多晶硅生產(chǎn)中的熱能利用方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于多晶硅生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多晶硅生產(chǎn)過程中的熱能利用方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]多晶硅生產(chǎn)過程中的電耗轉(zhuǎn)換為大量的熱能，一般的多晶硅生產(chǎn)工藝過程中處理熱能的方法主要有:1、用熱導(dǎo)油將產(chǎn)生的熱能進(jìn)行換熱帶出，換熱后的熱導(dǎo)油再經(jīng)過通有冷卻循環(huán)水的換熱器進(jìn)行冷卻，在此工藝過程中是通過熱導(dǎo)油循環(huán)冷卻以帶走熱能；2、將高溫水通入熱能產(chǎn)生裝置(即還原爐系統(tǒng))中，換熱后的高溫水再經(jīng)過通有冷卻循環(huán)水的換熱器進(jìn)行冷卻，在此工藝過程中是通過高溫水循環(huán)冷卻以帶走熱能；3、通入高溫水進(jìn)入熱能產(chǎn)生裝置，吸收顯熱后的高溫水回流到閃蒸槽中以產(chǎn)生蒸汽，蒸汽供應(yīng)到精餾裝置作為熱介質(zhì)提供熱能，但還有部分無法回收的熱能通過循環(huán)冷卻器換熱帶走。
[0003]以上幾種處理熱能的方法在逐步改進(jìn)工藝，以提升熱能的利用。然而，上述幾種工藝都沒有充分利用還原爐(用于生產(chǎn)多晶硅)生產(chǎn)中產(chǎn)生的熱能。在上面幾種工藝中，還原爐生產(chǎn)中使用高電耗產(chǎn)生的熱能，通過熱導(dǎo)油和循環(huán)冷卻水對產(chǎn)生的全部或部分熱能進(jìn)行冷卻，造成熱能的大量浪費，增加了多晶硅的生產(chǎn)成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種能夠充分利用多晶硅生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的大量熱能的多晶硅生產(chǎn)過程中的熱能利用方法及裝置。
[0005]解決本發(fā)明技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是該多晶硅生產(chǎn)中的熱能利用方法，將多晶硅生產(chǎn)中來自還原爐系統(tǒng)的高溫回水送入閃蒸系統(tǒng)，并在閃蒸系統(tǒng)中進(jìn)行閃蒸，進(jìn)入閃蒸系統(tǒng)的高溫回水的溫度為145°C?160°C，壓力為0.5MPa?0.6MPa，從閃蒸系統(tǒng)中閃蒸出壓力為0.175MPa?0.25MPa的低壓蒸汽，閃蒸后剩下的溫度為128°C?133°C的高溫水經(jīng)加壓后返回還原爐系統(tǒng)中，并形成還原爐系統(tǒng)的高溫上水；閃蒸出的低壓蒸汽則被送至多晶硅生產(chǎn)中需要蒸汽的其他設(shè)備，經(jīng)與所述其他設(shè)備換熱后得到的冷凝液返回至閃蒸系統(tǒng)中。
[0006]優(yōu)選的是，閃蒸系統(tǒng)中閃蒸出的低壓蒸汽的溫度為145°C?155°C ;所述溫度為128°C?133°C的高溫水經(jīng)輸送泵加壓至壓力為0.6MPa?0.75MPa后再送入還原爐系統(tǒng)中；返回至閃蒸系統(tǒng)中的冷凝液的溫度為70°C?90°C。
[0007]優(yōu)選的是，可以將常溫下的脫鹽水補(bǔ)充至閃蒸系統(tǒng)中，以補(bǔ)充閃蒸系統(tǒng)閃蒸蒸汽時消耗的水量；
[0008]所述閃蒸系統(tǒng)通過低壓蒸汽管網(wǎng)將閃蒸出的低壓蒸汽送至多晶硅生產(chǎn)中需要蒸汽的其他設(shè)備，所述低壓蒸汽管網(wǎng)上還設(shè)有外補(bǔ)高壓蒸汽減壓裝置，外補(bǔ)高壓蒸汽減壓裝置能夠?qū)⑼獠刻峁┑母邏赫羝麥p壓轉(zhuǎn)換為多晶硅生產(chǎn)中需要的0.175MPa?0.25MPa的低壓蒸汽。
[0009]優(yōu)選的是，所述輸送泵的加壓壓力為0.75MPa?0.8IMPa ；
[0010]優(yōu)選的是，閃蒸系統(tǒng)進(jìn)行閃蒸時其內(nèi)部的液位高度為閃蒸系統(tǒng)總高度的2/3或以下。
[0011]進(jìn)一步優(yōu)選的是，所述還原爐系統(tǒng)包括還原爐、尾氣換熱器和進(jìn)料預(yù)熱器，
[0012]從閃蒸系統(tǒng)出來的高溫上水包括第一高溫上水和第二高溫上水,第一高溫上水和第二高溫上水分別進(jìn)入還原爐和進(jìn)料預(yù)熱器中，
[0013]所述高溫回水包括第一高溫回水和第二高溫回水，第一高溫上水對還原爐爐筒進(jìn)行降溫后流出，從而形成所述第一高溫回水；第二高溫上水與三氯氫硅和氫氣混合后形成的物料在進(jìn)料預(yù)熱器中進(jìn)行換熱后流出，從而形成所述第二高溫回水；
[0014]從還原爐中出來的高溫尾氣與經(jīng)進(jìn)料預(yù)熱器預(yù)熱后的物料在尾氣換熱器中進(jìn)行換熱，換熱后的物料再進(jìn)入還原爐中。
[0015]優(yōu)選的是，所述物料經(jīng)進(jìn)料預(yù)熱器進(jìn)行預(yù)熱后的溫度控制為70 V?110°C，物料再經(jīng)尾氣換熱器后的溫度控制為110°c?180°C，物料最終進(jìn)入還原爐中。
[0016]更優(yōu)選的是，所述還原爐系統(tǒng)還包括前尾氣夾套和后尾氣夾套，
[0017]第二高溫上水與從還原爐出來的高溫尾氣先在前尾氣夾套處進(jìn)行換熱，換熱后的第二高溫上水和高溫尾氣再分別進(jìn)入進(jìn)料預(yù)熱器和尾氣換熱器中；
[0018]所述高溫上水還包括第三高溫上水，所述高溫回水還包括第三高溫回水，
[0019]第三高溫上水與從尾氣換熱器中出來的高溫尾氣在后尾氣夾套處進(jìn)行換熱，換熱后的第三高溫上水成為所述第三高溫回水，并返回閃蒸系統(tǒng)中，換熱后的高溫尾氣輸出至還原爐系統(tǒng)外部。
[0020]更優(yōu)選的是，所述高溫上水還包括第四高溫上水，所述高溫回水還包括第四高溫回水，
[0021]第四高溫上水進(jìn)入尾氣換熱器中與從前尾氣夾套中出來的高溫尾氣在尾氣換熱器中進(jìn)行換熱，換熱后的第四高溫上水成為所述第四高溫回水，并返回閃蒸系統(tǒng)中；
[0022]優(yōu)選的，所述還原爐系統(tǒng)還包括氫氣預(yù)熱器，從后尾氣夾套中出來的高溫尾氣與物料中的氫氣在氫氣預(yù)熱器中換熱，換熱后的氫氣再與所述三氯氫硅進(jìn)行混合而形成所述物料，換熱后的高溫尾氣輸出至還原爐系統(tǒng)外部。
[0023]更優(yōu)選的是，所述還原爐系統(tǒng)還包括第一混合器和第二混合器，
[0024]氫氣經(jīng)所述氫氣預(yù)熱器預(yù)熱后溫度達(dá)到60°C?65°C，預(yù)熱后的氫氣再與常溫下的三氯氫硅按照多晶硅生產(chǎn)中需要的體積比在第一混合器進(jìn)行混合，混合后形成氣液混合形態(tài)的物料，所述物料隨后進(jìn)入進(jìn)料預(yù)熱器進(jìn)行預(yù)熱，經(jīng)進(jìn)料預(yù)熱器預(yù)熱后的物料被完全氣化，物料再經(jīng)第二混合器混合后進(jìn)入尾氣換熱器中。
[0025]優(yōu)選的是，對于還原爐中進(jìn)行的生產(chǎn)多晶硅的反應(yīng)，在反應(yīng)的前期和中期，將進(jìn)入還原爐的物料溫度控制為180°C ;在反應(yīng)的后期，將進(jìn)入還原爐的物料溫度控制為140°C。
[0026]本發(fā)明還提供一種多晶硅生產(chǎn)中的熱能利用系統(tǒng)，包括閃蒸系統(tǒng)和還原爐系統(tǒng)，
[0027]所述閃蒸系統(tǒng)包括閃蒸槽，閃蒸槽與還原爐系統(tǒng)通過上水管路和回水管路連通，來自還原爐系統(tǒng)的高溫回水通過所述回水管路進(jìn)入閃蒸槽中，
[0028]所述回水管路上設(shè)有第一壓力調(diào)節(jié)閥，第一壓力調(diào)節(jié)閥用于調(diào)節(jié)進(jìn)入閃蒸槽的高溫回水的壓力；
[0029]所述上水管路上設(shè)有輸送泵，閃蒸槽中經(jīng)閃蒸后剩下的高溫水通過上水管路上的輸送泵加壓后送回還原爐系統(tǒng)中，從而形成還原爐系統(tǒng)的高溫上水；
[0030]閃蒸槽與多晶硅生產(chǎn)中需要蒸汽的其他設(shè)備之間通過低壓蒸汽管網(wǎng)和冷凝液回流管路連通，
[0031]所述低壓蒸汽管網(wǎng)靠近閃蒸槽的管路上設(shè)有第二壓力調(diào)節(jié)閥，所述第二壓力調(diào)節(jié)閥用于調(diào)節(jié)閃蒸槽中閃蒸的低壓蒸汽的壓力，經(jīng)第二壓力調(diào)節(jié)閥調(diào)壓后的低壓蒸汽與需要蒸汽的其他設(shè)備進(jìn)行換熱后得到的冷凝液經(jīng)冷凝液回流管路返回至閃蒸槽中。
[0032]優(yōu)選的是，回水管路上的第一壓力調(diào)節(jié)閥的預(yù)設(shè)壓力為0.5MPa?0.6MPa，低壓蒸汽管網(wǎng)上的第二壓力調(diào)節(jié)閥的預(yù)設(shè)壓力為0.175MPa?0.25MPa，進(jìn)入閃蒸系統(tǒng)的高溫回水的溫度為145°C?160°C，閃蒸槽中閃蒸出來的低壓蒸汽的溫度為145°C?155°C，閃蒸槽中經(jīng)閃蒸后剩下的高溫水的溫度為128°C?133°C ；
[0033]優(yōu)選的，所述低壓蒸汽管網(wǎng)上還設(shè)有用于將外部提供的高壓蒸汽減壓轉(zhuǎn)換為0.175MPa?0.25MPa的低壓蒸汽的外補(bǔ)高壓蒸汽減壓裝置；
[0034]優(yōu)選的，所述冷凝液回流管路上設(shè)有液位調(diào)節(jié)閥，所述液位調(diào)節(jié)閥用于調(diào)節(jié)進(jìn)入閃蒸槽中的冷凝液的流量，以使得閃蒸槽中的液位高度為閃蒸槽總高度的2/3或以下；
[0035]優(yōu)選的，所述閃蒸槽上還設(shè)有開口，常溫下的脫鹽水通過所述開口能夠補(bǔ)充至閃蒸槽中。
[0036]進(jìn)一步優(yōu)選的是，所述還原爐系統(tǒng)包括還原爐、尾氣換熱器和進(jìn)料預(yù)熱器，
[0037]所述上水管路包括第一上水管路和第二上水管路，所述回水管路包括第一回水管路和第二回水管路；
[0038]所述第一上水管路的一端與閃蒸槽連通，另一端與還原爐的底部連通，所述第一回水管路的一端與閃蒸槽連通，另一端與還原爐的頂部連通；
[0039]所述第二上水管路的一端與閃蒸槽連通，另一端與進(jìn)料預(yù)熱器連通，第二回水管路的一端與閃蒸槽連通，另一端與進(jìn)料預(yù)熱器連通；
[0040]所述高溫上水包括在第一上水管路中流動的第一高溫上水和第二上水管路中流動的第二高溫上水，所述高溫回水包括在第一回水管路中流動的第一高溫回水和在第二回水管路中流動的第二高溫回水，
[0041]所述第一高溫上水經(jīng)第一上水管路進(jìn)入還原爐中，并對還原爐爐筒進(jìn)行降溫后流出至第一回水管路中，從而形成所述第一高溫回水；
[0042]所述第二高溫上水經(jīng)第二上水管路進(jìn)入進(jìn)料預(yù)熱器中與三氯氫硅和氫氣混合后形成的物料進(jìn)行換熱后流出至第二回水管路中，從而形成所述第二高溫回水；
[0043]所述尾氣換熱器與進(jìn)料預(yù)熱器通過第二物料輸送管路連通，所述還原爐與尾氣換熱器的一端通過尾氣輸出管路和第三物料輸送管路連通，尾氣換熱器的另一端與還原爐系統(tǒng)外部連通，從進(jìn)料預(yù)熱器出來的物料通過第二物料輸送管路進(jìn)入尾氣換熱器中，從還原爐中出來的高溫尾氣通過尾氣輸出管路進(jìn)入尾氣換熱器中，在尾氣換熱器中物料與高溫尾氣進(jìn)行換熱，換熱后的物料再通過第三物料輸送管路進(jìn)入還原爐中，換熱后的高溫尾氣輸出至還原爐系統(tǒng)外部。
[0044]更優(yōu)選的是，所述還原爐系統(tǒng)還包括前尾氣夾套和后尾氣夾套，
[0045]前尾氣夾套和后尾氣夾套分設(shè)于尾氣換熱器的兩側(cè)并分別與尾氣換熱器連通，所述尾氣輸出管路通過前尾氣夾套與尾氣換熱器連通，所述第二上水管路的部分管路套裝在前尾氣夾套上或設(shè)置在前尾氣夾套內(nèi)部，以使得第二高溫上水能與從還原爐出來的高溫尾氣先在前尾氣夾套處進(jìn)行換熱，換熱后的第二高溫上水和高溫尾氣再分別進(jìn)入進(jìn)料預(yù)熱器和尾氣換熱器中；
[0046]所述上水管路還包括第三上水管路，所述回水管路還包括第三回水管路，所述第三上水管路的一端與閃蒸槽連通，另一端與第三回水管路的一端連通，所述第三回水管路的另一端與閃蒸槽連通，
[0047]所述高溫上水還包括在第三上水管路中流動的第三高溫上水，所述高溫回水還包括在第三回水管路中流動的第三高溫回水，
[0048]第三上水管路套裝在后尾氣夾套上或設(shè)置在后尾氣夾套內(nèi)部，以使得第三高溫上水與從尾氣換熱器中出來的高溫尾氣在后尾氣夾套處進(jìn)行換熱，換熱后的第三高溫上水進(jìn)入第三回水管路中成為所述第三高溫回水，并返回閃蒸槽中；
[0049]后尾氣夾套還與還原爐系統(tǒng)外部連通，從后尾氣夾套中換熱出來的高溫