多晶硅生产过程中的热能利用系统和方法技术方案

本发明专利技术提供一种多晶硅生产过程中的热能利用系统，其包括闪蒸槽、还原炉水泵、冷水泵进口调节阀、冷水泵、冷水换热器、热水泵进口调节阀和热水泵。相应地，提供一种多晶硅生产过程中的热能利用方法。本发明专利技术能够在多晶硅生产过程中的吸附柱再生环节减少甚至避免高温高压蒸汽的消耗，从而节约了运行成本。

Heat energy utilization system and method in polysilicon production process

The invention provides a heat energy utilization system in the production process of polysilicon, which includes a flash tank, a reducing furnace pump, a cold water pump inlet regulating valve, a cold water pump, a cold water heat exchanger, a hot water pump inlet regulating valve and a hot water pump. Accordingly, a method for utilizing heat energy in the production process of polysilicon is provided. The invention can reduce or even avoid the consumption of high temperature and high pressure steam in the process of polycrystalline silicon production, thereby saving operation cost.

【技术实现步骤摘要】
多晶硅生产过程中的热能利用系统和方法
本专利技术涉及多晶硅生产
，具体涉及一种多晶硅生产过程中的热能利用系统和一种多晶硅生产过程中的热能利用方法。
技术介绍
多晶硅是太阳能光伏行业的基础材料。目前，多晶硅生产主要采用改良西门子法(即三氯氢硅还原法)，其基本原理是：以SiHCl3(三氯氢硅：trichlorosilane，简称为TCS)和H2为原料，按照一定比例在还原炉内进行气相沉积反应，并采用电加热载体使还原炉内达到反应温度，具体的反应温度为1080℃～1100℃，产生的多晶硅晶体颗粒在硅芯上沉积生长，从而得到高纯度的棒状多晶硅。其中，还原炉为钟罩式还原炉。此外，由于还原炉中的温度等条件很难达到均一，导致实际的还原过程十分复杂，并伴随副反应发生，从而使得还原尾气中的成分较为复杂，主要包括H2、HCl气体、气相氯硅烷和微量杂质，其中气相氯硅烷包括SiHCl3(也称为TCS)、SiCl4(也称为STC)和SiH2Cl2(也称为DCS)的混合气。虽然还原尾气的成分复杂，但其中的其他干扰杂质较少，可利用尾气回收工序将还原尾气中的H2分离、提纯后，再送入还原炉继续参与还原反应。在采用改良西门子法生产多晶硅的过程中，必须采用冷却水对还原炉进行降温才能保证设备温度不致过高而发生事故，从还原炉的炉筒输入的冷却水吸收了炉筒温度之后形成高温高压的冷却水回水输出，然后送入闪蒸槽中进行减压闪蒸，从而产生低温低压的蒸汽；经减压闪蒸后，高温高压的冷却水回水的部分热量被产生的蒸汽带走，温度和压力得以降低，再通过水泵将其打回还原炉的炉筒内继续参与循环降温，而其中产生的低温低压的蒸汽可通过管网送至下游工序使用。但是，由于所述低温低压蒸汽的热值低、品质差、含水量较高，输送过程中沿途排放的冷凝液多，浪费较大。同时，利用吸附柱对还原尾气中分离出来的H2进行纯化处理(吸附)，以将其中混合的HCl气体、气相氯硅烷和微量杂质去除。经过一个吸附周期后，吸附柱的吸附量达到饱和，需要在高温条件下对其进行吹扫、再生。具体地，当吸附柱处于吸附状态时，通过冷水泵向吸附柱提供低温的冷水以对其进行降温，而吸收了吸附柱热量的冷水的温度得以上升，需通过冷水换热器进行降温后再返回吸附柱以参与冷水循环，其中，冷水换热器中的冷却介质为低温循环水。而且，在冷水循环时，由于长时间循环过程中存在挥发和损失，需要一定量的补水。当吸附柱处于再生状态时，通过热水泵向吸附柱提供高温的热水以对其进行加热再生，而吸收了吸附柱冷量的热水的温度得以降低，需通过蒸汽换热器进行加热后再返回吸附柱以参与热水循环，其中，蒸汽换热器中的加热介质为高温高压的蒸汽。由于吸附柱再生时需要高温高压的蒸汽、吸附时需要补水，现有技术中一般采用冷凝液储罐-膨胀槽来提供所需的高温高压蒸汽和补水。具体地，将高温高压的蒸汽通入冷凝液储罐-膨胀槽，使得膨胀槽内既存在高温高压的蒸汽，又存在蒸汽的冷凝液，其中，高温高压的蒸汽通入前述蒸汽换热器，用于加热所述吸收了吸附柱冷量的热水，以及为冷水泵和热水泵提供背压，而蒸汽的冷凝液用于为前述冷水循环提供补水。膨胀槽上的高温蒸汽阀门应保持打开状态，当膨胀槽内的冷凝液不足以为前述冷水循环提供补水时，需将其中额外的高温高压的蒸汽冷凝为冷凝液。可见，在吸附柱的再生环节，需要消耗大量的高温高压蒸汽，而高温高压的蒸汽通常需要向邻近的电厂购买，并通过管道输送到用户，费用较高，且多晶硅生产过程中吸附柱为连续运行设备，则数以月计，数以年计，运行成本高昂。以一个万吨级的多晶硅厂为例，吸附柱再生加热的运行成本每年需要近一千万元。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术中所存在的上述缺陷，提供一种多晶硅生产过程中的热能利用系统和一种多晶硅生产过程中的热能利用方法，能够在多晶硅生产过程中的吸附柱再生环节减少甚至避免高温高压蒸汽的消耗，从而节约了运行成本。解决本专利技术技术问题所采用的技术方案是：本专利技术提供一种多晶硅生产过程中的热能利用系统，其包括闪蒸槽、还原炉水泵、冷水泵进口调节阀、冷水泵、冷水换热器、热水泵进口调节阀和热水泵，其中，由还原炉炉筒输出的冷却水回水被分成两部分，其中一部分被送入闪蒸槽，另一部分被送至冷水泵进口调节阀前端和热水泵进口调节阀前端，所述冷水泵进口调节阀用于当吸附柱处于吸附状态时打开，以使所述另一部分冷却水回水进入冷水泵前端；所述冷水泵和所述冷水换热器分别用于对所述另一部分冷却水回水进行增压、降温以形成冷水，所述冷水被送入吸附柱后，从吸附柱输出的吸收了其热量的冷水回水被送至冷水泵前端以参与冷水循环；所述热水泵进口调节阀用于当吸附柱处于再生状态时打开，以使所述另一部分冷却水回水进入热水泵前端；所述热水泵用于对所述另一部分冷却水回水进行增压，且增压后的另一部分冷却水回水作为热水被送入吸附柱后，从吸附柱输出的吸收了其冷量的热水回水被送入闪蒸槽；所述闪蒸槽用于将还原炉炉筒输出的所述一部分冷却水回水和吸附柱输出的所述热水回水混合后进行减压闪蒸，并输出蒸汽至下游工序，以及输出冷凝液至还原炉水泵；所述还原炉水泵用于对所述冷凝液进行增压，并输出增压后的冷凝液至还原炉炉筒以参与冷却水循环。本专利技术还提供一种多晶硅生产过程中的热能利用方法，其包括如下步骤：将还原炉炉筒输出的冷却水回水分成两部分，其中一部分送入闪蒸槽，另一部分送至冷水泵进口调节阀前端和热水泵进口调节阀前端；当吸附柱处于吸附状态时，打开冷水泵进口调节阀，使所述另一部分冷却水回水依次经冷水泵增压、冷水换热器降温后形成为冷水，并将所述冷水送入吸附柱，然后将吸附柱输出的吸收了其热量的冷水回水送至冷水泵前端以参与冷水循环；当吸附柱处于再生状态时，打开热水泵进口调节阀，使所述另一部分冷却水回水经热水泵增压后作为热水送入吸附柱，然后将吸附柱输出的吸收了其冷量的热水回水送入闪蒸槽；将还原炉炉筒输出的所述一部分冷却水回水和吸附柱输出的所述热水回水在闪蒸槽内混合后进行减压闪蒸，并将闪蒸槽输出的蒸汽送至下游工序、将闪蒸槽输出的冷凝液经还原炉水泵增压后送入还原炉炉筒以参与冷却水循环。有益效果：本专利技术通过对采用改良西门子法的多晶硅生产过程中的热能平衡进行梳理，从热能综合利用的角度出发，利用还原炉输出的部分高温高压的冷却水回水对吸附柱进行加热再生，可以减少甚至避免吸附柱加热再生时高温高压蒸汽的消耗，经实验验证，在多晶硅生产过程中采用本专利技术后，每小时可节约10吨左右的高温高压蒸汽，则每年可节约成本约500万元；而吸附柱再生时输出的热水回水与还原炉输出的剩余部分高温高压的冷却水回水在闪蒸槽内混合后再进行减压闪蒸，则使得闪蒸槽输出中温中压的蒸汽，其热值高、品质好、含水量低，输送过程中沿途排放的冷凝液少，避免了浪费。因此，本专利技术充分地提高了还原炉输出的高温高压的冷却水回水的热量利用率。附图说明图1为本专利技术实施例1提供的多晶硅生产过程中的热能利用系统的工作原理示意图；图2为本专利技术实施例2提供的多晶硅生产过程中的热能利用方法的流程图。图中：1－还原炉；2－闪蒸槽；3－还原炉水泵；4－水流量调节阀；5－还原炉回水总管调节阀；6－蒸汽调节阀；7－吸附柱；71、72、73－子吸附柱；8－冷水泵；9－热水泵；10－冷水换热器；11－冷水泵进口调节阀；12－热水泵进口调节阀；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多晶硅生产过程中的热能利用系统，其特征在于，包括闪蒸槽、还原炉水泵、冷水泵进口调节阀、冷水泵、冷水换热器、热水泵进口调节阀和热水泵，其中，由还原炉炉筒输出的冷却水回水被分成两部分，其中一部分被送入闪蒸槽，另一部分被送至冷水泵进口调节阀前端和热水泵进口调节阀前端，所述冷水泵进口调节阀用于当吸附柱处于吸附状态时打开，以使所述另一部分冷却水回水进入冷水泵前端；所述冷水泵和所述冷水换热器分别用于对所述另一部分冷却水回水进行增压、降温以形成冷水，所述冷水被送入吸附柱后，从吸附柱输出的吸收了其热量的冷水回水被送至冷水泵前端以参与冷水循环；所述热水泵进口调节阀用于当吸附柱处于再生状态时打开，以使所述另一部分冷却水回水进入热水泵前端；所述热水泵用于对所述另一部分冷却水回水进行增压，且增压后的另一部分冷却水回水作为热水被送入吸附柱后，从吸附柱输出的吸收了其冷量的热水回水被送入闪蒸槽；所述闪蒸槽用于将还原炉炉筒输出的所述一部分冷却水回水和吸附柱输出的所述热水回水混合后进行减压闪蒸，并输出蒸汽至下游工序，以及输出冷凝液至还原炉水泵；所述还原炉水泵用于对所述冷凝液进行增压，并输出增压后的冷凝液至还原炉炉筒以参与冷却水循环。...

【技术特征摘要】
1.一种多晶硅生产过程中的热能利用系统，其特征在于，包括闪蒸槽、还原炉水泵、冷水泵进口调节阀、冷水泵、冷水换热器、热水泵进口调节阀和热水泵，其中，由还原炉炉筒输出的冷却水回水被分成两部分，其中一部分被送入闪蒸槽，另一部分被送至冷水泵进口调节阀前端和热水泵进口调节阀前端，所述冷水泵进口调节阀用于当吸附柱处于吸附状态时打开，以使所述另一部分冷却水回水进入冷水泵前端；所述冷水泵和所述冷水换热器分别用于对所述另一部分冷却水回水进行增压、降温以形成冷水，所述冷水被送入吸附柱后，从吸附柱输出的吸收了其热量的冷水回水被送至冷水泵前端以参与冷水循环；所述热水泵进口调节阀用于当吸附柱处于再生状态时打开，以使所述另一部分冷却水回水进入热水泵前端；所述热水泵用于对所述另一部分冷却水回水进行增压，且增压后的另一部分冷却水回水作为热水被送入吸附柱后，从吸附柱输出的吸收了其冷量的热水回水被送入闪蒸槽；所述闪蒸槽用于将还原炉炉筒输出的所述一部分冷却水回水和吸附柱输出的所述热水回水混合后进行减压闪蒸，并输出蒸汽至下游工序，以及输出冷凝液至还原炉水泵；所述还原炉水泵用于对所述冷凝液进行增压，并输出增压后的冷凝液至还原炉炉筒以参与冷却水循环。2.根据权利要求1所述的热能利用系统，其特征在于，还包括：还原炉回水总管调节阀、设置在其前端的第一压力变送器，以及分别与二者电连接的第一控制器，所述还原炉回水总管调节阀和第一压力变送器均设在还原炉炉筒输出的所述一部分冷却水回水所流通的管道上，所述第一控制器内预设有第一标准压力值，其用于接收第一压力变送器实时测量的压力信号，将所述压力信号转换成对应的压力值后与所述第一标准压力值进行比较，当对应的压力值低于第一标准压力值时，控制还原炉回水总管调节阀的开度减小以提升管道内的水压，当对应的压力值高于第一标准压力值时，控制还原炉回水总管调节阀的开度增大以降低管道内的水压；和/或，还包括：吸附柱回水总管调节阀、设置在其前端的第二压力变送器，以及分别与二者电连接的第二控制器，所述吸附柱回水总管调节阀和第二压力变送器均设在吸附柱输出的所述热水回水所流通的管道上，所述第二控制器内预设有第二标准压力值，其用于接收第二压力变送器实时测量的压力信号，将所述压力信号转换成对应的压力值后与所述第二标准压力值进行比较，当对应的压力值低于第二标准压力值时，控制吸附柱回水总管调节阀的开度减小以提升管道内的水压，当对应的压力值高于第二标准压力值时，控制吸附柱回水总管调节阀的开度增大以降低管道内的水压。3.根据权利要求1所述的热能利用系统，其特征在于，还包括：蒸汽调节阀、设置在其前端的第三压力变送器，以及分别与二者电连接的第三控制器，所述蒸汽调节阀和第三压力变送器均设在闪蒸槽输出的蒸汽所流通的管道上，所述第三控制器内预设有第三标准压力值，其用于接收第三压力变送器实时测量的压力信号，将所述压力信号转换成对应的压力值后与所述第三标准压力值进行比较，当对应的压力值低于第三标准压力值时，控制蒸汽调节阀的开度减小以提升管道内的气压，当对应的压力值高于第三标准压力值时，控制蒸汽调节阀的开度增大以降低管道内的气压。4.根据权利要求1所述的热能利用系统，其特征在于，还包括：水流量调节阀、设置在其前端的温度变送器，以及分别与二者电连接的第四控制器，所述水流量调节阀和温度变送器均设在还原炉炉筒输出的未被划分前的冷却水回水所流通的管道上，所述第四控制器内预设有标准温度值，其用于接收温度变送器实时测量的温度信号，将所述温度信号转换成对应的温度值后与所述标准温度值进行比较，当对应的温度值低于标准温度值时，控制水流量调节阀的开度减小以提升管道内的水温，当对应的温度值高于标准温度值时，控制水流量调节阀的开度增大以降低管道内的水温。5.根据权利要求1-4中任一项所述的热能利用系统，其特征在于，还包括：设置在冷水泵进口调节阀前端的第一流量计，以及分别与所述冷水泵进口调节阀和第一流量计电连接的第五控制器，所述第五控制器内预设有第一标准流量值，其用于接收第一流量计实时测量的流量信号，将所述流量信号转换成对应的流量值后与所述第一标准流量值进行比较，当对应的流量值低于第一标准流量值时，控制冷水泵进口调节阀的开度增大以提升管道内的水流量，当对应的流量值高于第一标准流量值时，控制冷水泵进口调节阀的开度减小以降低管道内的水流量；和/或，还包括：设置在热水泵进口调节阀前端的第二流量计，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王惠，张伟，宋高杰，董越杰，胡启红，王兵，
申请(专利权)人：新特能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：新疆,65