一种多晶硅生产系统中的排残装置的制作方法

1.本实用新型属于多晶硅生产领域，具体涉及一种多晶硅生产系统中的排残装置。


背景技术：

2.目前，多晶硅的主要生产方法多为改良西门子法，光伏多晶硅要求纯度达到6n～9n之间。在多晶硅的生产过程中，精馏提纯、冷氢化、还原等工序都会产生尾气，这些尾气中存在氯硅烷、氮气、氢气、氯化氢、硅粉、高沸物、吸附剂和金属氯化物等杂质。
3.若将尾气直接排放至大气中，会造成污染，且原料的利用率较低。因此，这些尾气通常需要经过冷凝、淋洗等步骤处理，以去除尾气中的杂质，才能够将其排入大气。而且尾气中的氯硅烷被冷凝下来，还能够进行重新利用，提高原料利用率。
4.在淋洗塔对尾气进行冷凝、淋洗的过程中，会产生冷凝液。冷凝液需要通过废液回收塔进行分离处理，其中轻组分(二氯二氢硅dcs、三氯氢硅tcs)从塔顶采出。重组分(四氯化硅stc)属于有毒物质，与空气或水接触后，形成酸雾，造成环境污染，因此仍需排到下一个工序处理。然而，废液回收塔的塔釜中排出的重组分中含有氯硅烷、硅粉、高沸物、吸附剂以及金属氯化物等杂质。多晶硅生产系统中的废液即是指塔釜排出的这部分固液混合物。
5.在将废液排放至下一工序时，硅粉、吸附剂以及铁锈等固体杂质极易造成废液回收塔的塔釜管线堵塞。而且，由于废液中的硅粉过于细小，通过滤的方式很难直接分离。塔釜管线在清堵时需要消耗大量人力物力，并增加了作业安全风险，也影响到系统正常生产。因此，亟需提出一种装置来满足多晶硅生产系统中的废液的排残需求。


技术实现要素：

6.本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种多晶硅生产系统中的排残装置，能够有效地过滤废液中的杂质，以防止排残管线堵塞。
7.根据本实用新型的实施例，提供一种多晶硅生产系统中的排残装置，包括：排残管路，包括主管路，所述主管路上设有废液入口和废液出口，用于供废液流通，所述排残管路的主管路上设置有排残加压泵、换热器以及过滤单元，所述排残加压泵用于将废液从废液入口吸入排残管路，所述换热器位于所述排残加压泵的下游，用于对所述废液进行降温，所述过滤单元包括第一过滤器和第二过滤器，所述第一过滤器位于所述废液入口和所述排残加压泵之间，用于对所述废液进行一次过滤，所述第二过滤器位于所述换热器与所述废液出口之间，用于对所述废液进行二次过滤，所述主管路的一段为u型管道，所述u型管道设置于所述换热器与所述废液出口之间，u型管道的入口和出口处于第一水平面，u型管道的底部处于第二水平面，所述第一水平面高于所述第二水平面，所述第二过滤器设置于所述u型管道的底部。
8.优选的，所述排残加压泵的加压压力范围为0.5-1.3mpa。
9.优选的，所述换热器内设有管程通路和壳程通路，所述管程通路与排残管路连通，用于供废液流通，所述壳程通路，用于供制冷剂流通，所述废液流经所述换热器后，降温至
45℃以下。
10.优选的，所述排残管路还包括第一旁路，所述第一旁路的一端与所述管程通路的入口连通，另一端与所述管程通路的出口连通，所述第一旁路上设有第一旁路阀门，用于控制所述第一旁路连通或断开,所述主管路上还设有换热器前阀和换热器后阀，所述换热器前阀设于换热器的上游，并靠近换热器的管程通路的入口，所述换热器后阀设于换热器的下游，并靠近换热器的管程通路的出口，所述换热器前阀和换热器后阀配合以控制所述换热器的管程通路关闭或开启。
11.优选的，所述排残管路还包括第二旁路，所述第二旁路的一端与所述管程通路的出口连通，另一端与废液出口连通，所述第二旁路上设有第二旁路阀门，用于控制所述第二旁路连通或断开，所述u型管道上设有第二过滤器前阀和第二过滤器后阀，所述第二过滤器位于第二过滤器前阀和第二过滤器后阀之间，所述第二过滤器前阀和所述第二过滤器后阀配合使u型管道和第二过滤器关闭或开启。
12.优选的，所述制冷剂为冷却水，所述装置还包括控制单元，所述控制单元包括控制器、ph检测仪和第一警示器，所述控制器与所述第一警示器电连接，所述ph检测仪设于所述换热器的壳程通路的出口，并与所述控制器电连接，用于检测所述制冷剂的ph值，并将检测到的ph值发送给所述控制器,所述控制器用于接收所述ph值，并在所述ph值大于预设ph值时，控制所述第一警示器发出第一警示信号。
13.优选的，所述壳程通路的入口和出口分别设有上水阀和回水阀，所述上水阀用于控制所述壳程通路的入口的进水流量，所述回水阀用于控制所述壳程通路的出口的回水流量，所述控制单元还包括温度计，所述温度计设置于壳程通路的出口处，并与所述控制器电连接，用于检测所述制冷剂的回水温度，并将检测到的回水温度值发送给控制器，所述控制器还用于接收所述回水温度值，并在所述回水温度值超过预设温度时，控制所述回水阀提高回水流量。
14.优选的，所述控制单元还包括第一压差计和第二压差计，所述第一压差计和所述第二压差计均电连接于所述控制器，所述控制单元还包括第二警示器和第三警示器，所述控制器均电连接于所述第二警示器和所述第三警示器，所述第一压差计设置于主管路上，数量为两个，两个第一压差计分别处于第一过滤器的入口位置和出口位置，用于检测第一过滤器两侧的压差，并将检测到的第一压差值发送给控制器，所述控制器用于接收所述第一压差值，并在第一压差值大于预设压差值时，控制第二警示器发出第二警示信号，所述第二压差计设置于主管路上，数量为两个，两个第二压差计分别处于第二过滤器的入口位置和出口位置，用于检测第二过滤器的压差，并将检测到的第二压差值发送给控制器，所述控制器还用于接收第二压差值，并在第二压差值大于预设压差值时，控制第三警示器发出第三警示信号。
15.优选的，所述第一过滤器和所述第二过滤器均为篮式过滤器，所述第一过滤器的滤芯为80-100目，所述第二过滤器的滤芯为120-150目。
16.优选的，所述主管路上还设有第一过滤器前阀和第一过滤器后阀，所述第一过滤器位于第一过滤器前阀和第一过滤器后阀之间，所述第一过滤器前阀和所述第一过滤器后阀配合以断开所述第一过滤器。
17.本实用新型的排残装置能够通过排残加压泵将废液吸入排残管路，废液经过排残
管路排至下一工序。在废液入口和排残加压泵之间设有第一过滤器，第一过滤器能够有效地过滤废液中的铁锈、吸附剂、颗粒较大的硅粉等固体杂质，从而减少固体杂质对排残加压泵造成的撞击，进而能够保护排残加压泵。在排残加压泵的下游设有换热器，换热器能够对废液进行降温，使得高沸物析出，高沸物结晶会吸附周围细小的硅粉，使得硅粉容易被分离出来。第二过滤器设置于换热器的下游，能够过滤高沸物结晶以及硅粉。而且，第二过滤器设置于u型管道的底部。u型管道的高低位差对废液起到缓冲作用，进而能够提高第二过滤器的过滤效果。因此，本排残装置能够有效地过滤废液中的固体杂质，以避免排残管路堵塞。
附图说明
18.图1是本发明实施例1中排残装置的结构示意图。
19.图中：1-排残管路、11-主管路、111-u型管道、12-第一旁路、13-第一旁路阀门、14-第二旁路、15-第二旁路阀门、16-第一过滤器前阀、17-第一过滤器后阀、18-第二过滤器前阀、19-第二过滤器后阀、2-排残加压泵、3-换热器、31-换热器前阀、32-换热器后阀、33-ph检测仪、34-回水阀、35-上水阀、4-过滤单元、41-第一过滤器、42-第二过滤器。
具体实施方式
20.下面将结合本发明中的附图，对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，而不是全部的实施例。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，都属于本发明的范围。
21.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”“上游”、“下游”等指示方位或位置关系是基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于和简化描述，而并不是指示或者暗示所指的装置或者元件必须设有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
22.在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或者暗示相对重要性。
23.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“设置”、“安装”、“固定”等应做广义理解，例如可以是固定连接也可以是可拆卸地连接，或者一体地连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
24.请参阅图1，本实用新型公开一种多晶硅生产系统中的排残装置，包括排残管路1、排残加压泵2、换热器3以及过滤单元4。
25.其中，排残管路1包括主管路11，主管路11用于供废液流通。主管路11上设有废液入口和废液出口，废液入口与废液回收塔的塔釜连通，废液由废液入口进入主管路11，并沿主管路11流动至废液出口，以排出至下一工序。
26.需要说明的是，本实用新型中的废液是指废液回收塔的塔釜中排出的四氯化硅混合物。该废液中含有氯硅烷、硅粉、高沸物、吸附剂、铁锈以及金属氯化物等杂质。具体地，废液中的硅粉、吸附剂和铁锈为固体杂质，直接排出容易导致排残管路1堵塞。
27.还需说明的是，高沸物是指六氯乙硅烷、五氯乙硅烷以及六氯乙硅氧烷。由于废液回收塔的塔釜内温度高达108℃，而在高温环境下，高沸物溶解于氯硅烷中。此时，通过换热能够使得废液中的高沸物和硅粉易于分离。具体地，当废液的温度降低时，高沸物的溶解度降低，使得高沸物结晶析出。在高沸物析出的时候，高沸物结晶会吸附周围细小的硅粉，从而结成较小的硅粉快，使得硅粉容易被过滤分离。
28.为了使废液能够沿主管路11流动，并且避免废液中的固体杂质堵塞主管路11，在主管路11上设置有排残加压泵2、换热器3和过滤单元4。
29.具体地，排残加压泵2设置于主管路11的靠近废液入口的一端，能够将废液从废液回收塔的塔釜中吸入排残管路1，并使废液沿排残管路1流动。过滤单元4包括第一过滤器41，第一过滤器41位于废液入口和排残加压泵2之间，能够对废液进行一次过滤。一次过滤主要过滤废液中的铁锈、吸附剂、颗粒较大的硅粉等固体杂质，从而减少固体杂质对排残加压泵2造成的撞击，进而减小换热器3磨损，延长使用寿命。
30.在一些实施例中，排残加压泵2选用功率为37kw、频率为50hz、扬程46.3m的屏蔽泵。在排残过程中，排残加压泵2对废液流体的加压压力范围为0.5-1.3mpa。在这个加压压力范围内，废液流体能够顺利地流过排残管路1，且不会对排残管路1造成损伤。优选地，排残加压泵2将流体加压至0.9mpa，排残流量为6t/h。通过将排渣流量控制在6t/h左右，使过滤器能够有效过滤杂质。
31.然而，一部分硅粉的颗粒过细，很难直接通过过滤器过滤。这些细小的硅粉颗粒需要先通过换热器3进行换热分离。换热器3位于排残加压泵2的下游，能够对废液进行降温。废液温度降低，也使得高沸物的溶解度降低，高沸物结晶析出。在高沸物析出的时候，高沸物结晶吸附周围细小的硅粉，形成硅粉块，从而便于过滤分离硅粉。另外，排残加压泵2还起到对废液加压的作用，通过对废液加压，从而提高废液的沸点，即提高了废液中高沸物的溶解温度，从而使得废液降温时，高沸物更容易产生结晶析出，硅粉也更容易分离出来。
32.为了过滤换热分离出的高沸物结晶和硅粉，过滤单元4还包括第二过滤器42。第二过滤器42位于换热器3与废液出口之间，用于对废液进行二次过滤，二次过滤主要过滤高沸物结晶形成的细小硅粉块。当然，可以理解的是，第二过滤器42还能够过滤第一过滤器41漏掉的铁锈、吸附剂等杂质。
33.在一些实施例中，第一过滤器41和第二过滤器42均选用dn150篮式过滤器。第一过滤器41和第二过滤器42均由不锈钢材料制成。第一过滤器41的滤芯为80-100目，第二过滤器42的滤芯为120-150目。为了方便滤芯的安装和后续拆卸，第一过滤器41和第二过滤器42的滤芯都通过卡环固定安装。滤芯的外部通过金属四氟缠绕垫片与过滤器的壳盖密封。
34.进一步地，为了提高第二过滤器42的过滤效果，主管路11设有一段u型管道111，u型管道111设置于换热器3与废液出口之间，第二过滤器42设置于u型管道111的底部。u型管道111的入口和出口处于第一水平面，u型管道111的底部处于第二水平面，第一水平面高于第二水平面，即u型管道111的入口、出口与底部之间存在高低位差。具体来说，当废液从u型管道111的底部流至出口时，需要克服重力的作用，因此，u型管道111的高低位差对废液起到缓冲作用，废液流速变慢。而且，废液中所含的较重物质，即高沸物结晶和硅粉等固体杂质，会受重力作用逐渐沉积于u型管道111的底部。通过将第二过滤器42设置于u型管道111的底部，能够大大提高第二过滤器42的过滤效果，使排液更加干净。
35.因此，本排残装置能够有效地过滤废液中的固体杂质，从而避免排残管路1堵塞。
36.在一些实施例中，换热器3内设有管程通路和壳程通路。管程通路与排残管路1连通，用于供废液流通。壳程通路用于供制冷剂流通。为了保证换热分离的效果，废液流经换热器3后，应降温至45℃以下。
37.优选地，换热器3选用列管式换热器3，制冷剂选用冷却水。换热器3的管程通路选用双相不锈钢s31603，壳程通路选用不锈钢s22053。双相不锈钢s31603具有较高的强度，且具有良好的耐氯化物腐蚀性能，能够使管程通路性能稳定。换热器3的换热面设为15.6m3，折流板间距为450mm，换热器3的设计温度为120℃。
38.另外，壳程通路的入口和出口分别设有上水阀35和回水阀34，上水阀35用于控制壳程通路的入口的进水流量，回水阀34用于控制壳程通路的出口的回水流量。需要说明的是，换热器3通过壳程通路中的制冷剂使废液降温。制冷剂进入壳程通道时的上水温度应当控制在23-28℃，离开壳程通道时的回水温度应当低于35℃，从而保证废液的降温效果。
39.本排残装置还包括控制单元，通过控制单元能够方便地控制制冷剂的回水温度。具体地，控制单元包括控制器和温度计。温度计设置于壳程通路的出口处，并与控制器电连接。温度计用于检测制冷剂的回水温度，并将检测到的回水温度值发送给控制器。控制器接收回水温度值，并在回水温度值超过预设温度时，控制回水阀34提高回水流量。具体地，预设温度为35℃。若回水温度值高于35℃时，控制器控制回水阀34提高回水流量。通过提高回水流量能够加快制冷剂的循环速度，从而带走更多热量，以使制冷剂的回水温度降低至35℃以下，从而提高降温效率。
40.进一步地，控制单元还包括ph检测仪33和第一警示器。控制器与第一警示器电连接，ph检测仪33设于换热器3的壳程通路的出口，并与控制器电连接。ph检测仪33用于检测制冷剂的ph值，并将检测到的ph值发送给控制器。控制器用于接收ph值，并在ph值大于预设ph值时，控制第一警示器发出第一警示信号。
41.具体地，当换热器3发生泄漏时，管程通路中的废液会泄漏至壳程通路中，从而导致制冷剂的ph值发生变化。通过ph检测仪33监测换热器3的运行情况，一旦出现废液泄露的情况，第一警示器发出第一警示信号，以提醒工作人员对换热器3进行检修，从而避免出现换热器3泄漏未能及时发现，导致换热器3被腐蚀损坏的情况。
42.更进一步地，控制单元还包括第一压差计和第二压差计。第一压差计和第二压差计均电连接于控制器。控制单元还包括第二警示器和第三警示器，控制器均电连接于第二警示器和第三警示器。第一压差计设置于主管路11上，第一压差计的数量为两个。两个第一压差计分别处于第一过滤器41的入口位置和出口位置，用于检测第一过滤器41两侧的压差，并将检测到的第一压差值发送给控制器。控制器能够接收第一压差值，并在第一压差值大于预设压差值时，控制第二警示器发出第二警示信号。另外，第二压差计设置于主管路11上，第二压差计的数量也为两个。两个第二压差计分别处于第二过滤器42的入口位置和出口位置，用于检测第二过滤器42的压差，并将检测到的第二压差值发送给控制器。控制器能够接收第二压差值，并在第二压差值大于预设压差值时，控制第三警示器发出第三警示信号。
43.需要说明的是，当过滤器的滤芯被固体杂质堵塞时，会导致过滤器的两端出现压差。而且，过滤器两端的压差值越大，则表示滤芯的堵塞情况越严重。因此，通过第一压差计
和第二压差计分别监测第一过滤器41和第二过滤器42的压差值，能够及时发现和清理堵塞的滤芯。进一步来说，第一过滤器41和第二过滤器42的预设压差值均为15kpa。当第一过滤器41两端的压差大于15kpa时，第二警示器发出第二警示信号，提醒工作人员对第一过滤器41的滤芯进行清理和疏通。当第二过滤器42两端的压差大于15kpa时，第三警示器发出第三警示信号，提醒工作人员对第二过滤器42的滤芯进行清理和疏通。
44.更进一步地，为了便于对第一过滤器41进行清理，主管路11上还设有第一过滤器前阀16和第一过滤器后阀17，第一过滤器41位于第一过滤器前阀16和第一过滤器后阀17之间。第一过滤器41的上部设有第一导淋阀，下部设有第一排料阀。
45.具体来说，在清洗第一过滤器41时，首先需要同时关闭第一过滤器前阀16和第一过滤器后阀17，以断开第一过滤器41，使废液不再流经第一过滤器41。然后，打开第一导淋阀，并通过第一导淋阀向第一过滤器41内通入惰性气体，使第一过滤器41内部形成惰性气体环境，提高清洗过滤器的安全系数。接着，打开第一排料阀，对第一过滤器41进行撤料置换，并将第一过滤器41内部的废液排至废液收集槽。撤料置换完成后，拆除第一过滤器41的壳盖，清除滤芯内的固渣，并检查滤网是否破损，如有破损则需进行更换。清洗完成后，将第一过滤器41的壳盖装回，并再次通入惰性气体进行吹扫气密。其中，气密压力0.5mpa。需要说明的是，在完成第一过滤器41的清理后，由于第一过滤中残留大量惰性气体，需要对第一过滤器41进行排气操作，以避免排残加压泵2出现气缚现象。
46.类似地，为了便于对第二过滤器42进行清理，u型管道111上设有第二过滤器前阀18和第二过滤器后阀19，第二过滤器42位于第二过滤器前阀18和第二过滤器后阀19之间，第二过滤器前阀18和第二过滤器后阀19配合使第二过滤器42关闭或开启。第二过滤器42的上部设有第二导淋阀，下部设有第二排料阀。
47.与第一过滤器41的清理过程类似地，在清洗第二过滤器42时，首先需要同时关闭第二过滤器前阀18和第二过滤器后阀19，以断开第二过滤器42。然后，打开第二导淋阀，通过第二导淋阀向第二过滤器42内通入惰性气体。接着，打开第二排料阀，对第二过滤器42进行撤料置换，并将第二过滤器42内部的废液排至废液收集槽。撤料置换完成后，拆除第二过滤器42的壳盖，清除滤芯内的固渣，并检查滤网是否破损，如有破损则需进行更换。清洗完成后，将第二过滤器42的壳盖装回，并再次通入惰性气体进行吹扫气密。其中，气密压力0.5mpa。
48.在一些实施例中，排残管路1还包括第一旁路12，第一旁路12的一端与管程通路的入口连通，另一端与管程通路的出口连通。第一旁路12上设有第一旁路阀门13，用于控制第一旁路12连通或断开。主管路11上还设有换热器前阀31和换热器后阀32，换热器前阀31设于换热器3的上游，并靠近换热器3的管程通路的入口，换热器后阀32设于换热器3的下游，并靠近换热器3的管程通路的出口。换热器前阀31和换热器后阀32配合以控制换热器3的管程通路关闭或开启。具体来说，当换热器3出现故障需要进行检修时，工作人员关闭换热器前阀31和换热器后阀32，以控制换热器3的管程通路关闭，使得废液不再流入换热器3中。然后开启第一旁路12上的第一旁路阀门13，使得废液经第一旁路12流至u型管道111。
49.另外，排残管路1还包括第二旁路14，第二旁路14的一端与管程通路的出口连通，另一端与废液出口连通。第二旁路14上设有第二旁路阀门15，第二旁路阀门15能够控制第二旁路14连通或断开。具体来说，当第二过滤器42出现故障需要进行清理和疏通时，工作人
员关闭第二过滤器前阀18和第二过滤器后阀19，以关闭第二过滤器42和u型管道111，使得废液不再流入中u型管道111。然后开启第二旁路14上的第二旁路阀门15，使得废液经第二旁路14流至废液出口。
50.通过设置第一旁路12和第二旁路14，能够保证本排残装置生产的连续性，即使换热器3或第二过滤器42出现故障，也无需停止排残，进而能够提高工作效率。
51.在排完废液后，还需对排残管线进行吹扫排渣。为了便于对排残管路1进行吹扫，主管路11上还设置有泵出口导淋，泵出口导淋位于排残加压泵2和换热器3之间。首先，关闭排残加压泵2，然后打开泵出口导淋，并通入惰性气体，开始持续性吹扫。当下一道工序的储罐内的压力上涨时，再吹扫10分钟后,关闭泵出口导淋，完成一次吹扫排渣过程。通过对排残管路1进行吹扫，能够使排残管路1内保持干燥，并确保排残管路1通畅。优选地，惰性气体为氦气。当然，惰性气体也可以由氮气替代。
52.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。