CN101592332B - 一种用于回收多晶硅提纯工艺废物焚烧废热的余热锅炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于回收多晶硅提纯工艺废物焚烧废热的余热锅炉，包括循环泵、锅筒、锅炉支架以及设于锅炉支架上的锅炉本体，所述锅炉本体包括锅炉密闭外壳、进烟口闸板、出烟口闸板、高温蒸发器、第一低温蒸发器、第二低温蒸发器、清灰装置和灰斗，所述锅炉密闭外壳是由左侧膜式水冷壁炉墙、右侧膜式水冷壁炉墙和“工”字型框架密封隔墙形成对称分布且相互独立的双烟道结构。该锅炉采用对称布置的双烟道设计，当一侧烟道出现问题时，采用备用烟道工作，不影响锅炉的正常运行，该锅炉是一种符合多晶硅烟气特性、满足工艺要求并易于维修，具有高运行稳定性的多晶硅废弃物焚烧过程中用于废热回收的余热锅炉结构。

Description

一种用于回收多晶硅提纯工艺废物焚烧废热的余热锅炉

技术领域

本发明属于热能工程应用技术的余热锅炉领域，涉及一种余热锅炉，尤其是一种用于回收多晶硅提纯工艺废物焚烧废热的余热锅炉。

背景技术

20世纪70年代以后，随着人们对全球性能源危机和环境恶化问题认识的深化，太阳能这一可再生洁净能源的利用受到了普遍重视，掀起了开发太阳能电池的热潮，从而形成了一系列以硅材料的应用开发为主要形式的，包括高纯多晶硅原材料生产、太阳能电池生产、太阳能电池组件生产、相关生产设备的制造等产业链-光伏产业。多晶硅是制作电脑CPU硅片的唯一材料，是硅片绝缘层的最重要原料，硅是绝佳的半导体材料，可以制作硅晶体管。因此，多晶硅是制造集成电路、光伏太阳能电池等产品的关键基础材料，是发展信息产业和光伏新能源产业的重要基石。而制备太阳能级多晶硅和半导体级多晶硅的技术已成为集质量、成本和环境效益为一体的极具发展潜力的工艺技术。

目前，国际上多晶硅生产工艺有70％以上均采用改良西门子法，即闭环式三氯氢硅氢还原法。国外的生产工艺中，产生的废气利用冷凝制酸工艺处理，不存在余热回收问题。采用余热回收是我国首次采用的新工艺。国内的多晶硅生产过程中，产生含氯离子的废气液，其主要成份为SiH₂Cl₂、SiHCl₃、SiCl₄、HCl及少量的金属氯化物，属有毒、有害、易燃、易爆物质，必须进行处理。目前通过对该类废弃物进行焚烧处理，并回收其中的有用物质。在该焚烧过程中，焚烧炉出口后的烟气温度为900～950℃，携带了大量的热量和污染物组分，如不经有效利用并加以控制，不但整体经济效益低，而且将对环境造成极大污染。因此可以通过在焚烧炉尾部添加余热锅炉对这些烟气热能进行有效利用，产生蒸汽发电或用于生产过程的加热或供生活取暖，进而可以提高整个废料回收***的能量效率，并有效的减少有毒组分的排放。

目前国内仍未有多晶硅余热锅炉的相关文献与专利，所以要开发具有我国自主知识产权的多晶硅废物利用余热锅炉。申请人对现有多晶硅余热锅炉技术进行研究分析，发现国内针对多晶硅烟气特点的余热锅炉设计理论还存在较大空白，缺少多晶硅余热锅炉设计、制造的***理论。现有的成型余热锅炉结构应用于多晶硅提纯工艺废物焚烧过程余热回收存在如下问题：

(1)多晶硅提纯工艺产生的废热烟气含有大量有毒气体，但在进行常规锅炉结构设计时，往往没有对整体的密封进行充分考虑，对操作人员和维修人员的安全性考虑不足。

(2)多晶硅提纯工艺废物焚烧过程要求连续进行，不会因为其他设备发生故障而停炉，而且，余热锅炉一旦发生故障，其下游的过滤器将严重超温，因此，要求余热锅炉具有连续运行而不发生事故的能力，这是常规余热锅炉不可能实现的工况；

(3)由于多晶硅提纯工艺烟气腐蚀性较高，受热面的寿命较短，而频繁维修更换受热面常会影响余热锅炉的正常运行。

(4)由于多晶硅提纯工艺烟气中还有部分HCl气体，现有的设计余热锅炉往往没有考虑到酸露点的影响，因此受热面气侧腐蚀较为严重。

(5)多晶硅提纯工艺SiO₂粉尘的磨损性很强，同时进口的高温度导致进口的烟气流速远高于出口，因此，进口的磨损十分严重。

(6)对多晶硅提纯工艺烟气中灰的粘结特性、焦渣特性等了解不深入，缺少有效的清灰装置。

(7)余热锅炉的烟气出口连接过滤器装置，但在余热锅炉实际运行中往往出现排烟温度过低的状况，不能满足过滤器进口的温度要求。

由于上述种种原因，使得现有的成型余热锅炉结构的热效率低，运行稳定性差，出口烟气参数不符合要求，限制了多晶硅制备产业中废物回收利用***的发展，有必要发明一种运行稳定、热效率利用率高、排烟温度合理的多晶硅废热回收余热锅炉，填补国内多晶硅余热锅炉技术在这方面的空白，进一步提高我国多晶硅制备工艺技术的国际竞争力。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种用于回收多晶硅提纯工艺废物焚烧废热的余热锅炉，这种余热锅炉符合多晶硅提纯工艺烟气特性、满足工艺要求并易于维护，具有很高的运行稳定性。

本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：

这种用于回收多晶硅提纯工艺废物焚烧废热的余热锅炉，包括循环泵、锅筒、锅炉支架以及设于锅炉支架上的锅炉本体，所述锅炉本体包括锅炉密闭外壳、进烟口闸板、出烟口闸板、高温蒸发器、第一低温蒸发器、第二低温蒸发器、清灰装置和灰斗，所述锅炉密闭外壳由对称分布且相互独立的双烟道组成，每个烟道内由进口至出口依次排列有高温蒸发器、第一低温蒸发器、第二低温蒸发器，所述高温蒸发器的下集箱与循环泵的出水口经管道连接，高温蒸发器的上集箱与第一低温蒸发器的下集箱经下降管连接，第一低温蒸发器的上集箱与第二低温蒸发器的下集箱经下降管连接，第二低温蒸发器的上集箱通过导气管与锅筒相连；所述锅炉密闭外壳的下部还设有多个活动支架，所述多个活动支架的上端分别与高温蒸发器、第一低温蒸发器、第二低温蒸发器固定连接，所述活动支架的下端设有脚轮和轨道，所述脚轮设于轨道上。

上述锅炉密闭外壳上还设有旁路烟道，所述旁路烟道一端与烟道中部连通，另一端与烟道出口连通。

上述高温蒸发器、第一低温蒸发器和第二低温蒸发器均为旗式受热面结构。

上述高温蒸发器的下集箱进水为低压饱和水。

本发明的余热锅炉具有以下几点有益效果：

1)采用整体密封烟道，防止有毒气体外泄；

2)采用具有备用烟道的双烟道结构设计，检修时采用备用烟道工作，不影响余热锅炉的正常运行；

3)受热面采用旗式布置，提高烟气流速，进而提高传热效率；

4)双烟道各自固定于装有平移导轨和脚轮的活动支架上，左右烟道一旦发生故障，经进烟口闸板切换，烟气流经备用烟道，发生故障的烟道通过导轨或脚轮向左或向右平移，拆卸方便，便于检修；

5)设计了旁通烟道，可以通过旁路阀控制尾部混入的高温烟气量，进而调节排烟温度。

附图说明

图1是本发明所述的用于多晶硅废物焚烧过程中废热回收的余热锅炉结构示意图；

图2为图1的A-A剖视图；

图3为左侧立管9的主视图与剖面图。

图4为水循环流程图。

其中：1为进烟口闸板；2为高温蒸发器；3为第一低温蒸发器；4为旁通烟道；5为第二低温蒸发器；6为旁路阀；7为出烟口闸板；8为灰斗；9为左侧立管；10-1为高温蒸发器的下集箱；10-2为第一低温蒸发器的下集箱；10-3为第二低温蒸发器的下集箱；11为“工”字型框架密封钢板；12为U型管；13-1为高温蒸发器的上集箱；13-2为第一低温蒸发器的上集箱；13-3为第二低温蒸发器的上集箱；14为拆卸螺栓；15为活动支架；16为脚轮；17为锅筒；18为锅筒支撑；19为堵板；20为锅炉支架；21为“工”字型框架密封隔墙；22为清灰装置；23为轨道；24为导汽管；25为下降管；26为抓钉；27为进口烟道过渡段；28为出口烟道过渡段；29为右侧立管；30为硅酸铝纤维毡；31为钢板和彩板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1和图2，本发明的结构方案为：

整体结构：卧式布置的强制循环余热锅炉，包括循环泵、放置在锅筒支撑18上的锅筒17、锅炉支架20以及设于锅炉支架20上的锅炉本体。锅炉本体包括锅炉密闭外壳、进烟口闸板1、出烟口闸板7、高温蒸发器2、第一低温蒸发器3、第二低温蒸发器5、清灰装置22和灰斗8。锅炉密闭外壳由左侧膜式水冷壁炉墙、右侧膜式水冷壁炉墙和“工”字型框架密封隔墙21形成对称分布且相互独立的双烟道结构，其中“工”字型框架密封隔墙21是由处于内层的“工”字型框架密封钢板11和处于外层的防护材料构成，所述“工”字型框架密封隔墙21分为上、中、下三部分，处于中部的隔墙其钢板在最中间，钢板外敷混凝土保温材料和耐火材料。处于上、下的隔墙其钢板的内侧分别为混凝土保温材料和耐火材料，钢板的外侧为轻型保温材料，保温材料和耐火材料都是通过抓钉26固定起来。左侧膜式水冷壁炉墙由左侧立管9通过扁钢焊接构成，左侧膜式水冷壁炉墙外分别为硅酸铝纤维毡30、钢板和彩板31。右侧膜式水冷壁炉墙由右侧立管29通过扁钢焊接构成，与左侧膜式水冷壁炉墙相同，右侧膜式水冷壁炉墙外也分别为硅酸铝纤维毡30、钢板和彩板31。所述烟道两端分别布置提拉式进烟口闸板1和出烟口闸板7，其焊接在烟道两端的钢板上。每个烟道内部由进口至出口纵向依次排列布置有高温蒸发器2、第一低温蒸发器3、第二低温蒸发器5。所述高温蒸发器2的下集箱10-1与循环泵的出水口经管道连接，高温蒸发器2的上集箱13-1与第一低温蒸发器3的下集箱10-2经下降管连接，第一低温蒸发器3的上集箱13-2与第二低温蒸发器5的下集箱10-3经下降管连接，第二低温蒸发器5的上集箱13-3通过导汽管24与锅筒17相连。以上所述的耐火材料和锅炉钢护板均进行防腐处理，以防止HCl和Cl₂的露点腐蚀。

以上锅炉密闭外壳上还设有旁路烟道4，旁路烟道4一端与烟道中部连通，另一端与烟道出口连通，旁路烟道4上还设有阀6，旁路烟道4为左右对称布置，分别设在双烟道上。

如图2和图3，高温蒸发器2、第一低温蒸发器3和第二低温蒸发器5均设有多组换热管排，每排受热面由一根立管(左侧立管9或者右侧立管29)连接多根U型管12，呈左右对称旗式布置，每侧三组受热面构成两个各自独立的烟道。右侧立管29和左侧立管9的立管之间焊接扁钢构成膜式水冷壁，以利于两侧墙密封，左侧墙和“工”字型框架密封隔墙组成左侧烟道，右侧墙和“工”字型框架密封隔墙组成右侧烟道。以旗式受热面作为锅炉对流换热的主体，不仅使受热面结构紧凑，而且使制造工艺大大减化。

所述锅炉密闭外壳的下部还设有多个活动支架15，各活动支架15的上端分别与高温蒸发器2、第一低温蒸发器3、第二低温蒸发器5固定连接，所述活动支架15的下端设有脚轮16和轨道23，所述脚轮16设于轨道23上。本发明采用横梁结构将锅炉本体固定于锅炉支架20上，锅炉支架20和活动支架15为槽钢结构。

水循环***：如图2和图4，给水通过给水泵经循环泵送入高温蒸发器2的下集箱，经旗式受热面进入高温蒸发器2的上集箱，通过下降管25进入第一低温蒸发器3的下集箱，经旗式受热面进入第一低温蒸发器3的上集箱，通过下降管进入第二低温蒸发器5的下集箱、经旗式受热面进入第二低温蒸发器5的上集箱，进炉顶上横置和纵置的上集箱，并在其中进行汽水的预分离，由导汽管24将被加热后的汽水混合物引入锅筒17中，经锅筒17中布置的汽水分离装置进行分离，分离出来达到蒸汽品质的饱和蒸汽从锅筒17的主汽阀引入到热用户，分离出来的水与给水泵出口的水汇合，继续循环。本发明不采用省煤器结构，给水采用低压饱和给水，全部通过蒸发受热面，保证较高的管壁温度以防止酸露点腐蚀。

如图3，旗式受热面立管的中间位置设有堵板19，且堵板19为弓形结构，堵板使90％的给水通过U型管，剩余10％的给水通过立管，便于立管受热面冷却。

烟风***：锅炉正常运行时，烟气从锅炉左右两侧，通过进烟口闸板1和进口烟道过渡段27进入双烟道，依次通过左或右边烟道中布置的高温蒸发器2、第一低温蒸发器3和第二低温蒸发器5，从锅炉后部的左右两侧排烟口，经过出口烟道过渡段28和出烟口闸板7排出，进行下一步处理。由于为双烟道布置，可利用烟气的重力分离和转变的离心分离效应，在旗式受热面烟道中进行二次分离，将烟气中颗粒较大的部分分离下来，减少了受热面积灰，显著降低了锅炉原始排尘浓度。为满足工艺要求，使排烟温度不致过低，本发明在第一低温蒸发器3和尾部烟道间布置旁通烟道4，通过旁通烟道4使高温烟气混入尾部(如图1)，并通过旁路阀控制尾部混入的高温烟气量。当其中的一个烟道受热面出现问题时，可以通过关闭前后的进烟口闸板1和出烟口闸板7，拔出位于上下联箱两端的拆卸螺栓14，拆卸下外层钢板和彩板31，拉动活动支架15，进而拆卸下受热面进行解列。由于活动支架15底部安装有脚轮16与导轨23，本余热锅炉的拆装检修经济、便捷。

本发明考虑到烟气的强腐蚀性，采用整体密封烟道，防止有毒气体外泄，采用双烟道结构，检修时采用备用烟道工作，可避免更换受热面影响余热锅炉的正常运行，更重要的是避免多晶硅提纯工艺过程发生中断，并迅速的对出现问题的受热面进行维修。

Claims (6)

1.一种用于回收多晶硅提纯工艺废物焚烧废热的余热锅炉，包括循环泵、锅筒(17)、锅炉支架(20)以及设于锅炉支架(20)上的锅炉本体，所述锅炉本体包括锅炉密闭外壳、进烟口闸板(1)、出烟口闸板(7)、高温蒸发器(2)、第一低温蒸发器(3)、第二低温蒸发器(5)、清灰装置(22)和灰斗(8)，其特征在于：所述锅炉密闭外壳是由左侧膜式水冷壁炉墙、右侧膜式水冷壁炉墙和“工”字型框架密封隔墙(21)形成对称分布且相互独立的双烟道结构，每个烟道两端分别布置提拉式进烟口闸板(1)和出烟口闸板(7)，每个烟道内由进口至出口依次排列有高温蒸发器(2)、第一低温蒸发器(3)、第二低温蒸发器(5)，所述高温蒸发器(2)的下集箱(10-1)与循环泵的出水口经管道连接，高温蒸发器(2)的上集箱(13-1)与第一低温蒸发器(3)的下集箱(10-2)经下降管连接，第一低温蒸发器(3)的上集箱(13-2)与第二低温蒸发器(5)的下集箱(10-3)经下降管连接，第二低温蒸发器(5)的上集箱(13-3)通过导汽管(24)与锅筒(17)相连；所述锅炉密闭外壳的下部还设有多个活动支架(15)，多个活动支架(15)的上端分别与高温蒸发器(2)、第一低温蒸发器(3)、第二低温蒸发器(5)固定连接，所述活动支架(15)的下端设有脚轮(16)和轨道(23)，所述脚轮(16)设于轨道(23)上。

2.根据权利要求1所述的回收多晶硅提纯工艺废物焚烧废热的余热锅炉，其特征在于：所述锅炉密闭外壳上还设有旁路烟道(4)，所述旁路烟道(4)一端与烟道中部连通，另一端与烟道出口连通，所述旁路烟道(4)上还设有阀(6)，所述双烟道上设有两个所述旁路烟道(4)，两个所述旁路烟道(4)左右对称布置。

3.根据权利要求1所述的回收多晶硅提纯工艺废物焚烧废热的余热锅炉，其特征在于：所述高温蒸发器(2)、第一低温蒸发器(3)和第二低温蒸发器(5)均为旗式受热面结构。

4.根据权利要求1所述的回收多晶硅提纯工艺废物焚烧废热的余热锅炉，其特征在于：所述高温蒸发器(2)的下集箱进水为低压饱和水。

5.根据权利要求1所述的回收多晶硅提纯工艺废物焚烧废热的余热锅炉，其特征在于：所述“工”字型框架密封隔墙(21)为固定式，所述左侧膜式水冷壁炉墙和右侧膜式水冷壁炉墙均为可移动式。

6.根据权利要求1所述的回收多晶硅提纯工艺废物焚烧废热的余热锅炉，其特征在于：所述左侧膜式水冷壁炉墙由左侧立管(9)通过扁钢焊接构成，所述右侧膜式水冷壁炉墙由右侧立管(29)通过扁钢焊接构成。

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