴下段圆铰轴段，每付长摆臂杆尾端的长摆杆端铰轴孔与另一付长摆臂杆首端的长摆杆端铰轴孔分别对应铰接于一个顶角铰轴的缩径轴段，伸缩臂组件中的最尾处的长摆臂杆尾端的长摆杆端铰轴孔与尾臂杆首端的尾臂杆首铰轴插装孔分别对应铰接于一个顶角铰轴的缩径轴段，伸缩臂组件中的每付尾臂杆尾端的尾杆铰轴孔分别对应的铰接于尾节铰轴的尾铰立轴，首节摆杆上的首节铰轴插装孔的中心轴线与首节顶角铰轴孔的中心轴线之间的距离和调节摆臂杆首端的调节杆首铰轴孔的中心轴线与调节杆定位铰轴孔的中心轴线的距离相等，调节杆定位铰轴孔的中心轴线与调节摆臂杆尾端的调节杆尾铰轴孔的中心轴线之间的距离和长摆臂杆上的臂中铰轴孔中心轴线与长摆杆端铰轴孔中心轴线之间的距离相等，长摆臂杆上的臂中铰轴孔的中心轴线与长摆杆端铰轴孔的中心轴线之间的距离和尾臂杆首铰轴插装孔中心轴线与尾杆铰轴孔的中心轴线之间的距离相等，伸缩驱动器件的推拉输出轴与伸缩机构的首节铰轴之间设有异形联轴器，每件伸缩密封顶罩分别对称的位于集气部件与端墙框板之间，伸缩密封顶罩为由多个棚罩顶撑构件、一个支撑密封板与一个叠折式伸缩的柔性棚罩构成的组件，支撑密封板为“M”形的直立板块，支撑密封板经尾节铰轴上的多个支撑密封板连接孔内的螺钉与尾节铰轴固定在一起，棚罩顶撑构件为由一个直立撑管和一个上拱弧状的横撑杆构成的“T”构件，直立撑管位于棚罩顶撑构件的横撑杆的中心对称轴线部位，横撑杆的两端分别对称设有直立边撑杆，横撑杆上经轮架连接固定有相互对称且位于直立边撑杆之间的导向支撑轮，直立边撑杆的下端分别位于平底槽件之内且两个直立边撑杆之间的距离与两个水平导轨之间的距离匹配，导向支撑轮的轮面与水平导轨轨面匹配相贴，棚罩顶撑构件上的一个直立撑管紧密的插装固定于调节摆杆定位铰轴的六棱棒杆段上，棚罩顶撑构件上的多个直立撑管分别一一对应的插装固定于多个中铰轴的六棱杆棒上，柔性棚罩为中间设有多个叠折皱褶的密封膜罩，柔性棚罩的一端与端墙框板的内侧密闭相连，柔性棚罩的另一端与支撑密封板的内侧面密闭相连，柔性棚罩的底边沿与直立边撑杆相贴处连接固定于直立边撑杆的下端，柔性棚罩的每个叠折皱褶的凸缘部位分别一一对应的与一个棚罩顶撑构件匹配的连接在一起，柔性棚罩的叠折皱褶凸缘与棚罩顶撑构件的形状、走向、个数相一致，棚罩顶撑构件位于柔性棚罩轮廓之内，柔性棚罩的下边缘位于平底槽件之内且在密封液体液面之下，炉顶气处理构件包括炉顶气降温脱尘-蒸汽制取器件、储汽包，炉顶气降温脱尘-蒸汽制取器件为设有热气总进管构件、冷却气出口管、蒸汽出口管和循环水补充管的水-蒸汽循环再生装置，储汽包为设有进汽口、出汽口的蒸汽储存容器，炉顶气处理构件的长度方向与炉顶集气构件的长度方向的走向相一致，炉顶集气构件的集气部件与炉顶气处理构件的热气总进管构件相邻，直降管的下端口与炉顶气降温脱尘-蒸汽制取器件的热气总进管构件相通相连，炉顶气降温脱尘-蒸汽制取器件由气流匀布器件、液位计和箱壳组件构成，气流匀布器件由多个均气管、一个均气管插装内架、一个断面为倒立等腰三角形状的均气管固定外架构成，均气管插装内架为由两个形状一致的斜立侧板围成的断面为倒“V”形架件，斜立侧板上设有多排均气管插装孔，均气管固定外架为由两个形状一致的斜置侧板和一个水平盖板围成，斜置侧板设有多排均气管固定孔，水平盖板设有一排均布的炉顶气支管固定孔，均气管插装内架的斜立侧板开口的一端与均气管固定外架的水平盖板固定在一起，均气管插装内架的两个斜立侧板分别与均气管固定外架的两个斜置侧板相互对应、平行，相互平行的斜立侧板与斜置侧板之间的距离小于均气管的长度，相互平行的一对斜立侧板与斜置侧板上的均气管插装孔的个数与均气管固定孔的个数相等，均气管插装孔与均气管固定孔一一对应，相互一一对应的均气管插装孔和均气管固定孔的中心轴线重合，均气管为内腔由渐缩锥管经光滑匹配的喉口直管与渐扩锥管相通连而成的管件，均气管的喉口直管处设有一个以上的径向通孔，径向通孔与均气管的中心轴线垂直，径向通孔的内径与喉口直管的内径匹配，均气管插装内架与均气管固定外架的两端分别由一块堵头板密闭的连接在一起，箱壳组件由水平断面为长方形状的筒状外壳、壳筒顶盖、水箱底板、倒梯台状的底壳和两个水箱侧立箱板构成，壳筒顶盖为四边外廓与筒状外壳的内廓一致的平板件，壳筒顶盖的对称轴线上设有多个炉顶气插装密封管件，水箱底板为边部设有多个均布的透气通孔、且四边外廓与筒状外壳的内廓匹配的板件，底壳大口端的端面与筒状外壳的下端面匹配且密闭的固定在一起，壳筒顶盖、水箱底板相互平行均密闭匹配的固定于筒状外壳的内侧壁，水箱底板的下表面设有导风裙板，导风裙板位于透气通孔所在区域之内且导风裙板的高度大于冷却气出口管的外径，壳筒顶盖位于筒状外壳的上顶端，水箱底板位于筒状外壳的下段，水箱底板与筒状外壳间隙的水平断面的面积与冷却气出口管的内断面的面积匹配，水箱侧立箱板为设有多排换热管插装固定孔、且高度和长度分别与筒状外壳的高度、宽度相匹配的立板件，每块水箱侧立箱板相互平行且均与壳筒顶盖上的一排炉顶气插装密封管件的中心轴线所在的直立平面平行，每块水箱侧立箱板的下端位于边部透气通孔之内并密闭的与水箱底板固定在一起，水箱侧立箱板的上端位于炉顶气插装密封管件两侧并与壳筒顶盖密闭固定相连，水箱侧立箱板的两侧端面分别匹配密闭的与筒状外壳两端的内壁固定相连，热气总进管构件由为一个直立的进气总管、多个均布的、直立的炉顶气支管 和一个“人”形分气管相通相连而成的分气管件，“人”形分气管的两端分别设有集尘器，炉顶气支管的位置与炉顶气插装密封管件、气流匀布器件上的炉顶气支管固定孔的位置一一对应、个数相等，炉顶气支管分别插装于炉顶气插装密封管件、炉顶气支管固定孔，炉顶气支管的下端密封的与气流匀布器件固定相连，筒状外壳及气流匀布器件的长度方向与进气总管的中心轴线走向一致，每个水箱侧立箱板上的换热管插装固定孔的个数与相邻的气流匀布器件上的均气管的个数相等，换热管插装固定孔与均气管位置一一对应，一一对应的换热管插装固定孔与均气管的中心轴线相重合，中心轴线相重合的换热管插装固定孔与均气管之间匹配的设有一个换热支管，换热支管的一端密闭的与均气管的一端密闭相通连，换热支管的另一端插装于换热管插装固定孔并与水箱侧立箱板密闭的固定在一起，冷却气出口管位于水箱底板和倒梯台状的底壳的上端面之间并与筒状外壳固定相通连，底壳的大开口端设有底座架，底壳的小开口端密封的固定有清污螺旋输送机，清污螺旋输送机的出口处设有常闭式排污阀，循环水补充管位于两个水箱侧立箱板之间、水箱底板之上且相通相连的固定于筒状外壳，两个水箱侧立箱板之间、位置低于导风裙板的筒状外壳上设有冷凝循环水排出管，循环水补充管与冷凝循环水排出管位置上、下对应，液位计的下端与循环水补充管相通相连，液位计的上端与蒸汽出口管相通相连，蒸汽出口管上分别设有蒸汽压力表、安全阀和蒸汽输出阀，蒸汽出口管经蒸汽循环内供阀与储汽包的进汽口相通连。