[发明专利]一种碳化硅冶炼炉顶气收集及处理装置

说明书

本发明提供了一种碳化硅冶炼炉顶气收集及处理装置，包括炉顶气收集组件、炉顶气处理套件和水循环组件，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；本发明的蒸汽发生器实现了将炉顶气降温、脱尘、提供炉顶棚罩密封用循环蒸汽的效果，具有结构紧凑、热量回收和炉顶气冷却充分的特点；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，具有寿命长、安全可靠、场地布置灵活的特点。

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。可满足碳化硅冶炼炉的结构（如因大中型的碳化冶炼炉硅长达80米、宽达8米，且又采用炉顶敞开式的加料、出料的方式）可回收碳化硅冶炼炉顶气的现有技术，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、可降低炉顶气温度、可回收炉顶气热量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、可降低炉顶气温度、可回收炉顶气热量、可避免空气向冶炼炉内泄露造成安全隐患的碳化硅冶炼炉顶气收集及处理装置。

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装置，包括炉顶气收集组件、炉顶气处理套件和水循环组件，炉顶气收集组件由液封座箱、顶罩开闭执控组件、一对伸缩密封顶罩、炉顶气出口斜管、降温调压部件、测压器件和测温器件构成，液封座箱由两个相互平行的直立的端墙框板和两个断面为“U”形的、装有密封液体的、形状一致的平底槽件构成，端墙框板为长方形板框件，平底槽件包括一块底板和两个侧立板，两个平底槽件相互平行且对称的位于端墙框板之间，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矩形平置垫板，平底槽件的底板的上表面设有导向轨，每个端墙框板设有两个位置对称的推拉轴过孔，每个推拉轴过孔的周围均设有多个固定螺钉过孔，推拉轴过孔、固定螺钉过孔位于同一个平底槽件的两个侧立板之间且分别与平底槽件的深度匹配，导向轨与推拉轴过孔的中心轴线均与水平面平行且走向与平底槽件的长度方向一致，每个平底槽件的侧立板的两端分别设有一对中心轴线重合的铰轴定位轴承，铰轴定位轴承的中心轴线相互重合且均与侧立板垂直，铰轴定位轴承密封的固定于侧立板上，一个端墙框板上设有两个蒸汽管过孔、两个喷水管过孔、气压测量器件插装孔、测温器件插装孔和一个炉顶气出口斜管，顶罩开闭执控组件由四个输出轴为推拉式的伸缩驱动器件和四套伸缩机构构成，每个伸缩驱动器件的推拉式输出轴分别插装于端墙框板上的推拉轴过孔，伸缩驱动器件经旋装于固定螺钉过孔内的螺钉密封的固定于液封座箱之外，推拉式输出轴的中心轴线与推拉轴过孔的中心轴线重合，推拉式输出轴的中心轴线与铰轴定位轴承的中心轴线垂直交叉，每套伸缩机构由一个首节固定铰轴、多个顶角铰轴、调节摆臂铰轴、多个中铰轴、一个尾节铰轴及一对相互平行且对称分布的伸缩臂组件构成，首节固定铰轴为中段断面为矩形且设有推拉轴通孔、两端设有凸台状的圆轴段的部件，顶角铰轴为两端设有缩径铰轴段的阶梯状轴件，调节摆臂铰轴为中心部位设有推拉杆连接凸台和撑杆插装直立过孔的、且两端设有铰轴段的部件，中铰轴为中段设有撑杆插装直立通孔、两端设有缩径轴铰段的轴件，尾节铰轴为两端设有缩径轴铰、中段断面为矩形且设有多个连接螺纹孔的轴件，推拉杆连接凸台的中心轴线部位设有推拉杆连接螺纹沉孔，推拉杆连接螺纹沉孔的中心轴线与推拉式输出轴的中心轴线重合，首节固定铰轴的中心轴线、调节摆臂铰轴的中心轴线、中铰轴的中心轴线、尾节铰轴的中心轴线相互平行且位于同一水平面，调节摆臂铰轴上的撑杆插装直立过孔的中心轴线与调节摆臂铰轴的中心轴线、推拉杆连接凸台的中心轴线所在水平面垂直，每个撑杆插装直立通孔的中心轴线均与撑杆插装直立过孔的中心轴线平行，首节固定铰轴的两端置于铰轴定位轴承的轴孔内，每个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固定铰轴孔、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臂顶角铰轴孔、尾端均设有调节杆顶角铰轴孔、中心部位设有调节杆中铰轴过孔的杠件构成，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、首尾两端部均设有长摆杆顶角铰轴孔的杆臂件构成，由两个形状一致、位置匹配且首端均设有尾臂杆顶角铰轴插装孔、尾端设有尾杆铰轴孔的臂杠件构成，一对伸缩臂组件中的每付首节摆杆的首节固定铰轴孔分别套装于首节固定铰轴两端的圆轴段，一对伸缩臂组件中的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臂顶角铰轴孔分别对应套装于一个顶角铰轴两端的缩径铰轴段，一对伸缩臂组件中的每付调节摆臂杆的调节杆中铰轴过孔分别对应的套装于调节摆臂铰轴两端的铰轴段，一对伸缩臂组件中的每付调节摆臂杆尾端的调节杆顶角铰轴孔与每付长摆臂杆首端的顶角铰轴分别对应铰接于一个顶角铰轴两端的缩径铰轴段，一对伸缩臂组件中的每付长摆臂杆的臂中铰轴孔分别对应的铰接于一个中铰轴两端的缩径轴铰段，一对伸缩臂组件中的每付长摆臂杆尾端的长摆杆顶角铰轴孔与另一付长摆臂杆首端的长摆杆顶角铰轴孔分别对应铰接于一个顶角铰轴两端的缩径铰轴段，一对伸缩臂组件中的最尾处的长摆臂杆尾端的长摆杆顶角铰轴孔与尾臂杆首端的尾臂杆顶角铰轴插装孔分别对应铰接于一个顶角铰轴两端的缩径铰轴段，一对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两端的缩径轴铰，首节摆杆上的首节固定铰轴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臂顶角铰轴孔的中心轴线与调节杆中铰轴过孔的中心轴线的距离相等，调节杆中铰轴过孔的中心轴线与调节杆顶角铰轴孔的中心轴线和长摆臂杆上的臂中铰轴孔中心轴线与长摆杆顶角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顶角铰轴孔中心轴线之间的距离和尾臂杆顶角铰轴插装孔的中心轴线与尾杆铰轴孔的中心轴线之间的距离相等，伸缩驱动器件经推拉轴通孔旋装于推拉杆连接螺纹沉孔内的推拉式输出轴与四套伸缩机构相连，每件伸缩密封顶罩为由多个门框形的支撑竖框、一个支撑立板与一个叠折式伸缩的柔性棚罩构成的组件，两个伸缩密封顶罩均位于液封座箱的端墙框板之内且相互对称，支撑竖框为顶部为由上拱圆弧状的拱顶杆与两个平行直立的支撑立管相连而成的“∩”形部件，支撑立管的外径与中铰轴的撑杆插装直立通孔的内径之间光滑匹配，一个支撑竖框的两个支撑立管分别对应的插装于一对调节摆臂铰轴上的撑杆插装直立过孔内，多个支撑竖框上的支撑立管分别对应的插装于多对中心轴线重合的中铰轴上的撑杆插装直立通孔内，支撑立板由顶部为长方形板件与两个平行直立的板件相连而成的倒“凹”形部件，支撑立板经尾节铰轴中段上的连接螺纹孔内的螺钉与尾节铰轴匹配的固定在一起，支撑立板下端开口处两侧的板面宽度均与平底槽件的内廓宽度相匹配，每个支撑立管的下端与每个支撑立板的下端均经导轮架固定有支撑导轮，支撑导轮的走向与伸缩驱动器件的推拉式输出轴的中心轴线走向一致、匹配，支撑导轮与导向轨的上表面匹配相贴，支撑立板的平行相对的板面上均固定有与支撑立板形状匹配的柔性密封板，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立板的内侧面密闭相连，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支撑竖框匹配的固定在一起，支撑竖框位于柔性棚罩轮廓之内，柔性棚罩的下边缘匹配的位于平底槽件的侧立板的上边沿与顶角铰轴的最高位置之间，最高位置时的顶角铰轴低于液封座箱的内密封液体的液面，降温调压部件为由两根蒸汽管、两根喷水管、多个蒸汽喷头和多个撒水喷头构成的喷汽撒水部件，每根喷水管的一端密封的经端墙框板的喷水管过孔伸出端墙框板之外，多个撒水喷头分别对称、均布的与喷水管固定相通连，喷水管固定于液封座箱内侧的侧立板上，每根蒸汽管的一端密封的经端墙框板上的蒸汽管过孔伸出端墙框板之外，多个蒸汽喷头分别对称、均布的与蒸汽管固定相通连，炉顶气处理套件包括储汽包、气液分离器件、炉顶密封用蒸汽发生器，储汽包为设有进汽口、出汽口的蒸汽储存容器，气液分离器件为设有湿气体入口管、干气体出口管和排液口管的气体脱水器件，炉顶密封用蒸汽发生器为设有热气总管、冷却气出口管、蒸汽出口管、补水管的炉顶气余热回收蒸汽制取器件炉顶气处理套件，热气总管与炉顶气出口斜管相通相连，测压器件与测温器件分别密封的插装固定于端墙框板上的气压测量器件插装孔、测温器件插装孔之内,炉顶密封用蒸汽发生器包括筒壳件、气-水隔板、布气管固定板、布气管插装板、多个布气导管件、多个换热支管、多个导气直管和液位计，气-水隔板为中心部位设有一个热气总管固定连接孔和多个换热支管连接固定孔的圆形的板件，布气管固定板为中心部位设有一个热气总管固定过孔、边部设有多个均气管固定过孔的圆形板，布气管插装板为中心部位设有一个热气总管插装过孔、边部设有多个出气管插装孔的圆板，布气管插装板的出气管插装孔的个数、布气管固定板上的均气管固定过孔的个数与气-水隔板上的换热支管连接固定孔的个数相等，筒壳件由球冠状的壳顶、圆筒壳及锥筒状的壳底构成，圆筒壳的上端与壳顶的下端密闭相通相连，圆筒壳的下端与壳底的大口端密闭相通相连，壳顶顶端的中心轴心部位设有热气管插装管套，布气管插装板位于壳底之上圆筒壳下段的内壁，布气管固定板位于布气管插装板之上且密闭的固定于圆筒壳的内壁，气-水隔板位于布气管固定板之上，气-水隔板、布气管固定板与布气管插装板相互平行且均密封的连接固定于圆筒壳的内壁，布气管插装板、布气管固定板、气-水隔板的中心轴线相互重合，换热支管连接固定孔、均气管固定过孔、出气管插装孔的位置上、下一一对应，热气总管先后经热气管插装管套、热气总管固定连接孔、热气总管固定过孔、热气总管插装过孔并分别与气-水隔板、布气管固定板密闭固定相连，布气导管件为由内腔分别为渐缩锥管、喉口直管、渐扩锥管的零件光滑匹配的相通连而成的构件，匀气管段的喉口直管处设有一个以上的径向通孔，径向通孔与喉口直管的中心轴线垂直，径向通孔的内径与喉口直管的内径匹配，换热支管为上顶端封闭的直管，导气直管为两端通透的直管，导气直管的外径匹配的小于喉口直管的内径，布气导管件的渐缩锥管的大口端紧密匹配的插装于出气管插装孔内，布气导管件的渐扩锥管的大口端经均气管固定过孔密闭的与布气管固定板固定相连，换热支管经换热支管连接固定孔密闭的与气-水隔板固定在一起，导气直管的下端与布气导管件的渐扩锥管的大口端固定相连，导气直管插装于换热支管内，导气直管上端面与换热支管封闭端内壁面之间的距离与导气直管的外径与换热支管的内径差相匹配，冷却气出口管位于布气管固定板之上的圆筒壳的侧面且与筒壳件固定相通连，补水管位于气-水隔板之上且相通相连的固定于圆筒壳的侧面，蒸汽出口管匹配的固定于壳顶上段部位且与筒壳件相通相连，蒸汽出口管与补水管的位置上、下匹配对应，热气管插装管套由底环板、直筒管、环形法兰盘和设有凸台环的环形板盖构成，底环板连接固定于直筒管下端的内侧，环形法兰盘连接固定于直筒管上端的外侧，环形法兰盘设有多个均布的螺纹通孔，环形板盖设有多个均布的螺钉通孔，螺纹通孔的直径和螺钉通孔的直径相匹配，螺纹通孔的位置和螺钉通孔的位置上、下对应匹配，底环板的内径、环形法兰盘的内径、环形板盖的内径均匹配的大于热气总管的外径，环形法兰盘与环形板盖经置于螺纹通孔和螺钉通孔的螺钉紧密连接在一起，底环板、直筒管、环形法兰盘、环形板盖以及热气总管围成的间隙内压装有密封填料件，热气总管的下出口端经连接筋板固定有导流旋风锥，导流旋风锥与圆筒壳内壁之间设有导风降尘裙筒，导风降尘裙筒固定于布气管插装板之下且导风降尘裙筒的中心轴线与热气总管的中心轴线重合，筒壳件的壳底上的锥尖部位设有排尘管，排尘管上设有常闭式排粉阀和星型卸灰阀，筒壳件的壳底下部设有支架，筒壳件内位于布气管插装板之下的内壁面上设有保温层，筒壳件下段的侧面上设有清污放水阀，液位计的上端与蒸汽出口管相通相连，液位计的下端与补水管相通相连，蒸汽出口管上设有蒸汽放空阀、蒸汽输出阀、压力表，储汽包的进汽口与炉顶密封用蒸汽发生器的蒸汽出口管经蒸汽管道和蒸汽控制阀相通相连，储汽包的出汽口经蒸汽压力调节控制阀与蒸汽管相通连，热气总管的上顶端设有煤气放空调节阀。