本实用新型涉及多晶硅生产技术领域，具体涉及一种氯化氢合成炉余热利用系统。
背景技术：
氯化氢是多晶硅生产过程中重要的氯化剂。采用氯化法生产三氯氢硅的过程中所需的氯化氢主要有两方面来源，一种是由干法尾气回收系统回收的氯化氢，另一种是使用氯气与氢气合成氯化氢。
当使用氯气与氢气在合成炉内合成氯化氢时，由于氯气与氢气的燃烧反应是强放热过程，1摩尔氢气反应生成2摩尔氯化氢会放出44千卡热量，致使反应后合成炉内的温度可以达到400℃以上。从理论上来讲，可以利用反应热量来生产蒸汽，但是由于氯化氢合成炉大多使用石墨内衬，不耐高压，只能生产低压或中压蒸汽。然而在生产中压蒸汽时，由于蒸汽的压力还是比较高，需要提高合成炉的压力等级，故回收过程对合成炉的要求比较高，增加了合成炉的制造及维护成本，导致回收成本高；同时，在利用反应热量来生产蒸汽的过程中，氯化氢合成炉内外的温差较大，长期在这种情况下工作会导致合成炉的石墨内衬频繁损坏，因此大多数企业并未选择回收这部分反应热量。
此外，氯化氢合成炉出口至氯化氢储罐的管道(可简称为氯化氢管道)一般使用钢衬四氟材料以防止被氯化氢腐蚀，但是四氟材料不耐高温，当管内介质的温度超过120℃时四氟材料会发生老化变形，因此氯化氢气体在进入氯化氢管道前需要将温度控制在120℃以下，从而确保内衬四氟材料的正常使用。如图1所示，工业中通常使用水冷(也可以使用空冷)对氯化氢气体进行冷却，将从氯化氢合成炉出来的高温氯化氢气体冷却至120℃以下，该过程既浪费了冷量，又浪费了热量。
技术实现要素：
本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术中所存在的上述缺陷，提供一种氯化氢合成炉余热利用系统，能够较好地回收氯化氢合成炉的反应热。
解决本实用新型技术问题所采用的技术方案是：
本实用新型提供一种氯化氢合成炉余热利用系统，包括套设在氯化氢合成炉的炉体外侧的夹套，所述夹套内侧与所述炉体外侧之间留有空隙，且所述夹套的上部设有进口、下部设有出口，换热介质从所述夹套的进口进入所述空隙、自上而下与所述炉体内的合成氯化氢气体进行间壁式换热后从所述夹套的出口输出，然后去往硅粉干燥工序以干燥硅粉，而换热后温度降低的合成氯化氢气体从氯化氢合成炉的出口输出至氯化氢储罐。
可选地，所述夹套内侧与所述炉体外侧之间设置有使换热介质自上而下做螺旋运动的路径。
可选地，所述夹套内侧与炉体外侧之间设置有导流挡板，所述导流挡板呈螺旋形向下延伸，且导流挡板的内侧与所述炉体的外侧相接触，导流挡板的外侧与所述夹套的内侧相接触。
可选地，所述换热介质为气体介质。
可选地，所述气体介质为氮气或压缩空气。
可选地，所述余热利用系统还包括单回路控制器、调节阀和远传温度计，所述远传温度计设置在氯化氢合成炉的出口至氯化氢储罐的管线上，所述调节阀设置在所述换热介质进入所述夹套的进口管线上，所述单回路控制器内设有预设的温度范围，用于在所述远传温度计测量到的温度值大于所述预设的温度范围的上限时，控制调节阀的开度增大，以及在所述远传温度计测量到的温度值小于所述预设的温度范围下限时，控制调节阀的开度减小。
可选地，所述预设的温度范围为80-120℃。
可选地，所述余热利用系统还包括设置在氯化氢合成炉的出口至氯化氢储罐的管线上的氯化氢换热器，从氯化氢合成炉的出口输出的合成氯化氢气体与来自干法尾气回收系统的液态氯化氢在所述氯化氢换热器内发生换热，以进一步降低合成氯化氢气体的温度，同时使来自干法尾气回收系统的液态氯化氢受热气化。
可选地，所述氯化氢换热器为列管式换热器，其中包括管程和壳程，且来自氯化氢合成炉出口的合成氯化氢气体走壳程，而来自干法尾气回收系统的液态氯化氢走管程。
可选地，来自干法尾气回收系统的液态氯化氢在氯化氢换热器内被气化后，也输出至氯化氢储罐，并在氯化氢储罐内与合成氯化氢气体混合。
有益效果：
1)降低三氯氢硅的生产成本：本实用新型通过使用氮气或压缩空气作为换热介质来回收氯化氢合成过程中产生的热量，一方面回收热量的品质较高，可以进入硅粉干燥等领域作为干燥介质，降低硅粉干燥过程中的成本，另一方面利用氯化氢合成炉输出的氯化氢气体作为热源对来自干法回收系统的液态氯化氢进行加热、气化，实现了氯化氢反应过程中的热能的充分回收利用，降低了能耗，同时有效降低了合成氯化氢的温度，提高了氯化氢系统运行的平稳性。
2)工艺简单：避免使用电加热器等加热设备，降低了能耗及设备的维护成本，降低了人员的工作量。
3)本实用新型还具有工艺独特，易于操作，设备使用寿命长等特点。
附图说明
图1为现有技术中氯化氢合成炉出口管道降温系统示意图；
图2为本实用新型实施例提供的氯化氢合成炉余热利用系统的示意图。
图中：A1－氢气进口管线；A2－氯气进口管线；A3－氯化氢合成炉灯头；A4－氯化氢合成炉出口至水冷器管线；A5－氯化氢合成炉散热翅片；A6－水冷器循环水出口管线；A7－水冷器循环水进口管线；A8－温度计；A9－水冷器出口至氯化氢储罐管线；A10－氯化氢合成炉；A11－水冷器；B1－氢气进口管线；B2－氯气进口管线；B3－灯头；B4－夹套进口管线；B5－导流挡板；B6－夹套；B7－夹套出口管线；B8－氯化氢合成炉出口至氯化氢换热器管线；B9－氯化氢换热器至氯化氢储罐管线；B10－氯化氢换热器管程出口管线；B11－氯化氢换热器管程进口管线；B12－远传温度计；B13－氯化氢合成炉；B14－氯化氢换热器。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细描述。
如图2所示，氯化氢合成炉B13的底部设有灯头B3，以及分别与灯头B3连接的氢气进口管线B1、氯气进口管线B2，灯头B3包括向上延伸至氯化氢合成炉B13的炉体内部的玻璃套管，氢气和氯气分别经氢气进口管线B1和氯气进口管线B2进入所述玻璃套管的内外层，然后在所述玻璃套管的顶部出口处(即图2中采用点划线绘制的圆圈处)进行混合并发生合成反应，反应生成的合成氯化氢气体自下而上运动至氯化氢合成炉B13顶部的出口并输出，从而实现氢气与氯气在燃烧点的均匀混合并生成氯化氢气体。
由于氢气与氯气发生反应的过程中会有大量的热量放出，导致氯化氢合成炉B13的炉体内的温度不断升高。为了回收合成反应产生的热量，本实用新型实施例提供一种高效的氯化氢合成炉余热利用系统，包括套设在氯化氢合成炉B13的炉体外侧的夹套B6，夹套B6的长度方向可以与所述炉体的长度方向相同，夹套B6内侧与所述炉体外侧之间留有空隙，且夹套B6的上部设有进口、下部设有出口，换热介质从夹套进口管线B4进入所述空隙、自上而下与所述炉体内自下而上运动的高温合成氯化氢气体进行间壁式换热后从夹套出口管线B7输出，然后去往硅粉干燥工序以干燥硅粉，回收合成反应过程中放出的热量，而换热后温度降低的合成氯化氢气体从氯化氢合成炉B13顶部的出口输出至氯化氢储罐。
本实施例中，所述换热介质可以为气体介质。所述气体介质可以为氮气或压缩空气。氮气或压缩空气作为换热介质与氯化氢合成炉B13内的高温合成氯化氢气体进行间壁式换热，换热完毕后形成高温氮气或压缩空气，然后去往硅粉干燥工序中的硅粉干燥罐进行硅粉干燥。由于硅粉干燥工艺为已知技术，此处不再赘述。
目前，三氯氢硅生产过程中使用的工业硅粉中含有一定量的水分，在硅粉进入三氯氢硅合成炉前必须将这部分水分除去，否则会造成硅粉结块、硅粉下料管线堵塞、三氯氢硅合成炉反应效果不好等问题。为了解决该问题，在实际生产中通常使用热氮气对工业硅粉进行干燥，具体地，先使用电加热器将氮气加热至200-300℃，再使高温热氮气与硅粉进行接触将硅粉中的水分除去，从而将硅粉中的水分含量控制在一定的范围。但是，由于硅粉干燥的时间较长，导致电加热氮气的过程较长、能耗较高，影响三氯氢硅的生产成本。而本实用新型利用氯化氢合成炉内的氢气与氯气发生合成反应所释放的热量来加热氮气或压缩空气，一方面，避免使用电加热器来加热氮气，降低了能耗，有效降低了三氯氢硅的生产成本；另一方面，有效回收了合成反应的热量，且回收过程对合成炉的要求较低，回收成本也较低，同时还减小了氯化氢合成炉的内外温差，防止氯化氢合成炉的石墨内衬因热应力损坏，从而延长了石墨内衬的使用周期；又一方面，在不需要使用额外的制冷剂(如水冷或空冷)的前提下就能有效降低从氯化氢合成炉顶部出口输出的合成氯化氢气体的温度，避免了采用四氟材料制成的氯化氢管道因管内介质温度过高而发生老化变形，并且因有效回收了合成反应热量(前已述及)而避免浪费冷量。
本实施例中，在夹套B6内侧与所述炉体外侧之间设置有使换热介质自上而下做螺旋运动的路径。具体地，夹套B6内侧与炉体外侧之间设置有导流挡板B5，所述导流挡板B5呈螺旋形向下延伸，且导流挡板B5的内侧与所述炉体的外侧相接触(固定)，导流挡板B5的外侧与夹套B6的内侧相接触(固定)，以使得从夹套进口管线B4进入的常温或低温的换热介质在导流挡板B5的作用下沿所述炉体外侧自上而下做螺旋运动，此时所述炉体内的高温合成氯化氢气体自下而上运行，二者进行对流间壁传热以回收合成反应的热量，使得高温的合成氯化氢气体被冷却，而换热介质被加热。
如图2所示，所述余热利用系统还包括单回路控制器(图中未示出)、调节阀(图中未标出)和远传温度计B12，所述远传温度计B12设置在氯化氢合成炉的出口至氯化氢储罐的管线上，用于测量该管线内合成氯化氢气体的温度，所述调节阀设置在所述换热介质进入所述夹套内的管线(即夹套进口管线B4)上，所述单回路控制器内设有预设的温度范围，用于根据远传温度计B12的测量值对调节阀进行单回路控制，从而根据合成氯化氢气体的温度控制调节阀的开度。
具体地，所述单回路控制器在所述远传温度计B12测量到的温度值大于所述预设的温度范围的上限时，控制调节阀的开度逐渐增大，从而加大进入夹套B6内的换热介质的量(即加大换热量)，降低氯化氢合成炉的出口输出的合成氯化氢气体的温度，以及在所述远传温度计B12测量到的温度值小于所述预设的温度范围下限时，控制调节阀的开度逐渐减小，从而减少进入夹套B6内的换热介质的量(即减少换热量)，提高氯化氢合成炉的出口输出的合成氯化氢气体的温度，如此将氯化氢合成炉的出口温度控制在预设的温度范围内。至于调节阀的开度增大/减小的速度，可由本领域技术人员根据实际情况来定。
其中，所述预设的温度范围为80-120℃，从而有效地将氯化氢合成炉的出口温度控制在80-120℃的范围内。
如图2所示，所述余热利用系统还包括设置在氯化氢合成炉出口至氯化氢储罐的管线上的氯化氢换热器B14，从氯化氢合成炉B13的出口输出的合成氯化氢气体，经氯化氢合成炉出口至氯化氢换热器管线B8进入氯化氢换热器B14，并在氯化氢换热器B14内与来自干法尾气回收系统(CDI)的液态氯化氢发生换热，以进一步降低合成氯化氢气体的温度，同时使来自干法尾气回收系统的液态氯化氢受热气化。而温度得到进一步降低的合成氯化氢气体经氯化氢换热器至氯化氢储罐管线B9进入氯化氢储罐。
其中，氯化氢换热器B14为列管式换热器，其中包括管程和壳程，且来自氯化氢合成炉B13出口的合成氯化氢气体走壳程，即合成氯化氢气体经氯化氢合成炉出口至氯化氢换热器管线B8进入氯化氢换热器B14的壳程内；而来自干法尾气回收系统的液态氯化氢走管程，即液态氯化氢经氯化氢换热器管程进口管线B11进入氯化氢换热器B14的管程内。
合成氯化氢气体与液态氯化氢在氯化氢换热器B14内发生换热后，液态氯化氢因受热而被气化，然后经氯化氢换热器管程出口管线B10也输出至氯化氢储罐，并在氯化氢储罐内与合成氯化氢气体混合。
由于干法尾气回收系统回收的氯化氢(简称回收氯化氢)呈液态，需要加热气化后才能进入三氯氢硅合成炉。目前，大多数企业使用电加热器加热回收氯化氢(即前述液体氯化氢)以使其气化，一方面导致能耗较高，另一方面，由于回收氯化氢的温度偏低，故回收氯化氢与合成氯化氢的温差大，二者同时进入氯化氢储罐后会导致氯化氢储罐压力波动，影响三氯氢硅合成炉的平稳运行。而本实用新型利用氯化氢合成炉出口输出的合成氯化氢气体的热量来加热回收氯化氢并使其气化，一方面，避免使用电加热器来加热回收氯化氢，降低了能耗；另一方面，在加热回收氯化氢以使其气化的过程中，合成氯化氢气体的温度得到进一步降低，从而有效缩小了回收氯化氢与合成氯化氢的温差，二者同时进入氯化氢储罐后也不会造成氯化氢储罐的压力波动，保障三氯氢硅合成炉平稳运行。
本实施例中，远传温度计B12设置在氯化氢换热器至氯化氢储罐管线B9上，以测量经两次温度降低后的合成氯化氢气体的温度，其中第一次温度降低发生在氯化氢合成炉内，第二次温度降低发生在氯化氢换热器内。当然，远传温度计B12也可以设置在氯化氢合成炉出口至氯化氢换热器管线B8上，以测量经一次温度降低后的合成氯化氢气体的温度。本领域技术人员可根据实际情况来选择远传温度计B12的具体位置。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，然而本实用新型并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型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实用新型的保护范围。