一种生产气相二氧化硅的水解炉及系统的制作方法

本发明具体涉及一种生产气相二氧化硅的水解炉及含有该水解炉的系统。

背景技术：

气相二氧化硅是一种重要的纳米无机化工材料，粒径小(7-40nm)，比表面积大(50-600㎡/g)，具有优越的表面化学性能，在硅橡胶、胶粘剂、油漆、涂料、密封材料、油墨、电子、纸张、化妆品、医药、食品、农业和cmp等领域有着广泛的应用。

气相二氧化硅的制备主要采用四氯化硅在1800℃的高温条件下水解，其过程为：在高温条件下，首先，空气中的氧气与氢气在四氯化硅的存在下反应生成水，然后水与四氯化硅发生水解，反应方程如下：

2h2+o2+sicl4——→sio2+4hcl

在这反应过程中，火焰温度、气相二氧化硅停留时间(与炉内压力有关)等因素都会影响二氧化硅的粒度、比表面积和表面性质，因此，如何准确控制火焰温度、炉内压力是制备高质量的气相二氧化硅的关键。而在当前的气相二氧化硅的生产设备中，存在以下不足：

(1)控制温度：现有的水解炉的炉头火焰温度采用的是热电偶检测，炉头内产生的氯化氢、氯气等强腐蚀、强氧化性气体会对热电偶产生严重的腐蚀和氧化作用，使热电偶容易损坏，导致温度测量不精准，无法判断炉头的火焰温度是否达到1800℃，从而无法判断生产的气相二氧化硅的品质，因此，需要对产品取样分析产品品质，再根据产品品质来调整气态四氯化硅、氢气、空气进料量，从而控制炉头的火焰温度，这种方式导致温度控制滞后，产品比表面积难以达到最优，产品品质无法得到保障，且操作复杂、工作量大，给生产带来巨大不便。

(2)压力控制：在适宜的温度下，四氯化硅水解产生的气相二氧化硅在火焰中停留的时间越短，比表面积越大，而影响停留时间的为炉内负压，负压高了会造成物料燃烧不稳定，负压低了会造成气相二氧化硅在火焰中停留的时间较长(超过1.5s)，导致比表面积下降，但是现有的水解炉内负压控制不稳定，难以维持在合适的负压条件。

(3)尾气控制：在四氯化硅水解过程中，为了保证四氯化硅充分反应，需加入过量的氧气，但是过量的氧气在炉内高温环境下，会与水解反应产生的氯化氢继续反应，产出氯气，氯气为有毒气体，使得在后续工序中增加碱液吸收、次氯酸钠处理等氯气处理工序，以保证氯气等有毒气体的处理，增加了运行成本。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是针对现有技术存在的以上不足，提供一种生产气相二氧化硅的水解炉及系统，可以对水解炉内的火焰的温度、压力进行精准控制，获得粒径小、比表面积大的气相二氧化硅产品。

根据本发明的一个方面，提供生产气相二氧化硅的水解炉，其技术方案如下：

一种生产气相二氧化硅的水解炉，包括炉体，所述炉体包括炉头和炉筒，所述水解炉还包括dcs(即分布式控制系统distributedcontrolsystem，是以微处理器为基础，采用控制功能分散、显示操作集中、兼顾分而自治和综合协调的设计原则的新一代仪表控制系统)控制系统、温度控制单元、压力控制单元，

所述dcs控制系统，用于集中控制和协调温度控制单元、压力控制单元以及尾气组分控制单元；

所述温度控制单元包括测温仪、进料机构，所述测温仪设于所述炉体上，并与所述dcs控制系统电连接，用于检测炉体中产生的火焰的温度，并将检测到的温度信息传递至dcs控制系统；所述dcs控制系统内设有温度阈值，dcs控制系统用于将测温仪检测到的温度信息与所述温度阈值进行比较，并计算出四氯化硅、氢气、空气的进料量，再传递这些进料量信息；所述进料机构与所述炉体连接，还与所述dcs控制系统电连接，根据接收到的dcs控制系统传递出的进料量信息向炉体内通入四氯化硅、氢气和空气；

所述压力控制单元与所述炉体的炉筒连接，并与所述dcs控制系统电连接，用于调节炉体内的压力，以控制生成的气相二氧化硅在火焰中的停留时间。

优选的，所述进料机构包括四氯化硅进料组件、氢气进料组件、空气进料组件，

所述四氯化硅进料组件包括四氯化硅进料管线、第一流量计、第一调节阀，所述四氯化硅进料管线与所述炉体的炉头连接，所述第一流量计和所述第一调节阀均设于四氯化硅进料管线上，且第一流量计和第一调节阀均与所述dcs控制系统电连接，第一调节阀用于根据dcs控制系统上设定的四氯化硅的进料量调节自身开度，以控制四氯化硅的进料量，第一流量计用于测量已通入到炉体内的四氯化硅的量；

所述氢气进料组件包括氢气进料管线、第二流量计、第二调节阀，所述氢气进料管线与所述炉体的炉头连接，所述第二流量计和所述第二调节阀均设于氢气进料管线上，且第二流量计和第二调节阀均与所述dcs控制系统电连接，第二调节阀用于根据dcs控制系统上计算得出的氢气的进料量调节自身开度，以控制氢气的进料量，第二流量计用于测量已通入到炉体内的氢气的量；

所述空气进料组件包括空气进料管线、第三流量计、第三调节阀，所述空气进料管线与炉体的炉头连接，所述第三流量计和所述第三调节阀均设于所述空气进料管线上，且第三调节阀和第二流量计与所述dcs控制系统电连接，第三调节阀用于根据dcs控制系统上计算得出的空气的进料量调节自身开度，以控制空气的进料量，第三流量计用于测量已通入到水解炉内的空气的量。

优选的，所述测温仪采用双波长红外测温仪，所述dcs控制系统内设定的温度阈值为1800℃。

优选的，所述压力控制单元包括压力变送器、变频器、风机，

所述压力变送器设于所述炉体的炉筒上，并与所述dcs控制系统电连接，用于检测炉筒内的压力，并将检测到的炉筒内的压力信息传递至dcs控制系统；

所述dcs控制系统内还设有压力阈值，dcs控制系统用于将所述压力变送器检测到的所述炉筒内的压力信息与所述压力阈值进行比较，并根据压力比较结果输出压力增加/减弱信号；

所述风机与所述炉体的炉筒的下部的出口连接，用于对炉筒由内向外抽风，使炉筒内保持微负压；

所述变频器与所述风机电连接，并与所述dcs控制系统电连接，用于根据接收到的所述压力增加/减弱信号调整风机的工作电源频率，以调节风机的转速。

优选的，所述水解炉还包括尾气控制单元，所述尾气控制单元包括尾气分析组件和补氢组件，

所述尾气分析组件与所述炉体的炉筒连接，用于检测和分析炉筒内的气体组分，并传递所检测到的炉筒内的气体组分信息；

所述补氢组件与所述炉体的炉筒连接，还与所述尾气分析组件连接，用于根据尾气分析组件检测到的炉筒内的气体组分信息向炉筒内通入补充氢气。

优选的，所述尾气分析组件包括第一气体分析仪，

所述第一气体分析仪设于所述炉筒的上部，并与所述dcs控制系统电连接，用于检测炉筒上部的氧气含量，并将检测到的炉筒上部的氧气含量信息传递至dcs控制系统；

所述dcs控制系统内还设有第一氧气含量阈值，dcs控制系统还用于将所述第一气体分析仪检测到的所述炉筒上部的氧气含量信息与所述第一氧气含量阈值进行比较，并计算出补充氢气的进料量，再传递补充氢气的进料量信息；

所述补氢组件用于根据接收到的补充氢气的进料量信息向炉筒内补充氢气。

优选的，所述尾气分析组件还包括第二气体分析仪，

所述第二气体分析仪设于所述炉筒的下部，并与所述dcs控制系统连接，用于检测炉筒下部的氧气、氢气的含量，并将检测到的炉筒下部的氧气含量信息、氢气含量信息传递至dcs控制系统；

所述dcs控制系统内还设有第二氧气含量阈值和氢气含量阈值，dcs控制系统还用于将所述第二气体分析仪检测到的所述炉筒下部的氧气含量信息与所述第二氧气含量阈值进行比较、将所述第二气体分析仪检测到的所述炉筒下部的氢气含量信息与所述氢气含量阈值进行比较，并根据比较结果输出增加/减少补充氢气的进料量的信号；

所述补氢组件还用于根据所述dcs控制系统输出的所述增加/减少补充氢气的进料量的信号调节补充氢气的进料量。

优选的，所述第一气体分析仪、所述第二气体分析仪均采用氧化锆分析仪。

优选的，所述补氢组件包括氢气补充管线、第四调节阀、第四流量计，

所述氢气补充管线与所述炉筒的中部连接，用于向炉筒内通入补充氢气；

所述第四调节阀设于所述氢气补充管线上，并与所述dcs控制系统连接，用于根据接收到的所述补充氢气的进料量信息，和/或，所述增加/减少补充氢气的进料量的信号，调节自身开度，以控制补充氢气的进料量；

所述第四流量计设于所述氢气补充管线上，用于测量已通入到所述炉筒内的补充氢气的量。

根据本发明的一个方面，提供一种生产气相二氧化硅的系统，包括脱酸炉、尾气处理装置，还包括以上所述的生产气相二氧化硅的水解炉，所述水解炉的出口与所述脱酸炉连接。

本发明提供的生产气相二氧化硅的水解炉及系统，通过温度控制单元可以实现对水解炉内火焰的温度进行精准控制，使火焰温度维持在最佳的1800℃，通过压力控制单元，使水解炉内维持适宜的微负压，使生成的气相二氧化硅在火焰中的停留时间更短，从而获得粒径小、比表面积大的气相二氧化硅产品；通过尾气控制单元，可以减少尾气中氯气的产生，以降低尾气处理难度，减少了后续的尾气处理工序中对碱液、双氧水的使用量，相应地也就减少了次氯酸钠的产生，提高了在气相二氧化硅生产过程中的水解炉及生产系统的运行安全性，能够实现气相二氧化硅水解炉的最优燃烧控制。

附图说明

图1为实施例1中生产气相二氧化硅的水解炉的结构示意图；

图2为实施例1中对水解炉内温度的控制流程示意图；

图3为实施例1中对水解炉内压力的控制流程示意图；

图4为实施例1中对水解炉内尾气组分的控制流程示意图。

图中：1-炉体；11-炉头；12-炉筒；13-视镜；14-dcs控制系统；2-测温仪；3-四氯化硅进料管线；31-第一流量计；32-第一调节阀；4-氢气进料管线；41-第二流量计；42-第二调节阀；5-空气进料管线；51-第三流量计；52-第三调节阀；6-氢气补充管线；61-切断阀；62-第四流量计；63-第四调节阀；71-第一气体分析仪；72-第二气体分析仪；8-压力变送器；9-变频器；10-风机。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

实施例1

本实施例公开一种生产气相二氧化硅的水解炉，用于以气态四氯化硅(以下统称四氯化硅)为原料在高温火焰中进行水解生产气相二氧化硅。该水解炉主要包括炉体1、dcs控制系统14(即分布式控制系统distributedcontrolsystem)、温度控制单元、压力控制单元，炉体1包括炉头11和炉筒12，dcs控制系统用于集中控制和协调温度控制单元、压力控制单元以及尾气组分控制单元，具体如下：

(1)温度控制单元

温度控制单元包括测温仪2、进料机构，测温仪2设于水解炉的炉体1上，还与dcs控制系统14电连接，用于检测水解炉的炉体1中产生的火焰的温度，记为t，并将检测到的温度信息传递至dcs控制系统14；dcs控制系统14内设有温度阈值,记为t0，dcs控制系统14用于将测温仪2检测到的温度信息与dcs控制系统14内设顶定的温度阈值t0进行比较，再根据温度比较结果计算出四氯化硅、氢气、空气的进料量，并传递计算出的这些进料量信息(即计算出的四氯化硅、氢气、空气的进料量信息)；进料机构与水解炉的炉体1连接，还与dcs控制系统14电连接，用于根据接收到的由dcs控制系统14传递出四氯化硅、氢气、空气的进料量信息向水解炉的炉体1内通入四氯化硅、氢气和空气。

进一步的，进料机构包括四氯化硅进料组件、氢气进料组件、空气进料组件(主要是提供空气中的氧气)，其中：

四氯化硅进料组件与水解炉的炉体1的炉头11连接，还与dcs控制系统14电连接，dcs控制系统内还设有四氯化硅的进料量(记为ft1，根据设定或计划的产量计算出)，四氯化硅进料组件用于根据接收到的dsc控制系统14上设定的四氯化硅的进料量ft1向水解炉的炉体1的炉头11内通入四氯化硅，并将四氯化硅进料信息反馈至dcs控制系统14。

具体的，四氯化硅进料组件包括四氯化硅进料管线3、第一流量计31、第一调节阀32，四氯化硅进料管线3与水解炉的炉体1的炉头11连接，第一流量计31和第一调节阀32均设于四氯化硅进料管线3上，且第一流量计31和第一调节阀32均与dcs控制系统14电连接，第一流量计31和第一调节阀32组成四氯化硅流量指示控制回路，记为fic1，用于根据dcs控制系统14内设定的四氯化硅的进料量向水解炉的炉体1的炉头11通入四氯化硅，并将四氯化硅的进料信息反馈至dcs控制系统14，其中，第一调节阀32用于根据dcs控制系统14内设定的四氯化硅的进料量ft1调节自身开度，以控制四氯化硅的进料量；第一流量计31用于测量已通入到水解炉的炉体1的炉头11内的四氯化硅的量。

氢气进料组件与水解炉的炉体1的炉头11连接，还与dcs控制系统14电连接，在dcs控制系统14内还设有氢气与四氯化硅的进料比(记为k1，根据物料反应平衡计算得出)，dcs控制系统14根据四氯化硅的进料量ft1、氢气与四氯化硅的进料比k1，计算出氢气的进料量(记为ft2，ft2＝ft1*k1),氢气进料组件用于根据dcs控制系统14计算得出的氢气的进料量ft2向水解炉的炉体1的炉头11内通入氢气，并将氢气进料信息反馈至dcs控制系统14。

具体的，氢气进料组件包括氢气进料管线4、第二流量计41、第二调节阀42，氢气进料管线4与水解炉的炉体1的炉头11连接，第二流量计41和第二调节阀42均设于氢气进料管线4上，且第二流量计41和第二调节阀42均与dcs控制系统14电连接，第二流量计41和第二调节阀42组成氢气流量指示控制回路，记为fic2，用于根据dcs控制系统14计算得出的氢气的进料量ft2向水解炉的炉体1的炉头11内通入氢气，并将氢气的进料信息反馈至dcs控制系统14，其中，第二调节阀42用于根据dcs控制系统14计算得出的氢气的进料量ft2调节自身开度，以控制氢气的进料量；第二流量计41用于测量已通入到水解炉的炉体1的炉头11内的氢气的量。

空气进料组件与水解炉的炉体1的炉头11连接，还与dcs控制系统14电连接，在dcs控制系统14内还设有空气与氢气的进料比(记为k2，根据物料反应平衡计算得出)，dcs控制系统14根据氢气的进料量ft2、空气与氢气的进料比k2，计算出空气的进料量(记为ft3，ft3＝ft2*k2),空气进料组件用于根据dcs控制系统14计算得出的空气的进料量ft3向水解炉的炉头11内通入空气，并将空气进料信息反馈至dcs控制系统14。

具体的，空气进料组件包括空气进料管线5、第三流量计51、第三调节阀52，空气进料管线5与水解炉的炉体1的炉头11连接，第三流量计51和第三调节阀52均设于空气进料管线5上，且第三流量计51和第三调节阀52均与dcs控制系统14电连接，第三流量计51和第三调节阀52组成空气流量指示控制回路，记为fic3，用于根据dcs控制系统14计算得出的空气的进料量ft3向水解炉的炉体1的炉头11内通入空气，并将空气的进料信息反馈至dcs控制系统14，其中，第三调节阀52用于根据dcs控制系统14计算得出的空气的进料量ft3调节自身开度，以控制空气的进料量；第三流量计51用于测量已通入到水解炉的炉体1的炉头11内的空气的量。

进一步的，本实施例中的第一流量计31、第二流量计41、第三流量计51的种类可根据实际情况确定，可以是体积流量计，也可以是质量流量计，本实施例不作进一步限定。

具体的，测温仪2设于水解炉的炉体1的炉头11的视镜13通道上，用于检测水解炉的炉体1的炉头11中的氢气与氧气发生反应产生的火焰的温度，并将检测到的火焰的温度t信息传递至dcs控制系统14。本实施例中，测温仪2优选采用可以发出红外光波、紫外光波的双波长红外测温仪。

测温仪2还与dcs控制系统14连接，在dcs控制系统14内还设定有温度阈值t0。本实施例中的温度阈值t0优选为1800℃，因为经过实验发现，在1800℃时生产的气相二氧化硅的粒径小、比表面积大，即所得的气相二氧化硅的质量更好。

dsc控制系统14将测温仪2检测到的炉头11内产生的火焰的温度t信息与dcs控制系统14内设定的温度阈值t0进行比较，并根据温度比较结果调节四氯化硅、氢气、空气的配比，即根据温度比较结果对dcs控制系统上已设定的氢气与四氯化硅的进料比k1、空气与氢气的进料比k2进行修订，再根据修订后的氢气与四氯化硅的进料比k1、空气与氢气的进料比k2分别计算出修订后的氢气的进料量、空气的进料量，并将修订后的氢气的进料量信息、空气的进料量信息分别传递至氢气进料组件、空气进料组件，使氢气进料组件根据修订后的氢气的进料量向水解炉的炉体1的炉头11内通入氢气、使空气进料组件根据修订后的空气的进料量向水解炉的炉体1的炉头11内通入空气，从而实现对火焰的温度调节和控制。

本实施例中dcs控制系统14对水解炉的炉体1的炉头11内产生的火焰的温度的调节和控制方式使根据温度比较结果调节四氯化硅、氢气、空气的配比来实现的，具体的四氯化硅、氢气、空气的配比的调节方式优选为：保持四氯化硅的进料不变化，当测温仪2检测到的炉头11内产生的火焰的温度t大于dcs控制系统14内设定的温度阈值t0(1800℃)时，dcs控制系统根据比较温度结果，将氢气与四氯化硅的进料比k1、空气与氢气的进料比k2进行适当减小(具体减小多少的具体算法，本实施例不作进一步限定)，使氢气和空气的进料量减少，从而使氢气和氧气反应产生的火焰的温度降低；当测温仪2检测到的炉头11内产生的火焰的温度t小于dcs控制系统14内设定的温度阈值t0时，dcs控制系统根据温度比较结果，将氢气与四氯化硅的进料比k1、空气与氢气的进料比k2进行适当增大(具体增大多少的算法，本实施例不作进一步限定)，使氢气和空气的进料量增加，从而使炉头11内氢气和氧气反应产生的火焰的温度升高。

如图2所示，本实施例中的生产气相二氧化硅的水解炉通过温度控制单元对水解炉内的火焰的温度控制过程如下：

s101，在dcs控制系统14内设定四氯化硅的进料量ft1、氢气与四氯化硅的进料比k1、空气与氢气的进料比k2，以及温度阈值t0；

s102,dcs控制系统14计算出初始的氢气的进料量ft2、空气的进料ft3,并传递四氯化硅的进料量信息、氢气的进料量信息、空气的进料量信息；

s103，四氯化硅进料管线3、氢气进料管线4、空气进料管线5分别根据接收到的四氯化硅的进料量信息、氢气的进料量信息、空气的进料量信息向水解炉的炉体1的炉头11内通入四氯化硅、氢气、空气，使氢气和空气中的氧气在水解炉的炉头11内先反应生成水，并发出火焰，四氯化硅在火焰中进行水解反应生成气相二氧化硅；

s104，利用双波长红外测温仪对水解炉的炉体1的炉头11中产生的火焰的温度进行检测，并将检测到的火焰的温度t信息传递至dcs控制系统14；

s105，dcs控制系统14将接收到的火焰的温度t信息与dcs控制系统14内设定的温度阈值t0进行比较，判断检测到的火焰的温度t是否超过温度阈值t0,并根据温度比较结果对氢气与四氯化硅的进料比k1、空气与氢气的进料比k2进行修订，其中：

当t>t0，则进行步骤s106；

当t＜t0，则进行步骤s108；

当t＝t0，则继续按步骤s103中的进料量进行进料,直至进料结束。

s106,减小氢气与四氯化硅的进料比k1，减小空气与氢气的进料比k2，并根据修订后的k1、k2计算出氢气的进料量、空气的进料量，并将计算结果传递至氢气进料组件、空气进料组件,并转入步骤s107；

s107,减小第二调节阀42的开度调节氢气的进料量，减小第三调节阀52的开度调节空气的进料量，并转入步骤s104；

s108,增大氢气与四氯化硅的进料比k1，增大空气与氢气的进料比k2，并根据修订后的k1、k2计算出氢气的进料量、空气的进料量,并进入步骤s109；

s109,增大第二调节阀42的开度调节氢气的进料量，增大第三调节阀52的开度调节空气的进料量，并进入步骤s104。

本实施例中的生产气相二氧化硅的水解炉，通过设置温度控制单元，由四氯化硅进料组件、氢气进料组件、空气进料组件分别对四氯化硅、氢气、空气的进料量进行逐步调节，逐渐达到最佳的火焰的温度(即达到设定的温度阈值1800℃)，具有结构简单、控制精准等优点。

(2)压力控制单元

压力控制单元与炉体1的炉筒12连接，并与dcs控制系统14电连接，用于调节炉体1内的压力，以控制生成的气相二氧化硅在火焰中的停留时间。

具体的，压力控制单元包括压力变送器8、变频器9(即variable-frequencydrive,vfd，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备)、风机10，其中：

压力变送器8设于炉体1的炉筒12上，并与dcs控制系统14电连接，用于检测炉体1的炉筒12内的压力,记为p，并将检测到的炉筒12内的压力信息传递至dcs控制系统；在dcs控制系统14内还设有压力阈值，记为p0，dcs控制系统14用于将压力变送器8检测到的炉筒12内的压力p与dcs控制系统14内设定的压力阈值p0进行比较，并根据压力比较结果输出压力增加/减弱信号。

进一步的，本实施例中的水解炉内的炉筒12内的压力需要维持为微负压，微负压的大小根据实际生产情况需要进行设定和调整，一般实际设定的微负压为-3kpa～-5kpa，不作进一步限定，本实施例中优选为-3kpa。

风机10与炉体1的炉筒12的出口连接，炉筒12的出口优选设于炉筒12的下部，用于对水解炉的炉筒12由内向外抽风，使水解炉的炉筒内保持微负压。

变频器9与风机10的输入电源电连接，变频器9还与dcs控制系统14电连接，用于根据接收到的dcs控制系统14输出的压力增加/减弱信号调整风机10的工作电源频率，以调节风机10的转速，使炉体1的炉筒12内的压力控制在合适的微负压。

本实施例中，通过风机10对水解炉的炉体1由内向外抽风，使炉体1的炉筒12内保持微负压，对水解炉的炉头11形成一股吸力，使炉头内产生的火焰快速往下(即向炉筒12的下部)运动，使生成的气相二氧化硅在火焰中的停留时间缩短，从而使气相二氧化硅保持较小的粒径和较大的比表面积。

如图3所示，本实施例中生产气相二氧化硅的水解炉通过压力控制单元对水解炉内的压力控制过程如下：

s201,在dcs控制系统14内设置压力阈值p0；

s202启动风机，对水解炉的炉筒12由内向外抽风；

s203，利用压力变送器8对炉体1的炉筒12内的压力进行检测，并将检测到的压力p信息传递至dcs控制系统14；

s204,dcs控制系统14将接收到压力p与dcs控制系统14内设定的压力阈值p0进行比较，判断炉筒内的压力p是否超过压力阈值p0，其中：

当p>p0，则进行步骤s205；

当p＜p0，则进行步骤s206；

当p＝p0，则继续按步骤s202对炉筒由内向外进行抽风，直至生产过程结束。

s205，通过变频器9将风机10的工作电源频率调大，以便使风机10转速加快，并进入步骤s202；

s206，通过变频器9将风机10的工作电源频率调小，以便使风机10转速减慢，并进入步骤s202；

本实施例通过将风机的工作电源的频率与炉筒内的压力进行联锁控制，可以使水解炉的炉筒内的压力维持在合适的微负压，如-3kpa(即设定的压力阈值)，以保证在物料燃烧稳定的前提下使生成的气相二氧化硅在火焰中停留的时间更短，从而获得粒径小、比表面积大的产品。

在实际生产过程中，为了使水解炉的炉头11内的四氯化硅水解反应更充分，需要使水解炉的炉头11的氧气过量，而尾气中过量的氧气会与生产的氯化氢反应生产氯气，因此，需要对尾气中过量的氧气进行处理，以减少氯气的产生。

进一步的，本实施例中的生产气相二氧化硅的水解炉还包括尾气控制单元。

(3)尾气控制单元

尾气控制单元包括尾气分析组件和补氢组件，其中：尾气分析组件与炉体1的炉筒12连接，用于检测和分析炉筒12内的气体组分，并传递所检测到的炉筒12内的气体组分信息；补氢组件与炉体1的炉筒12连接，还与尾气分析组件连接，用于根据尾气分析组件检测到的炉筒12内的气体组分信息向炉体1的炉筒12内通入补充氢气。

具体的，尾气分析组件与炉体1的炉筒12连接，用于检测和分析炉体1的炉筒12内的气体组分，尾气分析组件还与dcs控制系统14电连接，还用于传递所检测到的炉体1的炉筒12内的气体组分信息；在dcs控制系统14内还设有第一氧气含量阈值w10(即炉筒12的上部的氧气含量阈值，记为w10，本实施例中，w10优选为8％)，dcs控制系统14还用于将尾气分析组件检测到的炉筒12中气体组分信息与dcs控制系统14内设定的第一氧气含量阈值w10进行比较，再根据比较结果计算出所需要的补充氢气的进料量(记为ft4)，并传递计算出的补充氢气的进料量信息；补氢组件与炉体1的炉筒12连接，优选为与炉筒12的中部连接，还与dcs控制系统14电连接，用于根据接收到的dcs控制系统14计算出的补充氢气的进料量信息从炉筒12的中部向炉体1的炉筒12内通入补充氢气，使补充的氢气和炉筒12内的尾气中的氧气发生反应，消耗过量的氧气，减少氧气与尾气中的氯气反应生成氯气的机会，从而控制炉筒中尾气组分，以降低尾气处理难度。

进一步的，尾气分析组件包括第一气体分析仪71，第一气体分析仪71设于炉筒12的上部，并与dcs控制系统14电连接，用于检测炉筒12的上部的氧气含量(即第一氧气含量，记为w1)，并将检测到的炉筒12的上部的氧气含量信息传递至dcs控制系统14，dcs控制系统14将第一气体分析仪71检测到的炉筒12的上部的氧气含量信息(即第一氧气含量w1)与dcs控制系统14内设定的第一氧气含量阈值w10进行比较，再根据比较结果计算出补充氢气的进料量ft4，并传递计算出的补充氢气的进料量信息。

进一步的，尾气分析组件还包括第二气体分析仪72，第二气体分析仪72设于炉筒12的下部，并于dcs控制系统14电连接，用于检测炉筒12的下部的氧气、氢气的含量，并将检测到的炉筒12的下部的氧气含量信息(即第二氧气含量w2)、氢气含量信息传递至dcs控制系统14；在dcs控制系统14内还设有第二氧气含量阈值(即水解炉的炉筒12的下部的氧气含量阈值，记为w20，本实施例中，w20优选为2％)和氢气含量阈值w30(即水解炉的炉筒12的下部的氢气含量阈值,记为w30，本实施例中，优选为1％-2％)，dcs控制系统14还用于将第二气体分析仪72检测到的水解炉的炉筒12的下部的氧气含量信息(即第一氧气含量，记为w1)与dcs控制系统14内设定的第二氧气含量阈值w20进行比较、将第二气体分析仪72检测到的水解炉的炉筒12的下部的氢气含量信息与dcs控制系统14内设定的氢气含量阈值w30进行比较，并根据比较结果输出增加/减少补充氢气的进料量的信号。

进一步的，本实施例中的第一气体分析仪71、第二气体分析仪72均采用氧化锆分析仪，氧化锆分析仪可以同时分析氧气、氢气两种气体组分，即可以同时检测氧气和氢气的含量。

进一步的，补氢组件包括氢气补充管线6、切断阀61、第四流量计62、第四调节阀63，其中：氢气补充管线6与水解炉的炉筒12的中部连接，用于向水解炉的炉筒12内通入补充氢气；切断阀61设于氢气补充管线6上，并与dcs控制系统14电连接，用于根据接收到的由dcs控制系统14输出的补充氢气的进料量信息、增加/减少补充氢气的进料量信号，打开或关闭氢气补充管线6；第四流量计62和第四调节阀63组成补充氢气流量指示控制回路，记为fic4，第四调节阀63设于氢气补充管线6上，用于根据接收到的由dcs控制系统14传递的补充氢气的进料量信息，和/或，输出增加/减少补充氢气的进料量的信号，调节第四调节阀63自身的开度，以控制补充氢气的进料量；第四流量计62设于氢气补充管线6上，用于测量已通入到水解炉的炉筒12内的补充氢气的进料量。本实施例中的第四流量计62的种类可根据实际情况确定，不作进一步限定。

如图4所示，本实例中的生产气相二氧化硅的水解炉通过尾气控制单元对水解炉内的尾气组分控制过程如下：

s301,在dcs控制系统14内设定第一氧气含量阈值w10(本实施例中，第一氧气含量阈值w10为8％，也就是说，水解炉的炉筒的上部的氧气含量阈值为8％)、设定第二氧气含量阈值w20(本实施例中，第二氧气含量阈值w20为2％，也就是说，水解炉的炉筒的下部的氧气含量阈值为2％)、设定氢气含量阈值w30为1％(本实施例中，氢气含量阈值w30为1％，也就是说，水解炉的炉筒12的下部的氢气含量阈值w30为1％)；

s302,利用设于炉筒12的上部的氧化锆分析仪(即第一气体分析仪71)对炉筒12的上部的尾气中的氧气含量进行实时在线检测，并将检测到的炉筒12的上部的尾气中的氧气含量(即第一氧气含量，记为w1)信息传递至dcs控制系统14；

s303,dcs控制系统14将检测到的第一氧气含量w1与dcs控制系统14内设定的第一氧气含量阈值w10进行比较，判断第一氧气含量w1是否超过第一氧气含量阈值w10，其中：

w1＞w10,则进行步骤s304；

w1≤w10，则继续步骤s302，直至生产过程结束。

s304，dcs控制系统计算补充氢气的进料量，并传递计算出补充氢气的进料量信息到补氢组件，并转入步骤305；

s305,打开切断阀61和第四调节阀63，向炉筒内通入补充氢气，并进入步骤s306；

s306，利用设于炉筒12的下部的氧化锆分析仪(即第二气体分析仪72)对炉筒12的下部的除氧后的尾气中的氧气、氢气的含量进行实时在线检测，并将检测到的炉筒12的下部内的经过除氧后的尾气中的氧气含量(即第二氧气含量w2)信息、氢气含量(记为w3)信息传递至dcs控制系统14；

s307,dcs控制系统14将检测到的第二氧气含量w2与dcs控制系统14内设定的第二氧气含量阈值w20进行比较，判断第二氧气含量w2是否超过第二氧气含量阈值w20、判断氢气含量w3是否超过氢气含量阈值w30,其中：

当w2＞w20,w3＜w30则进行步骤s308；

当w2≤w20,且w3＞w30，则进行步骤s309；

当w3≤w30，且w2≤w20,则继续步骤s306，直至生产过程结束。

s308，增大第四调节阀63的开度，以加大补充氢气的进料量(但是不能超出氢气爆炸极限范围)，并进入步骤s306；

s309，减小第四调节阀63的开度或关闭切断阀61，以减小补充氢气的进料量，并进入步骤s306。

本实施例通过将补充氢气的进料量与炉筒12内的氧气含量、氢气含量进行联锁，根据炉筒12内的氧气含量信息、氢气含量信息实时改变补充氢气的进料量。当第一氧气含量高于第一氧气阈值时，加大补充氢气的进料量，使氢气和氧气反应尽可能多的减少水解炉炉筒12内的尾气中的氧气含量，直至当检测到的炉筒12的下部的经过除氧后的尾气中的氧气达到控制要求(即不超过第二氧气含量阈值w20)；第二氧气含量低于第二氧气含量阈值时，减小补充氢气的进料量，以避免造成氢气浪费；当氢气含量高于氢气含量阈值时，说明充炉筒12的中部通入的补充氢气已过量，立即关闭切断阀61，停止补充氢气。

本实施例中的dcs控制系统可以采用浙江中控的ecs700系统，在浙江中控的ecs700系统(dcs控制系统)中能够设置温度阈值t0、压力阈值p0、第一氧气含量阈值w10、第二氧气含量阈值w20、氢气含量阈值w30等，可以实现以上所述的所有控制功能。

进一步的，本实施例中，温度阈值t0优选为1800℃；压力阈值p0优选为-3kpa～-5kpa，更优选为-3kpa；第一氧气含量阈值w10优选为8％；第二氧气含量阈值w20优选为2％；氢气含量阈值w30优选为1％-2％，更优选为2％。

本实施例还公开一种生产气相二氧化硅的系统，包括以上所述的生产气相二氧化硅的水解炉，以及脱酸炉和尾气处理装置(工序)。

具体的，脱酸炉入口与水解炉的出口上设置的风机连接，用于对水解炉出来的气相二氧化硅等混合气体进行脱酸，以除去其中的氯化氢等酸性气体，得到高纯度的气相二氧化硅产品；尾气处理工序与脱酸炉的尾气出口连接，用于进行尾气处理，以减少有害气体的排放，避免污染环境。

本实施例中的生产气相二氧化硅的系统，在进行气相二氧化硅生产时，首先，氢气和氧气在水解炉的炉头11燃烧生成水，并释放出火焰；然后，气态四氯化硅在水解炉的炉头11内的高温火焰中进行水解生产气相二氧化硅和氯化氢，生产的气相二氧化硅逐渐在水解炉的炉筒12聚集，形成聚集体，最后，从水解炉的炉筒12的出口风机10输出至脱酸炉进行脱酸处理(主要是除去氯化氢)，即可得到高纯度的气相二氧化硅。得到脱酸炉的尾气进入尾气处理工序(装置)，经过尾气处理后排出。

本实施例公开的用于生产气相二氧化硅的水解炉，通过温度控制单元可以实现对水解炉内火焰的温度进行精准控制，使火焰温度维持在最佳的1800℃，通过压力控制单元，使水解炉内维持适宜的-3kpa的微负压，使生成的气相二氧化硅在火焰中的停留时间更短，从而获得粒径小、比表面积大的气相二氧化硅产品；通过尾气控制单元，可以减少尾气中氯气的产生，以降低尾气处理难度，减少了后续的尾气处理工序中对碱液、双氧水的使用量，相应地也就减少了次氯酸钠的产生，提高了在气相二氧化硅生产过程中的水解炉及系统运行安全性，能够实现气相二氧化硅水解炉的最优燃烧控制。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。