热能回收系统的制作方法

本实用新型涉及多晶硅生产技术领域，尤其涉及一种热能回收系统。

背景技术：

随着社会的快速发展，光伏领域得到越来越多的人的重视，而单晶硅成为太阳能电池板的主要材料。制作多晶硅的生产流程中，通常是将氢气和三氯氢硅进入鼓泡汽化器内混合，通过外供蒸汽加热汽化后，按一定配比进入出入气换热器与还原尾气换热，接着进入还原炉并在其内部约1100℃高温的硅芯表面生成多晶硅，反应后的还原尾气温度较高，先经过尾气冷却管用循环水冷却后，进入出入气换热器和混合气进气进行换热，而后通过还原尾气冷却器用循环水冷却至100℃再进入尾气回收工序，但是，由于还原尾气的热量全部被冷却器中的循环水带走，造成大量的热量浪费。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型实施例提供一种热能回收系统，主要目的是提供一种能够回收利用还原尾气的热量的热能回收系统。

为达到上述目的，本实用新型主要提供如下技术方案：

本实用新型实施例提供了一种热能回收系统，该系统包括：

还原炉，所述还原炉具有进气口和排气口，所述进气口用于进入混合气体，所述排气口用于排出废气；

换热单元，所述换热单元包括预热部、气化部、换热部和换热管，所述预热部的一端连接于进料单元，另一端连接于所述气化部，用于将原料输送至所述气化部，所述换热部具有进气管和排气管，所述进气管的一端连接于所述气化部，另一端连接于所述换热管，用于向所述还原炉通入所述混合气体，所述排气管的一端连接于所述换热管，另一端连接于所述预热部，用于将所述废气通入所述预热部，所述预热部用于置换所述废气与所述原料之间的热量。

进一步的，所述换热管包括内管、外管和支撑件，所述外管套装在所述内管上，所述支撑件设置在所述内管和所述外管之间，用于支撑内管。

进一步的，所述进气管的一端连接于所述气化部，另一端连接于所述外管，用于向所述还原炉通入所述混合气体，所述排气管的一端连接于所述内管，另一端连接于所述预热部。

进一步的，所述预热部具有进料管和废气管，所述进料管的一端连接于进料单元，另一端连接于所述气化部，用于将原料输送至所述气化部，所述废气管的一端连接于所述排气管，另一端连接于废气回收单元，用于将所述废气通入所述废气回收单元。

进一步的，冷却部，所述冷却部设置在所述排气管和所述废气管之间，用于降低所述废气的温度。

进一步的，所述冷却部具有水管和气管，所述气管的一端连接于所述排气管，另一端连接于所述废气管，所述水管的一端连接于进水单元，另一端连接于闪蒸罐，用于置换所述气管内的所述废气与所述水管的热量。

进一步的，加热部，所述加热部包括加热器和套筒，所述套筒套装在所述气化部上，所述加热器连接于所述套筒，用于向所述套筒内通入蒸汽。

进一步的，所述加热部还包括排水管，所述排水管连接于所述套筒，用于排出所述套筒内的冷凝水。

进一步的，所述换热部为套管式换热器。

进一步的，所述换热部为列管式换热器。

与现有技术相比，本实用新型具有如下技术效果：

本实用新型实施例提供的技术方案中，还原炉具有进气口和排气口，进气口用于进入混合气体，排气口用于排出废气；换热单元包括预热部、气化部、换热部和换热管，预热部的一端连接于进料单元，另一端连接于气化部，用于将原料输送至气化部，换热部具有进气管和排气管，进气管的一端连接于气化部，另一端连接于换热管，用于向还原炉通入混合气体，排气管的一端连接于换热管，另一端连接于预热部，用于将废气通入预热部，预热部用于置换废气与原料之间的热量，先将三氯氢硅液体通入预热部和气化部，气化部内将三氯氢硅液体与氢气进行混合形成混合气体，再依次通入换热部的进气管和还原炉的进气口中，还原炉内有硅芯，混合气体与硅芯发生还原反应，产生废气，废气通过排气口排出还原炉，废气经过排气管与进气管中的混合气体进行热交换后，再进入预热部中，与预热部中的三氯氢硅液体进行热交换，不仅降低了废气的温度，同时提高了三氯氢硅液体的温度，相对于现有技术，将氢气和三氯氢硅进入鼓泡汽化器内混合，通过外供蒸汽加热汽化后，按一定配比进入出入气换热器与还原尾气换热，接着进入还原炉并在其内部约1100℃高温的硅芯表面生成多晶硅，反应后的还原尾气温度较高，先经过尾气冷却管用循环水冷却后，进入出入气换热器和混合气进气进行换热，而后通过还原尾气冷却器用循环水冷却至100℃再进入尾气回收工序，但是，由于还原尾气的热量全部被冷却器中的循环水带走，造成大量的热量浪费，本实用新型实施例中，通过预热部将废气与三氯氢硅液体进行热交换，不仅能够降低废气的温度，方便对废气进行回收，同时，还能够提高三氯氢硅液体的温度，降低了加热三氯氢硅液体所需的燃料消耗，从而达到节约成本的技术效果。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种热能回收系统的结构示意图；

图2为图1中A处的放大结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

如图1和图2所示，本实用新型实施例提供了一种热能回收系统，该系统包括：

还原炉1，还原炉1具有进气口和排气口，进气口用于进入混合气体，排气口用于排出废气；

换热单元，换热单元包括预热部21、气化部22、换热部23和换热管24，预热部21的一端连接于进料单元9，另一端连接于气化部22，用于将原料输送至气化部22，换热部23具有进气管231和排气管232，进气管231的一端连接于气化部22，另一端连接于换热管24，用于向还原炉1通入混合气体，排气管 232的一端连接于换热管24，另一端连接于预热部21，用于将废气通入预热部21，预热部21用于置换废气与原料之间的热量。

本实用新型实施例提供的技术方案中，还原炉1具有进气口和排气口，进气口用于进入混合气体，排气口用于排出废气；换热单元包括预热部21、气化部22、换热部23和换热管24，预热部21的一端连接于进料单元9，另一端连接于气化部22，用于将原料输送至气化部22，换热部23具有进气管231和排气管232，进气管231的一端连接于气化部22，另一端连接于换热管24，用于向还原炉1通入混合气体，排气管232的一端连接于换热管24，另一端连接于预热部21，用于将废气通入预热部21，预热部21用于置换废气与原料之间的热量，先将三氯氢硅液体通入预热部21和气化部22，气化部22内将三氯氢硅液体与氢气进行混合形成混合气体，再依次通入换热部23的进气管231和还原炉1的进气口中，还原炉1内有硅芯，混合气体与硅芯发生还原反应，产生废气，废气通过排气口排出还原炉1，废气经过排气管232与进气管231中的混合气体进行热交换后，再进入预热部21中，与预热部21中的三氯氢硅液体进行热交换，不仅降低了废气的温度，同时提高了三氯氢硅液体的温度，相对于现有技术，将氢气和三氯氢硅进入鼓泡汽化器内混合，通过外供蒸汽加热汽化后，按一定配比进入出入气换热器与还原尾气换热，接着进入还原炉1并在其内部约1100℃高温的硅芯表面生成多晶硅，反应后的还原尾气温度较高，先经过尾气冷却管用循环水冷却后，进入出入气换热器和混合气进气进行换热，而后通过还原尾气冷却器用循环水冷却至100℃再进入尾气回收工序，但是，由于还原尾气的热量全部被冷却器中的循环水带走，造成大量的热量浪费，本实用新型实施例中，通过预热部21将废气与三氯氢硅液体进行热交换，不仅能够降低废气的温度，方便对废气进行回收，同时，还能够提高三氯氢硅液体的温度，降低了加热三氯氢硅液体所需的燃料消耗，从而达到节约成本的技术效果。

上述还原炉1的作用是生产多晶硅棒，还原炉1具有进气口和排气口，进气口用于进入混合气体，排气口用于排出废气；换热单元的作用是对混合气体和废气进行多次热量交换，换热单元包括预热部21、气化部22、换热部23和换热管24，预热部21的一端连接于进料单元9，另一端连接于气化部22，用于将原料输送至气化部22，换热部23具有进气管231和排气管232，进气管231 的一端连接于气化部22，另一端连接于换热管24，用于向还原炉1通入混合气体，排气管232的一端连接于换热管24，另一端连接于预热部21，用于将废气通入预热部21，预热部21用于置换废气与原料之间的热量，气化部22的作用是对三氯氢硅液体加热，同时，将氢气混合到三氯氢硅气体中，再将三氯氢硅气体和氢气的混合气体通入还原炉1中，气化部22加热三氯氢硅液体的方式通常是通过蒸汽加热的方式，当然，也可以通过其他的方式对气化部22进行加热，换热部23的作用是将混合气体和废气的热量进行交换，废气排出还原炉1并进入换热部23的排气管232中，与换热部23中的混合气体进行热量交换，不仅降低了废气的温度，还能够提高混合气体进入还原炉1的温度，提高了还原炉1 的生产效率，换热管24通常具有进料管和出料管，进料管用于将混合气体通入还原炉1内，出料管用于排出还原炉1内的废气，可选的，换热管24可以采用套管，进料管套装在出料管上，也可以采用管式换热管24或者其他形式的换热管24，只要能够对混合气体和废气的热量进行交换即可，需要说明的是，为了降低尾气的温度同时减少尾气回收系统负荷并且利于尾气热能回收，会在换热部23与预热部21之间设置冷却装置，预先对高温尾气进行降温热能回收，冷却装置通常采用闪蒸罐提供的133℃的热水对尾气进行降温，吸收尾气热能之后的热水再次回到低压闪蒸罐内闪蒸出0.2mpa蒸汽供精馏系统使用，本实施例中，通过预热部21将废气与三氯氢硅液体进行热交换，不仅能够降低废气的温度，方便对废气进行回收，同时，还能够提高三氯氢硅液体的温度，降低了加热三氯氢硅液体所需的燃料消耗，从而达到节约成本的技术效果。

进一步的，如图1所示，换热管24包括内管242、外管241和支撑件，外管241套装在内管242上，支撑件设置在内管242和外管241之间，用于支撑内管242。本实施例中，进一步限定了换热管24的结构，换热管24包括内管 242、外管241和支撑件，外管241套装在内管242上，支撑件设置在内管242 和外管241之间，外管241内通入混合气体，内管242内通入废气，支撑件设置在内管242和外管241之间，起到支撑外管241的作用，可选的，支撑件上具有多个通孔，混合气体能够穿过多个通孔进入还原炉1内，内管242和外管 241的材料通常为不锈钢材料，提高换热管24的使用寿命，通过将废气与混合气体进行热量交换，降低了废气的温度，从而达到了方便处理废气的技术效果，同时提高了混合气体的温度，从而达到提高还原炉1的生产效率的技术效果，并且，有效的利用了废气的热量，降低了燃料消耗，从而达到了节约生产成本的技术效果。

进一步的，如图1所示，进气管231的一端连接于气化部22，另一端连接于外管241，用于向还原炉1通入混合气体，排气管232的一端连接于内管242，另一端连接于预热部21。本实施例中，进一步限定了换热部23，进气管231的一端连接于气化部22，另一端连接于外管241，混合气体依次通过气化部22、进气管231和外管241进入还原炉1内，再与还原炉1内的硅芯发生反应，生成多晶硅棒，排气管232的一端连接于内管242，另一端连接于预热部21，还原炉1内产生的废气通过内管242与外管241内的混合气体发生热交换，提高再进入排气管232与进气管231内的混合气体发生热交换，提高混合气体的温度，再进入预热部21与三氯氢硅液体发生热交换，提高三氯氢硅液体的温度，从而达到降低燃料消耗的技术效果。

进一步的，预热部21具有进料管和废气管，进料管的一端连接于进料单元 9，另一端连接于气化部22，用于将原料输送至气化部22，废气管的一端连接于排气管232，另一端连接于废气回收单元8，用于将废气通入废气回收单元8。本实施例中，进一步限定了预热部21，预热部21具有进料管和废气管，进料管的一端连接于进料单元9，另一端连接于气化部22，进料单元9的作用是向预热部21通入三氯氢硅液体，三氯氢硅液体从进料单元9输送至预热部21，废气管的一端连接于排气管232，另一端连接于废气回收单元8，废气通过排气管232 进入废气管中与进料管中的三氯氢硅液体发生热交换，使废气的温度降低，使三氯氢硅液体的温度升高，从而达到了降低气化部22中加热三氯氢硅液体的燃料消耗的技术效果。

进一步的，如图1所示，增加了冷却部3，冷却部3设置在排气管232和废气管之间，用于降低废气的温度和置换高位废气的热量。本实施例中，增加了冷却部3，冷却部3的作用是在废气进入预热部21之前，先对废气进行降温处理，冷却部3设置在排气管232和废气管之间，废气通过换热部23与混合气体进行热交换，之后进入冷却部3中进行进一步的降温，使废气的温度降低至100 度左右，还可以将废气中大量的热能被冷却水吸收，之后再进入预热部21对三氯氢硅液体进行预先加热，从而达到提高三氯氢硅液体的温度的技术效果，可选的，冷却部3具有水管和气管，气管的一端连接于排气管232，另一端连接于废气管，水管的一端连接于进水单元，进水单元的水来自于闪蒸罐的热水，另一端连接于闪蒸罐，用于置换气管内的废气与水管的热量，进水单元的热水再回到闪蒸罐减压闪蒸出大量蒸汽用于精馏工序使用；冷却部3与闪蒸罐相互连接，向冷却部3中通入夹套水，夹套水通过与冷却部3中的废气进行热交换，使夹套水转换成蒸汽，蒸汽再进入闪蒸罐中，产生0.2mpa的蒸汽提供给后续的精馏程序使用，进一步提高废气的热量利用效率；进水单元的补水方式可以通过闪蒸罐的热水通入进水单元中，置换气管内的废气与水管的热量，之后热水再回到闪蒸罐减压闪蒸出大量蒸汽用于精馏工序使用，从而达到提高热量的利用效率的技术效果。

进一步的，如图1所示，增加了加热部4，加热部4包括加热器42和套筒41，套筒41套装在气化部22上，加热器42连接于套筒41，用于向套筒41内通入蒸汽。本实施例中，增加了加热部4，加热部4的作用是加热气化部22中的三氯氢硅液体，使三氯氢硅液体转化成三氯氢硅气体，并且，三氯氢硅气体与氢气进行混合生成混合气体，再通入还原炉1中，加热部4包括加热器42和套筒41，套筒41套装在气化部22上，加热器42连接于套筒41，套筒41的作用是保存蒸汽，防止蒸汽泄露，可选的，冷却部3与套筒41相互连接，冷却部 3内通入水，废气与水进行热交换回到闪蒸罐内，生成蒸汽，再将蒸汽通入套筒 41中，对气化部22内的三氯氢硅液体进行加热，进一步提高废气的热量的利用效率。

进一步的，如图1所示，加热部4还包括排水管43，排水管43连接于套筒41，用于排出套筒41内的冷凝水。实施例中，进一步限定了加热部4，套筒41 内的蒸汽与气化部22中的三氯氢硅液体进行热交换后，会转换成水，排水管43 通常设置在套筒41的底部，排水管43将套筒41内的水快速排出，防止套筒41 内的水与蒸汽产生热交换，从而达到提高三氯氢硅液体的加热效率的技术效果。

进一步的，换热部23为套管式换热器。本实施例中，进一步限定了换热部 23，套管式换热器是换热器中的一种，主要是用两种尺寸不同的标准管连接而成同心圆套管，两种不同介质可在内管242和外管241逆向流动(或同向)以达到换热的效果。套管式换热器的结构简单，传热面积可以根据需要进行控制，并且热传导的效率较高，从而达到进一步提高换热部23的热传导效率的技术效果。

进一步的，换热部23为列管式换热器。本实施例中，进一步限定了换热部 23，列管式换热器使换热器中的一种，属于常见的换热器，列管式换热器的材料可以采用普通碳钢、紫铜、或不锈钢制作。在进行换热时，一种流体由封头的连结管处进入，从封头另一端的出口管流出；另一种流体由壳体的接管进入，从壳体上的另一接管处流出，列管式换热器的结构比较简单、紧凑、造价便宜，从而达到降低生产成本的技术效果。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。