热量回收系统的制作方法

1.本实用新型涉及热量回收技术领域，具体而言，涉及一种热量回收系统。


背景技术：

2.目前，在多晶硅的生产过程中，通常只能够将还原炉中高温多晶硅棒散发的热量和从还原炉排出高温还原尾气携带的热量进行回收利用，以满足精馏装置的中、低压蒸汽的需求；在现有技术中，还原炉中产生的热量并不能回收为高压高温蒸汽，对于需要高压高温蒸汽的情况，只能通过从外界购买才能获得，存在生产成本高的问题。


技术实现要素：

3.本实用新型提供一种热量回收系统，以解决现有技术中不具备高压蒸汽系统热量回收的问题。
4.根据本实用新型的一个方面，提供了一种热量回收系统，包括：还原炉，还原炉包括主体、底盘、第一管夹套、第二管夹套和筒体夹套，主体设置在底盘上，第一管夹套、第二管夹套均和主体的尾气出口连接，第二管夹套位于第一管夹套的下方，筒体夹套套设在主体上；高压蒸汽系统，高压蒸汽系统和第一管夹套连接，第一管夹套用于将高压蒸汽系统中的水加热成高温水，高压蒸汽系统利用高温水与高压换热装置进行换热；中压蒸汽系统，中压蒸汽系统和筒体夹套连接，筒体夹套用于将中压蒸汽系统中的水加热成中温水，中压蒸汽系统利用中温水与中压换热装置进行换热；低压蒸汽系统，低压蒸汽系统和底盘、第二管夹套均连接，底盘和第二管夹套用于将低压蒸汽系统中的水加热成低温水，低压蒸汽系统利用低温水与低压换热装置进行换热；三氯氢硅合成装置，三氯氢硅合成装置和高压蒸汽系统连接，三氯氢硅合成装置用于将高压蒸汽系统中的水加热成所述高温水。
5.进一步地，高压蒸汽系统包括第一驱动部、高压进水管和高压出水管，第一驱动部的一端和高压进水管的一端连通，高压进水管的另一端和第一管夹套的进口连通，第一管夹套的出口和高压出水管的一端连通，高压出水管的另一端和高压换热装置的一端连通，高压换热装置的另一端和第一驱动部的另一端连通。
6.进一步地，高压蒸汽系统还包括高压闪蒸装置，高压闪蒸装置的一端和高压出水管连通，高压闪蒸装置的另一端和高压换热装置的换热入口、第一驱动部均连通，高压换热装置的冷凝出口和第一驱动部连通；其中，高压闪蒸装置用于将高压出水管中的高温水转换成高温水蒸汽，高温水蒸汽和高压换热装置进行换热。
7.进一步地，高压换热装置为四氯化硅氢化装置和/或活性炭吸附装置。
8.进一步地，中压蒸汽系统包括第二驱动部、中压进水管和中压出水管，第二驱动部的一端和中压进水管的一端连通，中压进水管的另一端和筒体夹套的进口连通，筒体夹套的出口和中压出水管的一端连通，中压出水管的另一端和中压换热装置的一端连通，中压换热装置的另一端和第二驱动部的另一端连通。
9.进一步地，中压蒸汽系统还包括中压闪蒸装置，中压闪蒸装置的一端和中压出水
管连通，中压闪蒸装置的另一端和中压换热装置的换热入口、第二驱动部均连通，中压换热装置的冷凝出口和第二驱动部连通；其中，中压闪蒸装置用于将中压出水管中的中温水转换成中温水蒸汽，中温水蒸汽和中压换热装置进行换热。
10.进一步地，中压换热装置为精馏塔再沸器和/或氯化氢脱吸塔再沸器。
11.进一步地，低压蒸汽系统包括第三驱动部、低压进水管和低压出水管，第三驱动部的一端和低压进水管的一端连通，低压进水管的另一端和底盘、第二管夹套的进口连通，底盘、第二管夹套的出口和低压出水管的一端连通，低压出水管的另一端和低压换热装置的一端连通，低压换热装置的另一端和第三驱动部的另一端连通。
12.进一步地，低压蒸汽系统还包括低压闪蒸装置，低压闪蒸装置的一端和低压出水管连通，低压闪蒸装置的另一端和低压换热装置的换热入口、第三驱动部均连通，低压换热装置的冷凝出口和第三驱动部连通；其中，低压闪蒸装置用于将低压出水管中的低温水转换成低温水蒸汽，低温水蒸汽和低压换热装置进行换热。
13.进一步地，热量回收系统还包括氯化氢合成装置，氯化氢合成装置和低压蒸汽系统连接，氯化氢合成装置用于将低压蒸汽系统中的水加热成低温水。
14.应用本实用新型的技术方案，提供了一种热量回收系统，包括：还原炉，还原炉包括主体、底盘、第一管夹套、第二管夹套和筒体夹套，主体设置在底盘上，第一管夹套、第二管夹套均和主体的尾气出口连接，第二管夹套位于第一管夹套的下方，筒体夹套套设在主体上；高压蒸汽系统，高压蒸汽系统和第一管夹套连接，第一管夹套用于将高压蒸汽系统中的水加热成高温水，高压蒸汽系统利用高温水与高压换热装置进行换热；中压蒸汽系统，中压蒸汽系统和筒体夹套连接，筒体夹套用于将中压蒸汽系统中的水加热成中温水，中压蒸汽系统利用中温水与中压换热装置进行换热；低压蒸汽系统，低压蒸汽系统和底盘、第二管夹套均连接，底盘和第二管夹套用于将低压蒸汽系统中的水加热成低温水，低压蒸汽系统利用低温水与低压换热装置进行换热；三氯氢硅合成装置，三氯氢硅合成装置和高压蒸汽系统连接，三氯氢硅合成装置用于将高压蒸汽系统中的水加热成所述高温水。采用该方案，通过将高压蒸汽系统和第一管夹套连接，且三氯氢硅合成装置和高压蒸汽系统连接，这样通过第一管夹套的温度和三氯氢硅合成装置在反应时散发的热量能够将高压蒸汽系统中的水加热成高温水，然后利用高温水和高压换热装置进行换热，即完成了对第一管夹套的温度的热量回收，不需再向外界购买高压蒸汽，降低了生产成本；并且将中压蒸汽系统和筒体夹套连接，这样通过筒体夹套的温度能够将中压蒸汽系统中的水加热成中温水，然后利用中温水和中压换热装置进行换热，即完成了对筒体夹套的温度的热量回收；将低压蒸汽系统和底盘、第二管夹套均连接，这样通过底盘和第二管夹套的温度能够将低压蒸汽系统中的水加热成低温水，然后利用低温水和低压换热装置进行换热，即完成了对底盘和第二管夹套的温度的热量回收。利用本方案，通过对还原炉各个部位的充分利用，可实现热量回收系统“0补蒸汽”的生产模式，有效解决了在多晶硅生产过程中不具备高压蒸汽系统热量回收的问题。其中，高压蒸汽是指大于等于0.8mpa的水蒸汽，中压蒸汽是指大于等于0.4mpa小于0.8mpa的水蒸汽，低压蒸汽是指大于等于0.2mpa小于0.4mpa的水蒸汽。
附图说明
15.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用
新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
16.图1示出了根据本实用新型实施例提供的热量回收系统的流程图。
17.其中，上述附图包括以下附图标记：
18.10、还原炉；11、主体；12、底盘；13、第一管夹套；14、第二管夹套；15、筒体夹套；20、高压蒸汽系统；21、第一驱动部；22、高压进水管；23、高压出水管；24、高压闪蒸装置；30、高压换热装置；40、中压蒸汽系统；41、第二驱动部；42、中压进水管；43、中压出水管；44、中压闪蒸装置；50、中压换热装置；60、低压蒸汽系统；61、第三驱动部；62、低压进水管；63、低压出水管；64、低压闪蒸装置；70、低压换热装置；80、氯化氢合成装置；90、三氯氢硅合成装置。
具体实施方式
19.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
20.如图1所示，本实用新型的实施例提供了一种热量回收系统，包括：还原炉10，还原炉10包括主体11、底盘12、第一管夹套13、第二管夹套14和筒体夹套15，主体11设置在底盘12上，第一管夹套13、第二管夹套14均和主体11的尾气出口连接，第二管夹套14位于第一管夹套13的下方，筒体夹套15套设在主体11上；高压蒸汽系统20，高压蒸汽系统20和管夹套连接，管夹套用于将高压蒸汽系统20中的水加热成高温水，高压蒸汽系统20利用高温水与高压换热装置30进行换热；中压蒸汽系统40，中压蒸汽系统40和筒体夹套15连接，筒体夹套15用于将中压蒸汽系统40中的水加热成中温水，中压蒸汽系统40利用中温水与中压换热装置50进行换热；低压蒸汽系统60，低压蒸汽系统60和底盘12、第二管夹套14均连接，底盘12和第二管夹套14用于将低压蒸汽系统60中的水加热成低温水，低压蒸汽系统60利用低温水与低压换热装置70进行换热；三氯氢硅合成装置90，三氯氢硅合成装置90和高压蒸汽系统20连接，三氯氢硅合成装置90用于将高压蒸汽系统20中的水加热成高温水。
21.采用该方案，通过将高压蒸汽系统20和第一管夹套13连接，且三氯氢硅合成装置90和高压蒸汽系统20连接，这样通过第一管夹套13的温度和三氯氢硅合成装置90在反应时散发的热量能够将高压蒸汽系统20中的水加热成高温水，然后利用高温水和高压换热装置30进行换热，即完成了对第一管夹套13的温度的热量回收，不需再向外界购买高压蒸汽，降低了生产成本；并且将中压蒸汽系统40和筒体夹套15连接，这样通过筒体夹套15的温度能够将中压蒸汽系统40中的水加热成中温水，然后利用中温水和中压换热装置50进行换热，即完成了对筒体夹套15的温度的热量回收；将低压蒸汽系统60和底盘12、第二管夹套14均连接，这样通过底盘12和第二管夹套14的温度能够将低压蒸汽系统60中的水加热成低温水，然后利用低温水和低压换热装置70进行换热，即完成了对底盘12和第二管夹套14的温度的热量回收。利用本方案，通过对还原炉各个部位的充分利用，可实现热量回收系统“0补蒸汽”的生产模式，有效解决了在多晶硅生产过程中不具备高压蒸汽系统热量回收的问题。其中，高压蒸汽是指大于等于0.8mpa的水蒸汽，中压蒸汽是指大于等于0.4mpa小于0.8mpa
的水蒸汽，低压蒸汽是指大于等于0.2mpa小于0.4mpa的水蒸汽；将第二管夹套14设置在第一管夹套13的下方，原因是越靠近主体11的地方温度越高，即第二管夹套14的温度小于第一管夹套13的温度。
22.其中，高压蒸汽系统20包括第一驱动部21、高压进水管22和高压出水管23，第一驱动部21的一端和高压进水管22的一端连通，高压进水管22的另一端和第一管夹套13的进口连通，第一管夹套13的出口和高压出水管23的一端连通，高压出水管23的另一端和高压换热装置30的一端连通，高压换热装置30的另一端和第一驱动部21的另一端连通。采用上述连接方式，第一驱动部21将高压蒸汽系统20中的水通过高压进水管22输送至第一管夹套13中，随后与第一管夹套13进行换热形成高温水，高温水通过高压出水管23到达高压换热装置30，与高压换热装置30进行换热后形成冷凝水，最后回到第一驱动部21，即形成了高压蒸汽系统20的热量回收循环。其中，第一管夹套13内具有换热管，换热管的一端和高压进水管22连通，换热管的另一端和高压出水管23连通，通过换热管进行换热形成高温水。
23.进一步地，高压蒸汽系统20还包括高压闪蒸装置24，高压闪蒸装置24的一端和高压出水管23连通，高压闪蒸装置24的另一端和高压换热装置30的换热入口、第一驱动部21均连通，高压换热装置30的冷凝出口和第一驱动部21连通；其中，高压闪蒸装置24用于将高压出水管23中的高温水转换成高温水蒸汽，高温水蒸汽和高压换热装置30进行换热。通过设置高压闪蒸装置24，能够将一部分高温水转换成高温水蒸汽，随后将高温水蒸汽输送至高压换热装置30，与其进行换热，而其余部分的高温水通过第一驱动部21继续输送至高压进水管22中。
24.具体地，高压换热装置30为四氯化硅氢化装置和/或活性炭吸附装置。将高压换热装置30设置成四氯化硅氢化装置和/或活性炭吸附装置，能够利用上述形成的高温水蒸汽进行换热，降低了生产成本。
25.在本实施例中，中压蒸汽系统40包括第二驱动部41、中压进水管42和中压出水管43，第二驱动部41的一端和中压进水管42的一端连通，中压进水管42的另一端和筒体夹套15的进口连通，筒体夹套15的出口和中压出水管43的一端连通，中压出水管43的另一端和中压换热装置50的一端连通，中压换热装置50的另一端和第二驱动部41的另一端连通。采用上述连接方式，第二驱动部41将中压蒸汽系统40中的水通过中压进水管42输送至筒体夹套15中，随后与筒体夹套15进行换热形成中温水，中温水通过中压出水管43到达中压换热装置50，与中压换热装置50进行换热后形成冷凝水，最后回到第二驱动部41，即形成了中压蒸汽系统40的热量回收循环。其中，筒体夹套15内具有换热管，换热管的一端和中压进水管42连通，换热管的另一端和中压出水管43连通，通过换热管进行换热形成中温水。
26.其中，中压蒸汽系统40还包括中压闪蒸装置44，中压闪蒸装置44的一端和中压出水管43连通，中压闪蒸装置44的另一端和中压换热装置50的换热入口、第二驱动部41均连通，中压换热装置50的冷凝出口和第二驱动部41连通；其中，中压闪蒸装置44用于将中压出水管43中的中温水转换成中温水蒸汽，中温水蒸汽和中压换热装置50进行换热。通过设置中压闪蒸装置44，能够将一部分中温水转换成中温水蒸汽，随后将中温水蒸汽输送至中压换热装置50，与其进行换热，而其余部分的中温水通过第二驱动部41继续输送至中压进水管42中。
27.具体地，中压换热装置50为精馏塔再沸器和/或氯化氢脱吸塔再沸器。将中压换热
装置50设置成精馏塔再沸器和/或氯化氢脱吸塔再沸器，能够利用上述形成的中温水蒸汽进行换热，降低了生产成本。
28.在本实施例中，低压蒸汽系统60包括第三驱动部61、低压进水管62和低压出水管63，第三驱动部61的一端和低压进水管62的一端连通，低压进水管62的另一端和底盘12、第二管夹套14的进口连通，底盘12、第二管夹套14的出口和低压出水管63的一端连通，低压出水管63的另一端和低压换热装置70的一端连通，低压换热装置70的另一端和第三驱动部61的另一端连通。采用上述连接方式，第三驱动部61将低压蒸汽系统60中的水通过低压进水管62输送至底盘12、第二管夹套14中，随后与底盘12、第二管夹套14进行换热形成低温水，低温水通过低压出水管63到达低压换热装置70，与低压换热装置70进行换热后形成冷凝水，最后回到第三驱动部61，即形成了低压蒸汽系统60的热量回收循环。其中，底盘12、第二管夹套14内均具有换热管，换热管的一端和低压进水管62连通，换热管的另一端和低压出水管63连通，通过换热管进行换热形成低温水。
29.其中，低压蒸汽系统60还包括低压闪蒸装置64，低压闪蒸装置64的一端和低压出水管63连通，低压闪蒸装置64的另一端和低压换热装置70的换热入口、第三驱动部61均连通，低压换热装置70的冷凝出口和第三驱动部61连通；其中，低压闪蒸装置64用于将低压出水管63中的低温水转换成低温水蒸汽，低温水蒸汽和低压换热装置70进行换热。通过设置低压闪蒸装置64，能够将一部分低温水转换成低温水蒸汽，随后将低温水蒸汽输送至低压换热装置70，与其进行换热，而其余部分的低温水通过第三驱动部61继续输送至低压出水管63中。
30.在本实施例中，热量回收系统还包括氯化氢合成装置80，氯化氢合成装置80和低压蒸汽系统60连接，氯化氢合成装置80用于将低压蒸汽系统60中的水加热成低温水。将氯化氢合成装置80和低压蒸汽系统60连接，这样通过氯化氢合成装置80在反应时散发的热量能够将低压蒸汽系统60中的水加热成低温水，然后利用低温水和低压换热装置70进行换热，进一步降低了生产成本。
31.具体地，第一驱动部21、第二驱动部41和第三驱动部61均为泵。
32.本方案的工作原理如下：
33.1、生产多晶硅的过程中，高温多晶硅硅棒辐射热和炉内高温气体的对流热使炉筒内的高温热水温度达到了180℃左右(进水温度为160℃)，同时使底盘内的高温热水温度达到了160℃左右(进水温度为140℃)，使用180℃的热水闪蒸≥0.4mpa的水蒸汽，可以使用160℃的热水闪蒸≥0.2mpa的水蒸汽，分别送到相应的换热装置中，冷凝后的水再分别回到原来的输送泵。
34.2、一般还原炉的还原尾气温度可达500℃，排出还原装置的还原尾气温度约为120℃，可以依次使用不同温度的高温水冷却还原尾气。首先使用180℃的热水冷却还原尾气，排出热水温度为200℃；然后使用140℃的热水冷却还原尾气，排出热水温度为160℃；最后使用物料换热或者使用普通循环水冷却后去尾气回收装置。可以将200℃的热水闪蒸≥0.8mpa的水蒸汽，使用160℃的热水闪蒸≥0.2mpa的水蒸汽，分别送到相应的换热装置中，冷凝后的水再分别回到原来的输送泵。
35.3、氯化氢合成装置中，氯气和氢气燃烧过程可以直接得到≥0.2mpa的水蒸汽，或者约150℃的热水闪蒸后得到≥0.2mpa的水蒸汽。
36.4、氯化氢合成装置中，硅粉和氯化氢的合成反应温度约为280～300℃，并且释放出大量的热，可以得到高温热水用量闪蒸≥0.8mpa的水蒸汽。
37.具体地，在高压蒸汽系统20中，通过泵将180℃的热水加压后送到靠近还原炉的还原尾气第一管夹套与温度高达500℃的还原尾气换热，经过换热后的200℃高压热水进入1mpa的高压热水闪蒸槽中，经过泄压后的200℃热水闪蒸出1mpa的蒸汽，这些高压蒸汽送到四氯化硅氢气装置、活性炭吸附装置中，经过换热后的冷凝水返回到高压热水闪蒸槽中，再经泵输送进行循环。
38.具体地，在中压蒸汽系统40中，通过泵将160℃的热水加压后送到还原炉的筒体夹套中，与温度高达200℃以上的炉筒内壁换热，经过换热后的180℃中压热水进入0.5mpa的中压热水闪蒸槽中，经过泄压后的180℃热水闪蒸出0.5mpa的蒸汽，这些中压蒸汽送到精馏塔再沸器、氯化氢脱吸塔再沸器中，经过换热后的冷凝水返回到中压闪蒸槽中，再经泵输送进行循环。
39.具体地，在低压蒸汽系统60中，通过泵将140℃的热水加压后送到还原炉底盘、远离还原炉的还原尾气第二管夹套、以及氯化氢合成装置中的合成炉中，经过换热后的160℃低压热水进入0.25mpa的低压热水闪蒸槽中，经过泄压后的160℃热水闪蒸出0.25mpa的蒸汽，这些低压蒸汽送到精馏装置中的部分精馏塔再沸器中，经过换热后的冷凝水返回到低压闪蒸槽中，再经泵输送进行循环。
40.本方案的优点如下：
41.1、将还原炉热水分类回收，产生高压、中压、低压的闪蒸蒸汽。
42.2、将氯化氢合成过程中的热量以低压蒸汽的形式回收。
43.3、将三氯氢硅合成过程中的热量以高压蒸汽的形式回收。
44.4、高压蒸汽主要用于四氯化硅氢化装置和活性炭吸附装置(仅当吸附装置采用热水加热工艺时使用高压蒸汽)，中压和低压蒸汽主要用于精馏装置和尾气回收装置。
45.5、热量回收的形式既可以以高压、中压、低压的闪蒸蒸汽的形式送到相应装置中，也可以分别以对应温度的热水形式送相应装置中。
46.6、可实现系统“0补蒸汽”的生产模式，较好的解决了多晶硅生产过程中的热量平衡的问题。
47.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
48.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
49.在本实用新型的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
50.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
51.此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。
52.以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。