一种多晶硅还原炉余热节能系统的制作方法

本申请涉及多晶硅生产，特别是涉及一种多晶硅还原炉余热节能系统。

背景技术：

1、多晶硅作为光伏产业中最基础的原材料，其需求与日俱增，2021年伊始，大规模产能多晶硅生产项目不断涌现。单个多晶硅生产项目产能越大，单位产能的成本越低。但产能越大，对电能的消耗就会越高。同时，双碳政策的落地，也要求多晶硅产业进一步降低能耗和排放。

2、改良西门子法生产高纯多晶硅是现阶段主流的多晶硅生产工艺，还原炉是多晶硅生产中的核心设备，其原理是在超过10000v的高压击穿高纯硅芯，持续向还原炉内通入高纯氢气和三氯氢硅，在约1100℃下氢气还原高纯三氯氢硅生成单质硅并沉积在硅芯表面，回收利用反应后尾气中的氢气和氯硅烷，从而达到一个闭环生产的工艺。

3、由于整个还原反应的温度氛围约1100℃，还原炉炉壳温度较高，一般使用冷却水系统对还原炉的炉壳进行降温散热，冷却水系统主要作用是通过水流量的控制带走炉壳上的热量，从而达到稳定控制炉壳温度的目的，避免炉壳温度过高而导致炉壳损坏以出现生产事故。但是这部分冷却水中携带有大量的热量，目前，通过风冷塔或者换热器将这部分携带有大量热量的冷却水进行冷凝，大量的热量不仅不能回收利用，而且还需要风冷或者冷媒将其冷却回收。同时从还原炉出来的尾气会携带的大量热量，由还原炉内排出的尾气携带有大量的热量，目前，对这一部分热量并没有加以利用，这就造成了一种能源、资源的浪费。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对现有的技术中，用于冷却炉壳的冷却水及还原炉出来的尾气均携带的大量热量，对这部分热量并没有加以利用，这就造成了一种能源、资源的浪费，甚至需要额外的冷媒进行冷却的问题。提供一种多晶硅还原炉余热节能系统，能够将用于冷却炉壳的冷却水及尾气中大量热量回收利用，用于为解析塔和tcs加热系统提供热量，防止造成能源、资源的浪费，节省采购外供蒸汽的费用，提高多晶硅生产的经济效益，并且能够实现冷却水的冷却，避免需要额外的冷媒进行冷却，从而实现冷却水的循环，进而实现还原炉炉壳及尾气上热量的回收利用。

2、一种多晶硅还原炉余热节能系统，包括还原炉、换热器、闪蒸罐、尾气处理系统、tcs加热系统和回水管道，所述还原炉的尾气出口与所述换热器的管程进口相连，所述换热器的管程出口与所述尾气处理系统的进口相连，所述还原炉炉壳冷却水出口和所述换热器的壳程出口均与所述闪蒸罐的进口相连，所述尾气处理系统包括解析塔，所述解析塔的蒸汽加热进口和所述tcs加热系统的蒸汽加热进口均与所述闪蒸罐的蒸汽出口相连，所述tcs加热系统的出料口与所述还原炉的进料口相连，所述解析塔的蒸汽加热出口和所述tcs加热系统的蒸汽加热出口均与所述回水管道的一端相连，所述还原炉炉壳冷却水进口和所述换热器的壳程进口均与所述回水管道的另一端相连。

3、优选地，上述一种多晶硅还原炉余热节能系统中，所述tcs加热系统包括依次相连的汽化器和过热器，所述汽化器的蒸汽加热进口和所述过热器的蒸汽加热进口均与所述闪蒸罐的蒸汽出口相连，所述汽化器的蒸汽加热出口和所述过热器的蒸汽加热出口均与所述回水管道的一端相连，所述过热器的出料口与所述还原炉的进料口相连。

4、优选地，上述一种多晶硅还原炉余热节能系统中，还包括tcs预热器，所述tcs预热器的管程进口为tcs进料口，所述tcs预热器的管程出口与所述tcs加热系统的进料口相连，所述换热器的管程出口与所述tcs预热器的壳程进口相连，所述tcs预热器的壳程出口与所述尾气处理系统的进口相连。

5、优选地，上述一种多晶硅还原炉余热节能系统中，还包括氢气预热器，所述氢气预热器的管程进口为氢气进料口，所述氢气预热器的管程出口与所述还原炉的进料口相连，所述换热器的管程出口与所述氢气预热器的壳程进口相连，所述氢气预热器的壳程出口与所述tcs预热器的壳程进口相连。

6、优选地，上述一种多晶硅还原炉余热节能系统中，还包括静态混合器，所述tcs加热系统的出料口和所述氢气预热器的管程出口均与所述静态混合器的进口相连，所述静态混合器的出口与所述还原炉的进料口相连。

7、优选地，上述一种多晶硅还原炉余热节能系统中，还包括硅粉除尘器，所述还原炉的尾气出口与所述硅粉除尘器的进口相连，所述硅粉除尘器的出口与所述换热器的管程进口相连。

8、优选地，上述一种多晶硅还原炉余热节能系统中，还包括电加热器，所述闪蒸罐的蒸汽出口与所述电加热器的进口相连，所述解析塔的蒸汽加热进口和所述tcs加热系统的蒸汽加热进口均与所述电加热器的出口相连。

9、优选地，上述一种多晶硅还原炉余热节能系统中，所述回水管道设置有空气冷却器。

10、本申请采用的技术方案能够达到以下有益效果：

11、本申请实施例公开的一种多晶硅还原炉余热节能系统中，通过冷却回收尾气及还原炉炉壳上的热量，避免这部分热量浪费，然后将吸热升温后的冷却水通入到闪蒸罐中，在闪蒸罐内进行闪蒸产生4公斤压力的饱和蒸汽，温度约为152℃，再将这部分4公斤饱和蒸汽用于为解析塔和tcs加热系统提供热量，以将用于冷却炉壳的冷却水及尾气中大量热量回收利用，避免这部分热量浪费，防止造成能源、资源的浪费，并且使用这部分4公斤饱和蒸汽代替原有解析塔和tcs加热系统所需的外供蒸汽，节省解析塔和tcs加热系统所需的外供蒸汽，从而节省采购外供蒸汽的费用，减少成本投入，提高多晶硅生产的经济效益，避免解析塔需要外供蒸汽提供热量而造成生产成本较高，避免tcs加热系统需要外供蒸汽提供热量而造成生产成本较高，同时，4公斤饱和蒸汽在解析塔及tcs加热系统使用结束后，温度下降至140℃左右，通过解析塔及tcs加热系统代替现有技术中的风冷或者冷媒将4公斤饱和蒸汽的温度降低至140℃左右，实现冷却水的冷却，避免需要额外的冷媒进行冷却，然后通入到还原炉炉壳冷却水进口和换热器的壳程进口中，以继续吸收还原炉炉壳上的热量及继续吸收尾气中的热量，以此循环，实现冷却水的循环，以此循环，实现还原炉炉壳及尾气上热量的回收利用。

技术特征：

1.一种多晶硅还原炉余热节能系统，其特征在于，包括还原炉（100）、换热器（200）、闪蒸罐（300）、尾气处理系统（400）、tcs加热系统（500）和回水管道（610），所述还原炉（100）的尾气出口与所述换热器（200）的管程进口相连，所述换热器（200）的管程出口与所述尾气处理系统（400）的进口相连，所述还原炉（100）炉壳冷却水出口和所述换热器（200）的壳程出口均与所述闪蒸罐（300）的进口相连，所述尾气处理系统（400）包括解析塔（410），所述解析塔（410）的蒸汽加热进口和所述tcs加热系统（500）的蒸汽加热进口均与所述闪蒸罐（300）的蒸汽出口相连，所述tcs加热系统（500）的出料口与所述还原炉（100）的进料口相连，所述解析塔（410）的蒸汽加热出口和所述tcs加热系统（500）的蒸汽加热出口均与所述回水管道（610）的一端相连，所述还原炉（100）炉壳冷却水进口和所述换热器（200）的壳程进口均与所述回水管道（610）的另一端相连。

2.根据权利要求1所述的一种多晶硅还原炉余热节能系统，其特征在于，所述tcs加热系统（500）包括依次相连的汽化器（510）和过热器（520），所述汽化器（510）的蒸汽加热进口和所述过热器（520）的蒸汽加热进口均与所述闪蒸罐（300）的蒸汽出口相连，所述汽化器（510）的蒸汽加热出口和所述过热器（520）的蒸汽加热出口均与所述回水管道（610）的一端相连，所述过热器（520）的出料口与所述还原炉（100）的进料口相连。

3.根据权利要求1所述的一种多晶硅还原炉余热节能系统，其特征在于，还包括tcs预热器（620），所述tcs预热器（620）的管程进口为tcs进料口，所述tcs预热器（620）的管程出口与所述tcs加热系统（500）的进料口相连，所述换热器（200）的管程出口与所述tcs预热器（620）的壳程进口相连，所述tcs预热器（620）的壳程出口与所述尾气处理系统（400）的进口相连。

4.根据权利要求3所述的一种多晶硅还原炉余热节能系统，其特征在于，还包括氢气预热器（630），所述氢气预热器（630）的管程进口为氢气进料口，所述氢气预热器（630）的管程出口与所述还原炉（100）的进料口相连，所述换热器（200）的管程出口与所述氢气预热器（630）的壳程进口相连，所述氢气预热器（630）的壳程出口与所述tcs预热器（620）的壳程进口相连。

5.根据权利要求4所述的一种多晶硅还原炉余热节能系统，其特征在于，还包括静态混合器（640），所述tcs加热系统（500）的出料口和所述氢气预热器（630）的管程出口均与所述静态混合器（640）的进口相连，所述静态混合器（640）的出口与所述还原炉（100）的进料口相连。

6.根据权利要求1所述的一种多晶硅还原炉余热节能系统，其特征在于，还包括硅粉除尘器（650），所述还原炉（100）的尾气出口与所述硅粉除尘器（650）的进口相连，所述硅粉除尘器（650）的出口与所述换热器（200）的管程进口相连。

7.根据权利要求1所述的一种多晶硅还原炉余热节能系统，其特征在于，还包括电加热器（660），所述闪蒸罐（300）的蒸汽出口与所述电加热器（660）的进口相连，所述解析塔（410）的蒸汽加热进口和所述tcs加热系统（500）的蒸汽加热进口均与所述电加热器（660）的出口相连。

8.根据权利要求1所述的一种多晶硅还原炉余热节能系统，其特征在于，所述回水管道（610）设置有空气冷却器（670）。

技术总结
本申请涉及一种多晶硅还原炉余热节能系统，还原炉的尾气出口与换热器的管程进口相连，还原炉炉壳冷却水出口和换热器的壳程出口均与闪蒸罐的进口相连，解析塔的蒸汽加热进口和TCS加热系统的蒸汽加热进口均与闪蒸罐的蒸汽出口相连，解析塔的蒸汽加热出口和TCS加热系统的蒸汽加热出口均与回水管道的一端相连，还原炉炉壳冷却水进口和换热器的壳程进口均与回水管道的另一端相连。能够将用于冷却炉壳的冷却水及尾气中大量热量回收利用，为解析塔和TCS加热系统提供热量，防止造成能源、资源的浪费，节省采购外供蒸汽的费用，并且能够实现冷却水的冷却，避免需要额外的冷媒进行冷却，从而实现还原炉炉壳及尾气上热量的回收利用。

技术研发人员：马英中,周迎春,李万存,宋海成,李庆尚,陈彦玺,李远红,黄贤光,霍福科
受保护的技术使用者：内蒙古润阳悦达新能源科技有限公司
技术研发日：20230331
技术公布日：2024/1/15