金属镁还原炉

以煤为燃料的还原炉在我国，金属镁还原炉以燃煤为主，随着镁冶炼工艺的不断发展与进步，出现过多种燃煤还原炉，典型的有下面几种。

1、单火室单面单排罐还原炉

该炉型与燃煤气、重油还原炉炉型相似，单面单排布置还原罐。燃烧室设置在后面，炉内装有14~16支还原罐，在两支还原罐中间设置一过火孔。该炉型由于只有单排罐，又是单面布置，故操作十分方便，车间布置便于机械化，但其产量和热效率都低。该炉型属于矩形倒焰窑，火焰从燃烧室通过挡火板反射至炉顶，受烟囱抽力火焰向下，使还原罐受热，再经过火孔，支烟道至主烟道排出。

2、双火室双面双排还原罐

该炉型也是矩形倒焰窑，装有10支还原罐，在长度方向分两端各装5支上、下排列。炉型设置了四个对称分布在两侧面的燃烧室(每面两个)，燃烧室内有倾斜15°的梁式炉栅，火焰从窑两侧燃烧室翻过挡火墙，流向炉膛中心窑顶，然后火焰倒流向炉底吸火孔、支烟道再由一端的主烟道排入烟囱。该炉的优点是炉子结构简单，罐子排列较紧凑，炉膛空间利用率较高，其缺点在于炉子四面均为操作面，加煤烧火与还原出镁、扒渣、装料互有干扰，操作条件差，车间布置困难。该炉型也有炉膛空间扩大而布置14~22支罐的。

3、单火室双面双排罐还原炉

该炉型是两端面双排布罐，单火室烧火的还原炉。在两个端面各分上、下排装6支罐，共布罐12支，在一个侧面设多个燃烧室，这样燃煤操作比较方便，空间利用率也较高，但还原罐数量有限，产量小。

4、国内应用最为广泛的单火室单面双排罐，还原炉该炉型也属于外加热火焰反射炉(俗称倒焰炉)。炉内还原罐上下错开上牌布置，空间利用率较高;炉长方向没有限制，故可以布置较多的还原罐，一般有30~40支;还原罐单面开口，与真空机组的连接较方便;燃烧室设置在炉膛后面，由挡火墙隔开，火焰从燃烧室通过挡火墙反射至炉顶，受烟囱抽力火焰向下，使还原罐受热，再经炉底过火孔、支烟道至主烟道排出。相对于上述其他炉型，该炉型产量大、空间利用率较高、能源消耗较低、经济性好，因此在国内得到了广泛的应用。

连续蓄热式金属镁精炼炉是指在金属镁精炼炉的余热利用上由间断蓄热改为连续蓄热，这种装置称为热回收泵，它工作时排烟和鼓风同时进行，高温烟气以对流及辐射的方式将热量传递给烟气通道内的蓄热体。同时，被加热的蓄热体将热量迅速传递到低温侧的助燃空气，空气能够很迅速地被加热。

连续蓄热式金属镁精炼炉主要有以下特点：

①换热速率高。高热导率、高黑度的材质、具有极大的换热面积，可实现高风温、低烟温。

②连续工作。连续供风及排烟，不需要换向，炉压稳定、流场及温度场无频繁扰动，为低氧燃烧奠定基础。

③寿命长。抗氧化性能好。

④超强的换热元件结构，运行成本极低、无须维护。

⑤采用比表面积很大的换热元件作为热交换器，便于安装和布置。

⑥高温防腐(抗氧化)、耐磨材料应用于精炼坩埚，有效提高坩埚的使用寿命。

蓄热体如图2所示。

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国内应用的金属镁还原炉的炉型较多，根据所用燃料的不同，大体上可分为两类:用煤气或重油加热的还原炉与以煤为燃料的还原炉。

用煤气或者重油为燃料的还原炉用煤气或者重油作为燃料的还原炉，通常是16个横罐的还原炉，其规格为10.54×3.59×2.94(m)。这种还原炉为矩形炉膛，还原罐间中心距约为600mm，罐呈单面单排排列，炉子背面一般分布有多支低压烧嘴。火焰从燃烧室进入炉膛空间，绕过还原罐周边，靠烟囱抽力将燃烧后的烟气抽入炉底部支烟道，经烟道与烟道闸门后进入烟囱。二次风由二次风管再通过炉底第二层二次风道送入炉内。

还原炉底部两个还原罐中间设有燃烧室或烟室。还原炉既是一个倒焰炉又是一个贮热炉。炉膛内一般装有16支镍铬合金钢制的还原罐。16个还原罐分成四组， 即4个还原罐组成一组，与一个真空机组相连接(真空机组由滑阀泵和罗茨泵组成)，每台还原炉还设有一个备用真空机组，因此一台还原炉一般有5个真空机组， 每台还原炉设有一个水环泵作为预抽泵。

蓄热式高温燃烧技术是当今国际上先进的燃烧技术，就是在炉子两侧炉墙上都布置有均匀分配的喷口，当一侧的喷口在作为烧嘴燃烧的时候，另一侧的喷口则作为烟道用来排烟。经过一个换向周期后，通过换向阀的切换，作为烧嘴燃烧的一侧喷口变为烟道用来排烟，而原来用来排烟的另一侧喷口则作为烧嘴燃烧。就这样交替进行，同时完成加热、烟气热量的高效回收及空气的高温预热。排烟侧喷口经高温气体通道进入蓄热室，在蓄热室内通过与蓄热体进行热量交换，其温度已降至150℃以下，然后出蓄热室，经过换向阀、排烟机，最后由烟囱排入大气。与此同时，空气进入另一侧已经在上一个换向周期内被高温烟气预热的高温蓄热室，同时被预热到900～1 050℃，出蓄热室后经高温气体通道通过炉子侧墙喷口喷出，从喷口喷出的高温空气和燃料在炉膛内边混合边燃烧。蓄热式高温燃烧技术工作原理如图1所示。

新型蓄热式金属镁还原炉，主要有以下特点：

①弥散燃烧的蓄热燃烧形式可形成与传统火焰完全不同的火焰类型，在炉内形成特别均匀的温度场，提高还原罐的加热均匀性。

②采用低氧燃烧技术，不但增强了高温烟气对还原罐的辐射和对流交换，同时减少火焰对还原罐的冲刷和氧化，延长还原罐的使用寿命。

③节约能源，降低燃耗。采用蓄热式燃烧技术可以将烟气余热利用到几乎接近极限的程度，最大限度地回收烟气潜热，可使空、煤气同时预热至接近炉气温度，排烟温度可以低于150℃，余热回收率大大提高，节能降耗非常明显。

④改善还原罐的加热环境，在还原罐周围形成还原性气氛，减少还原罐的氧化，提高还原罐的使用寿命。

⑤减小对环境的污染。蓄热式燃烧技术不仅节约了能源，降低了烟气排放量，而且大大降低了烟气中NO_x等有害气体的含量，减轻了环境污染。

⑥高温防腐(抗氧化)、耐磨材料应用于还原罐，有效提高还原罐的使用寿命。

⑦采用集中管理，分散控制，组成安全、先进、实用、可靠的远程自动调节控制系统。减少大量的设备操作人员。

图1是根据《一种多晶硅还原炉》的一个实施例的多晶硅还原炉的示意图；

图2是根据《一种多晶硅还原炉》的另一实施例的多晶硅还原炉的示意图。

一种多晶硅还原炉专利目的

《一种多晶硅还原炉》的目的在于提出一种可以降低能耗并且可以提高产量的多晶硅还原炉。

一种多晶硅还原炉技术方案

根据《一种多晶硅还原炉》实施例的多晶硅还原炉，包括：底盘和炉体，所述炉体连接在所述底盘上且在所述炉体与所述底盘之间限定出反应腔室；四十八对电极，所述四十八对电极设在所述底盘上且分别分布在第一、第二、第三和第四圆周，所述第一、第二、第三和第四圆周为以所述底盘中心为圆心且半径依次增大的同心圆周；进气系统，所述进气系统包括设在所述底盘中部的多个喷嘴；和排气系统，所述排气系统包括多个排气口，所述排气口设在所述底盘上且位于所述第四圆周与所述炉体之间。

根据该发明实施例的多晶硅还原炉，所述四十八对电极设在所述底盘上且分别分布在第一、第二、第三和第四圆周，由此，可以合理利用热能，同时也可以避免炉体内侧壁带走过多热量，可以降低热量损耗。

另外，根据该发明上述实施例的多晶硅还原炉还可以具有如下附加的技术特征：

根据该发明一个实施例的多晶硅还原炉，在所述第一、第二、第三和第四圆周上沿圆周方向依次均匀分布有六对、十对、十四对和十八对电极。电极如此布置，可以最大程度的合理利用热能。

根据该发明一个实施例的多晶硅还原炉，所述多个喷嘴分别分布于第五、第六、第七和第八圆周上，所述第五、第六、第七和第八圆周均以所述底盘中心为圆心且分别位于所述第一圆周之内和第一与第二圆周、第二与第三圆周以及第三与第四圆周之间。由此，可以使工艺气体在所述反应腔室内均匀分布，可以提高单炉产量。

有利地，根据该发明一个实施例的多晶硅还原炉，所述多个喷嘴的数量为二十四个，其中在所述第五和第六圆周上分别均匀分布有四个喷嘴，第七和第八圆周上分别均匀分布有八个喷嘴。由此，可以使所述多个喷嘴的布局更为合理，可以有效地与所述四十八对电极相配合。

进一步地，根据该发明一个实施例的多晶硅还原炉，所述进气系统还包括：进气环管，所述进气环管位于所述底盘下方且与外部气源相连通；二十四个进气管，所述二十四个进气管分别与所述二十四个喷嘴一一对应且所述二十四个喷嘴通过所述二十四个进气管与所述进气环管相连接。由此，可以使每个所述喷嘴的进气量都保持一致。

根据该发明一个实施例的多晶硅还原炉，所述多个排气口的数量为八个。由此，可以使反应尾气及时排出。

根据该发明一个实施例的多晶硅还原炉，所述底盘内形成有第一冷却腔，且所述第一冷却腔具有第一冷却介质进口和多个第一冷却介质出口，所述第一冷却介质进口位于所述底盘的中央，而所述多个第一冷却介质出口与所述多个排气口一一对应设置，每个所述第一冷却介质出口连接有第一冷却管且每个所述排气口连接有尾气管，所述第一冷却管套设在所述尾气管上。由此，可以改善生产条件，可以保证安全生产。

根据该发明一个实施例的多晶硅还原炉，所述炉体内设有第二冷却腔且所述第二冷却腔连接有第二冷却介质进口和第二冷却介质出口，所述第二冷却介质进口位于所述炉体的底部且所述第二冷却介质出口位于所述炉体的顶部，所述第二冷却腔内设有多个隔流挡板，所述多个隔流挡板在所述第二冷却腔内由下至上绕所述反应腔室呈螺旋状分布。由此，可以改善生产条件，可以保证安全生产。

根据该发明一个实施例的多晶硅还原炉，所述炉体包括位于下部的筒体和设在所述筒体顶端的封头，所述封头为中空半球体。由此，可以减小上升气流在所述反应腔室顶部的上升阻力。

有利地，根据该发明一个实施例的多晶硅还原炉，所述炉体上还设有多个观察镜，所述多个观察镜在所述筒体的高度方向上均匀分布成多排且所述多个观察镜沿所述筒体的周向均匀分布。由此，可以及时观察所述反应腔室内的情况。

该发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过该发明的实践了解到。

一种多晶硅还原炉有益效果

根据《一种多晶硅还原炉》实施例的多晶硅还原炉，可以合理利用热能，同时也可以避免炉体内侧壁带走过多热量，可以降低热量损耗。

2020年7月，《一种多晶硅还原炉》获得第二十一届中国专利银奖。