專利名稱：CO燃燒復(fù)用式SiC冶煉爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
CO燃燒復(fù)用式SiC冶煉爐，屬于化工領(lǐng)域。本冶煉爐以在現(xiàn)有設(shè)備基礎(chǔ)上新 增最少的投資，將CO及其它可燃氣變害為寶并高效、高品位利用，大幅節(jié)省了電能；粉塵回 收得以復(fù)用；并使爐中反應(yīng)料內(nèi)均勻高溫(低溫度梯度、低熱流)區(qū)增加而致SiC產(chǎn)品大幅 提質(zhì)增產(chǎn)；同時可得生產(chǎn)用熱水；也消除了設(shè)備運行時廢氣、粉塵對環(huán)境的污染。是一種節(jié) 能環(huán)保的先進新型SiC冶煉爐。
背景技術(shù)：
SiC是一種強共價鍵化合物，具有優(yōu)異的高溫強度、耐磨性、耐腐蝕性，作 為結(jié)構(gòu)材料廣泛應(yīng)用于航空、航天、汽車、機械、石化等工業(yè)領(lǐng)域，利用其高熱導(dǎo)、高絕緣 性，在電子工業(yè)中作大規(guī)模集成電路的基片和封裝材料，在冶金工業(yè)中作高溫?zé)峤粨Q材料和 脫氧劑，尤其在磨料、耐火材料與煉鋼脫氧劑方面用量十分巨大。此外，利用其一些特殊的 性能，在結(jié)構(gòu)陶瓷等一些新技術(shù)領(lǐng)域中也得到了應(yīng)用。工業(yè)生產(chǎn)SiC的主要方法是Achson式 固相法，產(chǎn)量超過總產(chǎn)量的90%,液相法和氣相法仍處于研究開發(fā)階段。SiC生產(chǎn)是一項高耗 能、高污染工業(yè)，例如用500kVA的冶煉爐煉制1噸綠SiC約耗電12000度，1噸黑SiC約耗 電10000度。即使改進技術(shù)大幅度提高單爐生產(chǎn)規(guī)模，用3600kVA冶煉爐煉制1噸SiC仍約 耗電近萬度，而每生產(chǎn)1噸SiC放出有害氣體1. 6~ 1. 7噸。此外還有大量的粉塵污染，并 且需要大量的勞動力。因此，歐美的發(fā)達國家如美國、德國、意大利和亞洲的日本等，盡管用 量不斷加大,但除大力開發(fā)高性能SiC材料外，其普通SiC生產(chǎn)持續(xù)降低，代之以從國外進 口。中國、巴西和委內(nèi)瑞拉等發(fā)展中國家的初級SiC產(chǎn)量已占全世界的65%以上。SiC是我 國的傳統(tǒng)工業(yè)產(chǎn)品，其產(chǎn)量和用量都4艮大，據(jù)1988年Mitchell Market Reports,我國產(chǎn) 量約有380 000噸。近年來黃河上游的甘肅、寧夏等省^"由于具有豐富的水電、火電資源和 優(yōu)質(zhì)的原材料，SiC廠家就如雨后春筍，SiC工業(yè)已成為該地區(qū)支柱產(chǎn)業(yè)之一。重視SiC工業(yè) 的環(huán)境問題，加強對其認真研究，在我國具有重要的經(jīng)濟和社會效益。
SiC生產(chǎn)通常以石英沙、石油焦或無煙煤為主要原料，在備料工序中經(jīng)機械加工成合適 的粒度，按化學(xué)計算混合成爐料。經(jīng)原料破碎一配重混合一裝爐制煉一出爐分級一粉碎酸洗 —^P茲選后篩分等工藝制成SiC成品。關(guān)于SiC的形成反應(yīng)過程，目前認識仍不統(tǒng)一尚有不同 見解，但最終總體反應(yīng)方程式都是
Si02+3C—SiC+2C0
即無論反應(yīng)怎樣進行，3molC與lmolSi02生成lmolSiC與2molC0的反應(yīng)關(guān)系是一致的，這也 是爐料計算的唯一基礎(chǔ)。根據(jù)(1)式按重量折算，每噸SiC的形成伴隨著產(chǎn)生1.4噸CO, 另外石油焦或無煙煤視其等級不同，含有5~15%的揮發(fā)分；此外為增強爐料的透氣性并補 充C源，爐內(nèi)還加有碎木屑，其揮發(fā)分占55~70%。 除爐外低溫區(qū)極少一部分外所有揮發(fā)物 質(zhì)都將氣化放出。反應(yīng)初期揮發(fā)分形成的氣體比例大些，制煉后期，溫度場穩(wěn)定后，爐氣幾 乎全是CO。 SiC爐內(nèi)的反應(yīng)是氣態(tài)的Si02與固態(tài)C之間的反應(yīng)，SiC結(jié)晶聚集也是從氣態(tài)凝 結(jié)成固態(tài)。爐內(nèi)最主要的氣體成分是CO,其余為Si0、 Si02、 SiC、食鹽等的蒸氣。
SiC工業(yè)生產(chǎn)中存在嚴重的能源浪費和環(huán)境污染問題。
1.1毒氣SiC制煉車間內(nèi)的氣氛含有大量CO和各種揮發(fā)分燃燒而形成的C02,同時還 有少量S02、 H2S和^5克醇類物質(zhì)，因而呈弱酸性，傷害工人身體健康，而且對久置于制煉間的 植物纖維、鋁材、鋼材等也有一定腐蝕作用。
1.2粉塵同時，現(xiàn)用SiC冶煉爐在運行過程中還有大量粉塵逸出，嚴重地污染環(huán)境。
31.3耗能大如前所述，SiC生產(chǎn)耗能極大，目前國內(nèi)先進水平約為7000 ~ 7500kWh/t, 國外先進水平約為6200 ~ 6500kWh/t。產(chǎn)品成本中最重要的因素就是電能消耗，即使是對SiC 進行一定程度的深加工如生產(chǎn)SiC微粉的廠家其電能消耗仍占全部成本的80%以上。顯然， 節(jié)約能耗、提高產(chǎn)率對SiC生產(chǎn)廠家具有極大的吸引力，不僅經(jīng)濟效益顯著而且環(huán)境社會效 益尤為顯著。
CO在常溫常壓下為無色、無臭、無味、無刺激性的窒息性氣體。空氣中可燃，燃燒時發(fā) 出藍色火焰。與空氣混合形成爆炸性混合物。與酸、堿和水不起反應(yīng)。在高溫高壓下，與鐵 鉻鎳等金屬反應(yīng)生成羰基金屬，與氯結(jié)合形成光氣，與羰基金屬結(jié)合形成羰基金屬化合物。 C0具有還原作用，在室溫下有錳及銅的氧化物混合存在時，C0可氧化成C02,有一種防毒面 具就是利用這種原理的。CO是有毒氣體，它是在沒有任何刺激的情況下進入人體慢慢引起中 毒。這時，人不僅感覺不到而且還有某種快感，所以它更是危險可怕的氣體。它微溶于水， 易溶于鹽酸、氨水和氯化亞銅溶液，也溶于乙酸乙酯、三氯曱烷、乙酸等有機溶劑。
CO的利用，大致有兩個方面l.原料，利用CO可以生產(chǎn)多種高附加值的精細化工產(chǎn)品 如醋酸、醋酐、曱酸、二甲基曱酰胺、碳酸二曱酯、光氣(進一步合成TDI、 MDI)等，是提高 化工廠經(jīng)濟效益的重要途徑。但這些產(chǎn)品的合成都需要高純度的CO,因此獲得高純C0是生產(chǎn) 這些產(chǎn)品的關(guān)鍵之一。2.燃料，1)、壓縮裝罐；2)、管道輸出；3)、就地高效燃用。就SiC 冶煉爐而言，C0 ^f故為就地高效燃用的燃料更為合理
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要任務(wù)是在現(xiàn)有設(shè)備基礎(chǔ)上新增最少的投資，將C0及其它可燃 氣變害為寶并高效、高品位利用；粉塵回收得以復(fù)用；并使爐中反應(yīng)料內(nèi)均勻高溫(低溫度 梯度、低熱流)區(qū)增加而致SiC產(chǎn)品大幅提質(zhì)增產(chǎn)；同時可得生產(chǎn)用熱水；也要消除設(shè)備運 行時廢氣、粉塵對環(huán)境的污染。
為完成以上任務(wù)，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是CO燃燒復(fù)用式SiC冶煉爐，在現(xiàn)SiC冶煉 爐的基礎(chǔ)上，新增了低噪音空氣增壓機(1)、空氣燃氣逆流換熱器(2)、引射器(3)、燃燒 室(4)、集氣罩(5)、前集箱(6)、燃氣反應(yīng)料換熱器(7)、后集箱(8)、燃氣清水逆流換 熱器(9)、除塵器(10)、引風(fēng)機(11)、控制器(12)等設(shè)備；空氣先后經(jīng)低噪音空氣增壓 機(1 )、空氣燃氣逆流換熱器(2 )增壓升溫到引射器(3 )與工作過程中所生經(jīng)過集氣罩(5 ) 收集的C0 —同到燃燒室(4 )會和燃燒，高溫?zé)煔獾角凹?6 )分配到多根燃氣反應(yīng)料換熱 器(7)內(nèi)向反應(yīng)料放熱(電阻爐芯可同時或分步工作)，之后經(jīng)后集箱(8)集中到空氣燃氣 逆流換熱器(2)向已被增壓的空氣逆流放熱，再經(jīng)燃氣清水逆流換熱器(9)向清水放熱， 至此已為排煙除塵創(chuàng)造了必要的低溫條件，經(jīng)過除塵器(10 )濾除(可復(fù)用的)粉塵，然后 經(jīng)引風(fēng)機排出；控制器(12 )的C0傳感器(12. 2 )測定燃氣濃度，溫度傳感器(12. 3、 12. 4 ) 測定燃氣、空氣溫度，經(jīng)單片機(12. 1)計算后發(fā)出信號到執(zhí)行器(12. 5、 12. 6 )控制低噪 音空氣增壓機(l)、引風(fēng)機(ll)的轉(zhuǎn)速。本冶煉爐以在現(xiàn)有設(shè)備基礎(chǔ)上新增最少的投資， 將C0及其它可燃氣變害為寶并高效、高品位利用，大幅節(jié)省了電能；粉塵回收得以復(fù)用；并 使爐中反應(yīng)料內(nèi)均勻高溫(低溫度梯度、低熱流)區(qū)增加而致SiC產(chǎn)品大幅提質(zhì)增產(chǎn)；同時 可得生產(chǎn)用熱水；也消除了設(shè)備運行時廢氣、粉塵對環(huán)境的污染。
C0燃燒復(fù)用式SiC冶煉爐的第二特點是燃氣反應(yīng)料換熱器(7 )以石墨制成內(nèi)凸凹(7. 1) 筒型，以增強燃氣向內(nèi)表面的換熱，內(nèi)表面涂覆耐火材料(7. 2)以防燃氣中的殘余氧化劑(如 02)對其內(nèi)表面的腐蝕并復(fù)生C0。
CO燃燒復(fù)用式SiC冶煉爐的第三特點是引射器(3)以耐火材料制成多噴口 (3.1)以增 強空氣對燃氣的？ 1射及燃氣與空氣的混合效果，外敷保溫材料以減小熱能損耗和對環(huán)境的熱 污染。CO燃燒復(fù)用式SiC冶煉爐的第四特點是燃燒室(4)以耐火材料制成，內(nèi)設(shè)耐火質(zhì)旋流 器(4. 1 )以增強燃氣和空氣的混合效果和保證及時引燃混合氣，外敷保溫材料以減小熱能損 耗和對環(huán)境的熱污染。
CO燃燒復(fù)用式SiC冶煉爐的第五特點是集氣罩(5)將反應(yīng)料密閉包覆起來，并留有相 應(yīng)的氣流通路，其集氣作用發(fā)揮的同時，也產(chǎn)生了對冶煉爐外壁面的保溫作用。
CO燃燒復(fù)用式SiC冶煉爐的第六特點是低噪音空氣增壓機(1)選用容積式渦旋風(fēng)機 (1. 1),以便用變頻器(1. 2 )改變其轉(zhuǎn)速而正比控制空氣流量。


如圖1為CO燃燒復(fù)用式SiC冶煉爐的系統(tǒng)示意；圖2為燃氣反應(yīng)料換熱器(7) 的結(jié)構(gòu)形式；圖3是引射器(3 )及其噴口 ( 3.1)的結(jié)構(gòu)形式；圖4是燃燒室(4 )及其旋流 器(4. 1)的結(jié)構(gòu)形式。
具體實施方式
CO具有可燃性和還原性，因此CO能與氧氣反應(yīng)，也能與氧化銅等金屬氧 化物反應(yīng)。要CO完全反應(yīng)，CO與02之間的質(zhì)量比是7: 4 ,體積比為2: 1。由CO燃燒的化 學(xué)方程20)+02==2(:02+及氧氣在空氣中所占21%的份額，知同溫下CO的體積流量與空氣的體積 流量比約為
lx-
21
故可以用加壓、加溫的空氣引射較高溫度的CO (混有少量其它可燃氣體)，并可通過調(diào) 整低噪音空氣增壓機(1 )、引風(fēng)機(11)的轉(zhuǎn)速跟蹤CO的產(chǎn)速和氧氣燃料比。
在燃燒開始之前，空氣已被加熱，燃氣溫度也較高，其混合燃燒的基礎(chǔ)溫度可以控制在 較高水平，CO的燃燒熱約為283.0 kJ 'mo1—1, CO的產(chǎn)速和氧氣燃料比的合理值域，使得燃 燒之后的燃氣溫度被控制在最佳值域。
除塵器以(10)以布袋濾塵方式。
該CO燃燒復(fù)用式SiC冶煉爐的運行，將CO及其它可燃氣變害為寶并高效、高品位利用， 大幅節(jié)省了電能；粉塵回收得以復(fù)用；并使爐中反應(yīng)料內(nèi)均勻高溫(低溫度梯度、低熱流) 區(qū)增加而致SiC產(chǎn)品大幅提質(zhì)增產(chǎn)；同時可得生產(chǎn)用熱水；也消除了設(shè)備運行時廢氣、粉塵 對環(huán)境的污染。可見，CO燃燒復(fù)用式SiC冶煉爐是一種環(huán)保、高效的新型實用設(shè)備。
權(quán)利要求
1、CO燃燒復(fù)用式SiC冶煉爐，在現(xiàn)SiC冶煉爐的基礎(chǔ)上，新增了低噪音空氣增壓機(1)、空氣燃氣逆流換熱器(2)、引射器(3)、燃燒室(4)、集氣罩(5)、前集箱(6)、燃氣反應(yīng)料換熱器(7)、后集箱(8)、燃氣清水逆流換熱器(9)、除塵器(10)、引風(fēng)機(11)、控制器(12)等設(shè)備；空氣先后經(jīng)低噪音空氣增壓機(1)、空氣燃氣逆流換熱器(2)增壓升溫到引射器(3)與工作過程中所生經(jīng)過集氣罩(5)收集的CO一同到燃燒室(4)會和燃燒，高溫?zé)煔獾角凹?6)分配到多根燃氣反應(yīng)料換熱器(7)內(nèi)向反應(yīng)料放熱(電阻爐芯可同時或分步工作)，之后經(jīng)后集箱(8)集中到空氣燃氣逆流換熱器(2)向已被增壓的空氣逆流放熱，再經(jīng)燃氣清水逆流換熱器(9)向清水放熱，至此已為排煙除塵創(chuàng)造了必要的低溫條件，經(jīng)過除塵器(10)濾除(可復(fù)用的)粉塵，然后經(jīng)引風(fēng)機排出；控制器(12)的CO傳感器(12.2)測定燃氣濃度，溫度傳感器(12.3、12.4)測定燃氣、空氣溫度，經(jīng)單片機(12.1)計算后發(fā)出信號到執(zhí)行器(12.5、12.6)控制低噪音空氣增壓機(1)、引風(fēng)機(11)的轉(zhuǎn)速。本冶煉爐以在現(xiàn)有設(shè)備基礎(chǔ)上新增最少的投資，將CO及其它可燃氣變害為寶并高效、高品位利用，大幅節(jié)省了電能；粉塵回收得以復(fù)用；并使爐中反應(yīng)料內(nèi)均勻高溫(低溫度梯度、低熱流)區(qū)增加而致SiC產(chǎn)品大幅提質(zhì)增產(chǎn)；同時可得生產(chǎn)用熱水；也消除了設(shè)備運行時廢氣、粉塵對環(huán)境的污染。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述CO燃燒復(fù)用式SiC冶煉爐，其特征在于燃氣反應(yīng) 料換熱器(7)以石墨制成內(nèi)凸凹(7.1)筒型，以增強燃氣向內(nèi)表面的換熱，內(nèi) 表面涂覆耐火材料(7.2)以防燃氣中的殘余氧化劑(如02)對其內(nèi)表面的腐蝕 并復(fù)生CO。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述CO燃燒復(fù)用式SiC冶煉爐，其特征在于引射器(3) 以耐火材料制成多噴口 (3.1)以增強空氣對燃氣的引射及燃氣與空氣的混合效 果，外敷保溫材料以減小熱能損耗和對環(huán)境的熱污染。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述CO燃燒復(fù)用式SiC冶煉爐，其特征在于燃燒室(4) 以耐火材料制成，內(nèi)設(shè)耐火質(zhì)旋流器(4.1)以增強燃氣和空氣的混合效果和保 證及時引燃混合氣，外敷保溫材料以減小熱能損耗和對環(huán)境的熱污染。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述CO燃燒復(fù)用式SiC冶煉爐，其特征在于集氣罩(5) 將反應(yīng)料密閉包覆起來，并留有相應(yīng)的氣流通路，其集氣作用發(fā)揮的同時，也 產(chǎn)生了對冶煉爐外壁面的保溫作用。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述CO燃燒復(fù)用式SiC冶煉爐，其特征在于低噪音空 氣增壓機(1)選用容積式渦旋風(fēng)機(1.1)，以便用變頻器(1.2)改變其轉(zhuǎn)速而 正比控制空氣流量。
全文摘要
CO燃燒復(fù)用式SiC冶煉爐，空氣先后經(jīng)低噪音空氣增壓機、空氣燃氣逆流換熱器增壓升溫到引射器與工作過程中所生經(jīng)過集氣罩收集的CO一同到燃燒室會和燃燒，高溫?zé)煔獾角凹浞峙涞蕉喔細夥磻?yīng)料換熱器內(nèi)向反應(yīng)料放熱(電阻爐芯可同時或分步工作)，之后經(jīng)后集箱集中到空氣燃氣逆流換熱器向已被增壓的空氣逆流放熱，再經(jīng)燃氣清水逆流換熱器向清水放熱，至此已為排煙除塵創(chuàng)造了必要的低溫條件，經(jīng)過除塵器濾除(可復(fù)用的)粉塵，然后經(jīng)引風(fēng)機排出。本冶煉爐以在現(xiàn)有設(shè)備基礎(chǔ)上新增最少的投資，將CO及其它可燃氣變害為寶并高效、高品位利用，大幅節(jié)省了電能；粉塵回收得以復(fù)用；并使爐中反應(yīng)料內(nèi)均勻高溫(低溫度梯度、低熱流)區(qū)增加而致SiC產(chǎn)品大幅提質(zhì)增產(chǎn)；同時可得生產(chǎn)用熱水；也消除了設(shè)備運行時廢氣、粉塵對環(huán)境的污染。
文檔編號F27D17/00GK101538041SQ20081004939
公開日2009年9月23日 申請日期2008年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月21日
發(fā)明者呂孟讓 申請人:呂孟讓