均温型高效电加热炉

摘要

一种均温型高效电加热炉，包括支座（1）和由炉内筒（10）及炉外筒（11）、筒体（28），在炉内筒（10）和炉外筒（11）之间填装有隔热材料（12），所述的筒体（28）固定安装在筒体底部支座（1）上，筒体（28）的上部连接有炉盖（23），其特征是所述的炉内筒（10）的内壁上安装有电阻带加热元件（7），筒体（28）的底部、支座（1）上安装有底部加热元件（2），在筒炉（28）的中心安装在柱状加热元件（8），被加热介质管（5）呈螺旋状设置在柱状加热元件（8）的周围，并通过固定件（4）和支撑杆（3）定位在筒体（28）的内腔中，固定杆（3）通过连接件（14）与吊杆（29）的下端相连，吊杆（29）固定在炉盖（23）中；所述的被加热介质管（5）的进口端（17）和出口端（21）均穿过炉盖（23）；保护气体入口管（26）穿过筒体底部（46）与筒体（28）的内腔相通，保护气体出口管穿过炉盖（23）与筒体（28）的内腔相通。本发明炉内均温性好，炉管制作、吊装、检修方便。

权利要求

1.一种均温型高效电加热炉，包括支座（1）和由炉内筒（10）及炉外筒（11）组成的筒体（28），在炉内筒（10）和炉外筒（11）之间填装有隔热材料（12），所述的筒体（28）固定安装在支座（1）上，筒体（28）的上部连接有炉盖（23），其特征是所述的炉内筒（10）的内壁上安装有电阻带加热元件（7），筒体（28）的底部（46）上安装有底部圆盘加热元件（2），在筒体（28）的中心安装有柱状加热元件（8），被加热介质管（5）呈螺旋状盘管安装在柱状加热元件（8）和炉筒内壁电阻带加热元件（7）之间，并通过固定件（4）和支架（3）定位在筒体（28）中，固定件（4）安装在支架（3）上，支架（3）通过连接件（14）与吊杆（29）的下端相连，吊杆（29）固定在炉盖（23）中；所述的被加热介质管（5）的进口端（17）和出口端（21）均穿过炉盖（23）；保护气体入口管（26）穿过筒体底部（46）与筒体（28）的内腔相通，保护气体出口管穿过炉盖（23）与筒体（28）的内腔相通。

2.根据权利要求1所述的均温型高效电加热炉，其特征是所述的吊杆（29）的上端插装定位在吊耳座（30）上，吊耳座（30）通过连接螺栓（31）与固定吊耳（32）相连，固定吊耳（32）与炉盖（23）的上板固定相连，所述的吊耳座（30）、固定吊耳（32）均位于炉盖（23）的上板与下板之间的盖板隔热材料（13）中，在吊耳座（30）与固定吊耳（32）之间加装有隔热材料层（33），在吊杆（29）与吊耳座（30）之间也加装有隔热材料层（33）。

3.根据权利要求1所述的均温型高效电加热炉，其特征是所述的柱状加热元件（8）为中空结构，其内部填装有绝热材料（9），外壁安装有电阻带加热元件（7）。

4.根据权利要求1所述的均温型高效电加热炉，其特征是所述的炉盖（23）上还安装有测温元件（18）和测压元件（19），测压元件（19）连接有安全排气口（20）。

5.根据权利要求1所述的均温型高效电加热炉，其特征是所述的电阻带加热元件（7）通过穿过炉内筒（10）的加热元件固定件（6）固定在筒体（28）的内壁和柱状加热元件（8）外壁上，所述的炉内筒（10）为耐火纤维板或耐火砖，炉内筒（10）和炉外筒（11）之间加装的隔热材料（12）为耐火纤维折叠板，所述的炉外筒（11）由耐火纤维板衬板和金属壳板组成。

6.根据权利要求1所述的均温型高效电加热炉，其特征是所述的炉体上安装有多个测温接头（25），该测温接头（25）由与炉外筒（11）固定相连的固定座（35）和密封盖（36）组成，密封盖（36）通过螺纹旋装在固定座（35）上，在固定座（35）与密封盖（36）的结合端面之间加装有石棉盘根。

7.根据权利要求1所述的均温型高效电加热炉，其特征是所述的被加热介质管（5）的进口端（17）和出口端（21）上均加装有密封定位组件（37），所述的密封定位组件包括耐火纤维块（15）、两个半圆形环密封盖（16）和加强撑（41），所述的耐火纤维块（15）的中心设有与被加热介质管进口端（17）和出口端（21）相配的中心孔，该耐火纤维块（15）由插入炉盖（23）的盖板隔热材料（13）中的锥台段（42）和抵装在盖板隔热材料（13）上的圆柱段（43）组成，所述加强撑（41）安装在所述圆柱段（43）的周围；所述的两个半圆形环密封盖（16）之间通过连接螺栓组件（44）相连，两个半圆形环密封盖（16）拼接后的中心孔孔径与所述的被加热介质管（5）的进口端（17）或出口端（21）管径相配合，两个半圆形环密封盖（16）均通过紧固件与炉盖（23）的上盖板相连，在两个半圆形环密封盖（16）与加强撑（41）之间垫装有石棉盘根。

说明书

均温型高效电加热炉

技术领域

[0001] 本发明涉及一种电加热装置，应用于气体需加热均匀的场合，尤其是一种太阳能硅多晶硅生产过程中用于反应气体进行加热的电加热炉，具体地说是一种均温型高效电加热炉。

背景技术

[0002] 目前，太阳能技术得到了广泛应用，作为太阳能利用关键部件之一的硅棒在生产过程中必须对H2、SiCl4和H2混合气进行加热，其中四氯化硅冷氢化用电加热器须在高温、高压、具有氢气等易燃易爆气体环境和强腐蚀性介质的环境下工作，对产品的要求非常高，而加热的均匀性直接影响到硅棒的长大，而现有的加热炉由于采用单一的内表面加热方式，存在单面受热，均温效果差的问题，同时由于现有的加热炉由于盖板结构设计不合理，存在加热管取出困难和炉盖与炉管无法分离的问题，因此有必要加以改进。

发明内容

[0003] 本发明的目的是针对现有的电加热炉存在的加热温度不匀，结构复杂，炉管更换不方便的问题，设计一种均温型高效电加热炉。

[0004] 本发明的技术方案是：

[0005] 一种均温型高效电加热炉，包括支座1和由炉内筒10及炉外筒11筒体28，在炉内筒10和炉外筒11之间填装有隔热材料12，所述的筒体28固定安装在支座1上，筒体28的上部连接有炉盖23，其特征是所述的炉内筒10的内壁上安装有电阻带加热元件7，筒体28的底部安装有底部加热元件2，在筒炉28的中心安装在柱状加热元件8，被加热介质管5呈螺旋状盘管设在柱状加热元件8的周围，并通过固定件4和支撑杆3定位在筒体28的内腔中，固定件4安装在支撑杆3上，固定杆3通过连接件14与吊杆29的下端相连，吊杆29固定在炉盖23中；所述的被加热介质管5的进口端17和出口端21均穿过炉盖23；保护气体入口管26穿过筒体底部46与筒体28的内腔相通，保护气体出口管穿过炉盖23与筒体
28的内腔相通。

[0006] 所述的吊杆29的上端插装定位在吊耳座30，吊耳座30通过连接螺栓31与固定吊耳32相连，固定吊耳32与炉盖23的上板固定相连，所述的吊耳座30、吊耳32均位于炉盖23的上板与下板之间的盖板隔热材料13中，在吊耳座30与固定吊耳32之间加装有隔热材料层33，在吊杆29与吊耳座33的插孔之间也加装有隔热材料层33。

[0007] 所述的柱状加热元件8为中空结构，其内部填装有绝热材料9，外壁安装有电加热元件7，在筒体底部46上安装有圆盘电加热元件2。

[0008] 所述的炉盖23的底部和筒体28的上部均连接有连接环24，相对的两个连接环24通过螺栓相连，在每个连接环24上均设有加强筋34。

[0009] 所述的炉盖23上还安装有测湿元件18和测压元件19，测压元件19连接有安全排气口20。

[0010] 所述的电阻带加热元件7通过穿过炉内筒10的加热元件固定件6固定在筒体28的内壁上，所述的炉内筒10和筒体底部46为耐火纤维板或耐火砖，炉内筒10和炉外筒11之间加装的隔热材料12为耐火纤维折叠板，所述的炉外筒11由耐火纤维板衬板和金属壳板组成。

[0011] 所述的炉体上安装有多个测温接头25，该测温接头25由与炉外筒11固定相连的固定座35和密封盖36组成，密封盖35通过螺纹旋装在固定座35上，在固定座35与密封盖36的结合端面之间加装有石棉盘根37。

[0012] 所述的被加热介质管5的进口端17和出口端21上均加装有密封定位组件37，所述的密封定位组件包括耐火纤维块15、两个半圆形环密封盖16和加强撑41，所述的耐火纤维块15的中心设有与被加热介质管进口端17和出口端21相配的中心孔，该耐火纤维块15由插入炉盖23的盖板隔热材料13中的锥台段42和抵装在盖板隔热材料13上的圆柱段43组成，所述加强撑41安装在所述圆柱段43的周围；所述的两个半圆形环密封盖16之间通过连接螺栓组件44相连，两个半圆环密封盖16拼接后的中心孔孔径与所述的被加热介质管5的进口端17或出口端21管径相配合，两个半圆形环密封盖16均通过紧固件与炉盖23的上盖板相连，在两个半圆形环密封盖16与加强撑41之间垫装有石棉盘根45。

[0013] 本发明的有益效果：

[0014] 1、本发明通过在炉体中心、下部和内壁上安装加热元件，使得炉管的内外侧均能受到热辐射的影响，从而使炉管及管内的气体更为充分均匀地受热。

[0015] 2、本发明的炉管采用哈弗密封盖结构可实现炉盖与炉管的单独取放，同时通过吊耳的作用又可使得炉管能与炉盖一并取出，使得炉管的制作和取放检修十分方便。

[0016] 3、通过采用PLC可编程控制，能实现炉内温度按工艺要求进行自动控制。氮气保护，能长期在600~1000℃高温工况下长期稳定工作，使用寿命超过10000小时。性能稳定，安全可靠；有效解决了反应气体及多晶硅生产过程SiCl4循环利用的难题。

[0017] 4、本发明的电加热器包括有介质加热炉室、炉盖、炉底和插装在介质加热炉室内的至少三个电加热芯：加热炉室内壁（可分成多个区域）、加热炉室内炉底和中心加热芯。加热室内设置螺旋状的金属盘管，金属盘管的两端为加热介质进入和流出的入口和出口，盘管可以为一排或多排并列，并固定安装在炉顶法兰盖上，可以随炉顶法兰盖一起从炉内提出。在电加热盘管加热范围内分布若干个与超温保护电路连接的测温管，所有测温管被包容在一个薄壁的金属筒内，金属筒一端与法兰盖密封连接，金属筒另一端封闭，测温管金属筒可在线更换，采用法兰盖可封死。其超温保护的测温点可以准确反馈整个电加热芯的温度状态，可避免因部分电加热盘管局部过热而造成的损坏。

[0018] 5、本发明在电加热盘管的中心设置了高温加热芯，从而以最经济的工艺步骤达到提高电加热管高温性能、可靠性和使用寿命的目的。

[0019] 6、加热介质温度稳定可靠，炉膛内温度均匀性好，并具有良好的适应性及灵活性。采用可编程序控制器,可实现动作全自动控制。

[0020] 7、温度控制采用高精度智能PID,可自动控制各区加热温度，具有直观、方便和先进性。在仪表内可设置不同的升温曲线，加热的过程按照设定好的升温曲线进行升温。

附图说明

[0021] 图1是本发明的结构示意图。

[0022] 图2是图1的A-A剖视结构示意图。

[0023] 图3是本发明的炉管进口端和出口端的密封组件的结构示意图。

[0024] 图4是本发明的吊杆安装结构示意图。

[0025] 其中：图4a）是主视图，图4b）是图4a）的左视图。

[0026] 图5是本发明的炉壁的组成结构示意图。

[0027] 图6是本发明的测温结构示意图。

[0028] 其中图6a）是有测温管39插入时的测温结构工作状态示意图。

[0029] 图6b）是无测温管插入时的测温结构示意图。

具体实施方式

[0030] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

[0031] 如图1-6所示。

[0032] 一种均温型高效电加热炉，包括支座1和由炉内筒10及炉外筒11筒体28，在炉内筒10和炉外筒11之间填装有隔热材料12，所述的筒体28固定安装在筒体底部46上，筒体28的上部连接有炉盖23，二者之间通过连接环24（相当于法兰结构，如图2所示）相连，筒体28可为整体结构，也可为由若干段组成的结构，段与段之间也通过连接环24相连，两个相配的连接环24通过螺栓相连，在每个连接环24上均设有加强筋34。炉盖23中还可安装有测湿元件18和测压元件19，测压元件19连接有安全排气口20。所述的炉内筒10的内壁上安装有电阻带加热元件7，筒体28的底部、支座1上安装有底部加热元件2，在筒炉28的中心安装在柱状加热元件8，柱状加热元件8为中空结构，其内部加装有隔热材料或绝热材料9，被加热介质管5呈螺旋状设置在柱状加热元件8的周围，并通过固定件4定位在筒体28的内腔中，固定件4安装在支撑杆3上，固定杆3通过连接件14与吊杆29的下端相连，吊杆29固定在炉盖23中；所述的被加热介质管5的进口端17和出口端21均穿过炉盖
23；保护气体入口管26穿过支座1与筒体28的内腔相通，保护气体出口管穿过炉盖23与筒体28的内腔相通，如图1所示。各加热元件均与接线组件27相连，如图2所示。

[0033] 具体实施时，所述的吊杆29的上端可插装定位在吊耳座30，吊耳座30通过连接螺栓31与固定吊耳32相连，固定吊耳32与炉盖23的上板固定相连，所述的吊耳座30、吊耳32均位于炉盖23的上板与下板之间的盖板隔热材料13中，在吊耳座30与固定吊耳32之间加装有隔热材料层33，在吊杆29与吊耳座33的插孔也壁之间也加装有隔热材料层33。
如图4所示。

[0034] 具体实施时所述的电阻带加热元件7通过穿过炉内筒10的加热元件固定件6固定在筒体28的内壁上，固定件6材料为耐热金属或非金属陶瓷等；所述的炉内筒10为耐火纤维板或耐火砖，炉内筒10和炉外筒11之间加装的隔热材料12为耐火纤维折叠板，所述的炉外筒11由耐火纤维板衬板和金属壳板组成，如图5所示。

[0035] 具体实施时，所述的炉体上安装有多个测温接头25，该测温接头25由与炉外筒11固定相连的固定座35和密封盖36组成，密封盖35通过螺纹旋装在固定座35上，在固定座35与密封盖36的结合端面之间加装有石棉盘根37。如图6所示。

[0036] 为了便于炉管的装拆，具体实施时，还可在被加热介质管5的进口端17和出口端21上均加装如图3所示的密封定位组件37，所述的密封定位组件包括耐火纤维块15、两个半圆形环密封盖16和加强撑41，所述的耐火纤维块15的中心设有与被加热介质管进口端
17和出口端21相配的中心孔，该耐火纤维块15由插入炉盖23的盖板隔热材料13中的锥台段42和抵装在盖板隔热材料13上的圆柱段43组成，所述加强撑41安装在所述圆柱段
43的周围；所述的两个半圆形环密封盖16之间通过连接螺栓组件44相连，两个半圆环密封盖16拼接后的中心孔孔径与所述的被加热介质管5的进口端17或出口端21管径相配合，两个半圆形环密封盖16均通过紧固件与炉盖23的上盖板相连，在两个半圆形环密封盖
16与加强撑41之间垫装有石棉盘根45。

[0037] 当需要对炉管5进行检修时，可通过松开连接炉盖23和炉体28的连接环24，将炉盖23整体吊起，从而将炉管从炉体中吊出，而中心加热管8则保留在炉体中。

[0038] 如果需要单独将炉管5取出，可先松开两个半圆形环密封盖16，再取出耐火纤维块15（也为两半个对拼结构），松开吊杆与炉管支撑件3的连接件14，即可将炉盖与炉管分离，先直接吊出炉盖23，再吊出炉管5即可，或将炉盖23与炉管5一起吊出，然后松开吊杆与炉管支撑件3的连接件14，对炉盖23与炉管5分别制作、维修、检查。

[0039] 此外，具体实施时，炉壳使用4-16mm厚钢板焊接而成圆筒状，并有筋板加强，整个炉体严格按照压力容器的工艺要求进行制造，以确保炉体的密封性及足够的刚强度。

[0040] 炉衬全部采用优质耐火纤维毯针刺毯制成全纤维结构（图2、3、4、5），也可用异形耐火砖，确保炉子的保温性能及节能；炉衬为折叠块拼接结构，内部采用耐热钢铆固件作骨架，以确保炉衬长期使用不变形及具有足够的刚度和强度；表面设一层耐火纤维板或涂层增强炉衬的抗冲刷能力，提高炉衬的绝热性能和使用寿命。节能效果显著，比普通轻质砖炉衬节能30%左右。炉底砌砖体由高强度重质砖、轻质节能砖、保温砖砌筑而成。

[0041] 加热元件采用电阻带加热元件，将电阻带扳成特殊形状，增大散热面积，以加大热元件对工件的辐射面，提高热效率。（如图2）

[0042] 炉壁电热元件按上、下、中部分三区分布。为保证炉管加热均匀，在炉底部和中心部分设置电热元件，电热元件引出棒每两组集中引出，引出棒管壳装有散热片，保证引出棒从炉内带出的热量通过散热片施放出来，保证防爆接线盒内不会过热，从而保证防爆等级T4,防爆壳体距炉体有一定距离,此部分作为散热区（如图）。

[0043] 盘管（即炉管5）在高温处理后通过冷或热弯曲变形的方法进行弯管加工，将直管加工成弯曲的盘管形状；在盘管形状加工后进行去应力处理或进行高温回火处理，确保安全运行。盘管吊具采用高合金耐热钢板制作，分别固定在炉盖上（个数根据盘管吊杆数量定）。为减小吊耳与吊耳座之间的热传递，在吊耳与吊耳座之间加热设了隔热层，通过多台设备的实际经验此种做法大大的降低了热传递、热短路现象。

[0044] 炉盖采用钢板及型钢密焊焊接成，外面用型钢焊接成框状加强筋，确保炉盖有足够的密封性和刚强度。炉盖绝热层采用全纤维结构，内部用耐热钢作骨架与炉盖外壳固定。全纤维结构重量轻、绝热性能好。炉盖上部设有管道进出口，为保证炉盖与管道进出口良好的密封性，对密封塞块的结构采用了哈弗结构（如图）。

[0045] 底部设有氮气进气口，上部设有排气系统，根据炉内设定压力自动进行排气。氮气管路上主要设有压力变送器、压力控制器、止回阀、球阀，压力控制器可以时时显示炉内压力情况，根据炉内压力值的大小与设定值对比对炉炉内压力自动控制，压力变送器带有标准信号输出接口，通过PLC对氮气压力情况进行监控，以及相应的联锁。

[0046] 氧、氢气体分析仪均由氧、氢探头通过控制分析仪进行含量控制，氧、氢探头带有标准信号输出接口，通过PLC对氧、氢含量情况进行监控，以及相应的联锁，氧、氢含量PPM值用户提供。

[0047] 为保证设备的安全使用，控制系统具有各种联锁保护功能和声、光报警装置。报警功能有超温报警、故障报警等，同时具有过热、过流保护以保证设备及人身安全。当炉温超过设定值时发出报警，同时停止加热，防止过热损害炉体及加热元件。

[0048] 本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。