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 效炼硅炉及其加热方法。

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 及其加热方法， 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。

实现本发明的加热方法是： 包括下列步骤：

在炉体内设置 2个加热室， 即导热炉胆内为第一加热室， 导热炉胆与外壳之间为第 二加热室， 第一加热室是电极加热， 第二加热室是燃料燃烧加热；

在导热炉胆壁上均布有热导流孔， 第一加热室和第二加热室通过热导流孔相通； 首先是燃料燃烧对第二加热室加热， 这时电极不工作； 第二加热室的热量经导热炉胆上的热导流孔进 入第一加热室加热； 当第一加热室温度达到设定值时， 电极开始对第一加热室加热；

当第一加热室温度继续升高达到设定值时， 热化学反应一个周期结束， 这时第二加 热室减到小火保温燃烧；

出料。

实现本发明的炼硅炉结构是： 这种炼硅炉包括燃料燃烧二次加热和电弧一次 加热， 其巾：

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。

上述炼硅炉的结构还包括：

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 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� �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。 C， 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—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 —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 6 3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 、 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 °C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 120CTC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 1600-165CTC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，用开炉电机打开坩埚出料口， 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 140CTC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 5CT100 °C )， 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°C 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 用的切换周期为 30 〜 200秒 。