一种多晶硅还原炉水系统热能回收系统及工艺的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种多晶硅还原炉水系统热能回收系统及工艺，包括还原炉、尾气冷却器、集中闪蒸罐、热水循环泵、尾气夹套管。所述还原炉1的炉筒、底盘和所述尾气冷却器分别连接到各自的总管，然后分别和集中闪蒸罐上部同一侧的回水口相连。集中闪蒸罐另一侧上部的出气口接入蒸汽管网，所述集中闪蒸罐与所述热水循环泵相连，所述热水循环泵一用一备。所述热水循环泵接到高温水进口总管上并分别接管到每台还原炉的炉筒进水管口、底盘进水管口、尾气冷却器管程进水口以及尾气夹套管进水口，闪蒸出2-3bar.g，将150-160度的水的部分热量转变为2-3bar.g蒸汽的汽化潜热，从而降低水的温度，变成130-140度的饱和水。
【专利说明】—种多晶硅还原炉水系统热能回收系统及工艺
【技术领域】:
[0001]本发明涉及一种多晶硅生产中还原炉水系统热能回收系统及工艺，属太阳能光伏领域。
【背景技术】:
[0002]近几年来，国内多晶硅生产技术高速发展，国内外生产多晶硅的主要工艺技术是“西门子改良法”，在“西门子改良法”中50%以上的能耗是在还原炉上的，以往人们都把目光集中在还原炉的电耗上，但在还原炉生长过程中反应本身并不需要那么的能量，只是反应的启动和维持温度比较高，在1080-1100度左右，而绝大部分的热量是被冷却水带走的。大部分工艺改进仅是针对带热尾气的回收和再次利用，对冷却水的循环利用的研究偏少，而如果能够很好的利用这部分热量，无疑也是降低多晶硅的成本的有效方法。如在已公开的发明专利申请公开说明书CN200910173565.9中涉及的“多晶硅生产过程中余热利用的方法”及实用新型专利授权公告说明书CN200920177367.5中公开的“多晶硅生产过程中余热利用的装置”，已经提到通过对还原炉、氢化炉的循环水的余热利用，上述技术方案主要是实现循环水定向的作为精蒸馏系统和冷冻站热水系统的热源，并交换后的热水返回还原炉或氢化炉。
[0003]在上述技术方案中，并未区分热水来源，且使用于定向系统的热源，还原炉或氢化炉的反应过程中高温冷却水温差较大，换热后的高温冷却水的温度温差也会较大，会对还原炉的生产造成不良影响。
【发明内容】
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[0004]本发明主要解 决改良西门子法多晶硅还原炉生产过程中水系统的热能的回收再利用。本发明将还原炉的反应过程中高温冷却水作为循环使用的主要对象，并通过集中闪蒸罐将部分热量转变为蒸汽的汽化潜热，可以提供给设备如蒸馏塔、氯硅烷汽化器使用，同时可接入蒸汽管网，进而可以提供给更多设备使用。另外，通过集中闪蒸罐的补水循环，维持了总水量的平衡；通过对还原炉冷却水温度的控制，实现在较小区间范围内的温域，保证还原炉生产的精确度和可控性。本技术方案热能回收系统及工艺同样适用于氢化炉。
[0005]还原炉冷却水包括炉筒冷却水、底盘冷却水、电极冷却水以及尾气冷却水,其中，除了电极冷却水的要求比较高，需要高纯水，而且温度不能超过60度，相比之下这几路水中电极冷却水的水流量最小，热能最小，所以暂不考虑这部分能量的回收。
[0006]而炉筒冷却水、底盘冷却水以及尾气冷却水都可以选用130°C-140°C的进水，150°C-160°C的回水。然后通过集中闪蒸罐3闪蒸出2-3bar.g的蒸汽提供给多晶硅厂其他地方使用。如:精馏塔、氯硅烷汽化器等地方使用。
[0007]本发明的目的是这样实现的，一种多晶硅还原炉水系统热能回收系统，包括还原炉、集中闪蒸罐，所述还原炉回水出口分别连接到各自的总管，然后分别和所述集中闪蒸罐上部同一侧的回水口相连；所述集中闪蒸罐另一侧上部的出气口接入蒸汽管网；所述集中闪蒸罐下部出水管接到高温水进口总管上；所述高温水进口总管分别接管到所述每台还原炉的进水口。
[0008]优选的，所述还原炉回水出口包括所述还原炉的炉筒的高温回水出口、所述还原炉的底盘的高温回水出口、所述尾气冷却器的管程回水出口以及所述尾气冷却器的夹套回水出口的至少任意一个或其组合。
[0009]优选的，所述还原炉的炉筒的高温回水出口、所述还原炉的底盘的高温回水出口、所述尾气冷却器的管程回水出口或所述尾气冷却器的夹套回水出口的任意一个或多个与各自的总管之间设有流量调节装置。
[0010]优选的，所述还原炉的进水口为所述每台还原的炉筒进水管口、底盘进水管口、尾气冷却器管程进水口以及尾气夹套管进水口的至少任意一个或其组合。
[0011 ] 优选的，所述尾气夹套管出水口和尾气冷却器夹套进水口相连。
[0012]优选的，闪蒸罐下部出水管与所述高温水进口总管之间设有热水循环泵相连，所述热水循环泵入口连接到所述闪蒸罐下部出水管，所述热水循环泵出口连接到高温水进口总管上。
[0013]优选的，所述热水循环泵为两台并联。
[0014]优选的，所述闪蒸罐3设有压力传感器。
[0015]优选的，所述闪蒸罐设有控制阀。
[0016]优选的，所述闪蒸罐设有补水管。
[0017]优选的，所述闪蒸罐设有开车蒸汽加热管。
[0018]优选的，集中闪蒸罐上部的出气口分别接入精馏塔或氯硅烷汽化器。
[0019]本技术方案同时提供了一种多晶硅还原炉水系统热能回收系统工艺，将还原炉内的反应余热通过高温热水带出，分别传送到集中闪蒸罐，将闪蒸后高温热水通过高温回水总管回流至还原炉，高温蒸汽通过蒸汽管网给其他设备供热；
[0020]进一步的，通过控制还原炉的炉筒的高温回水总管的压力，还原炉的底盘的高温回水总管的压力以及尾气冷却器的高温回水总管的压力，使它们各自的压力超过使用温度下饱和蒸汽压lbar.g左右。
[0021]通过压力传感器和控制阀调节集中闪蒸罐3出口的压力，闪蒸出2-3bar.g，将150-160度的水的部分热量转变为2-3bar.g蒸汽的汽化潜热，从而降低水的温度，变成130-140度的饱和水，并通过高温水进口总管回流到还原炉。
[0022]另外加一条补水管线到所述集中闪蒸罐3，保证系统内水的总质量不变。经热水循环泵4增压循环使用。集中闪蒸罐3中设计一根开车蒸汽加热管，在第一次开车中使用，将常温的冷却水加热到130-140度，并回流至还原炉。
【专利附图】
【附图说明】:
[0023]图1为本发明一种多晶硅还原炉水系统热能回收系统示意图。
[0024]附图标记:原炉1、尾气冷却器2、集中闪蒸罐3、热水循环泵4、尾气夹套管5。
【具体实施方式】:
[0025]一种多晶硅还原炉水系统热能回收系统，包括还原炉1、集中闪蒸罐3、热水循环泵4、尾气夹套管5。所述还原炉I的炉筒的高温回水出口、所述还原炉I的底盘的高温回水出口和所述尾气冷却器2的管程回水出口以及所述尾气冷却器2的夹套回水出口分别连接到各自的总管，然后分别和集中闪蒸罐3上部同一侧的回水口相连。
[0026]集中闪蒸罐3另一侧上部的出气口接入蒸汽管网，所述集中闪蒸罐3下部出水管与所述2台热水循环泵4入口相连，
[0027]本实施例为优选的，所述热水循环泵4 一用一备。所述2台热水循环泵4出口接到高温水进口总管上。从高温水进口总管分别接管到所述每台还原炉I的炉筒进水管口、底盘进水管口、尾气冷却器2管程进水口以及所述尾气夹套管5进水口。所述尾气夹套管5出水口和尾气冷却器2夹套进水口相连。
[0028]通过集中闪蒸罐3的补水管线向所述系统里加入适量的水，水量为正常运行时管路中的总水量加上集中闪蒸罐3 —半的容积的水量。加好水后，启动其中一台热水循环泵4打循环。然后向开车蒸汽加热管通入8bar.g左右的蒸汽，加热系统水。
[0029]等温度达到130-140度时，就可以准备生产多晶硅了。
[0030]在多晶硅的生产过程中高温水进口总管分别向所述每台还原炉I的炉筒、底盘和尾气冷却器2管程以及尾气夹套管5、尾气冷却器2夹套提供冷却水冷却，然后最主要的是分别控制还原炉I的炉筒的高温回水总管的压力，还原炉I的底盘的高温回水总管的压力以及尾气冷却器2的高温回水总管的压力，使它们各自的压力超过使用温度下饱和蒸汽压lbar.g左右。通过压力传感器和控制阀调节集中闪蒸罐3出口的压力，闪蒸出2_3bar.g,将150-160度的水的部分热量转变为2-3bar.g蒸汽的汽化潜热，从而降低水的温度，变成130-140度的饱和水。 ·
【权利要求】
1.一种多晶硅还原炉水系统热能回收系统，包括还原炉、集中闪蒸罐，其特征在于所述还原炉回水出口分别连接到各自的总管，然后分别和所述集中闪蒸罐上部同一侧的回水口相连；所述集中闪蒸罐另一侧上部的出气口接入蒸汽管网；所述集中闪蒸罐下部出水管接到高温水进口总管上；所述高温水进口总管分别接管到所述每台还原炉的进水口。
2.根据权利要求1所述的热能回收系统，其特征在于所述还原炉回水出口包括所述还原炉的炉筒的高温回水出口、所述还原炉的底盘的高温回水出口、所述尾气冷却器的管程回水出口以及所述尾气冷却器的夹套回水出口的至少任意一个或其组合。
3.根据权利要求2所述热能回收系统，其特征在于所述还原炉的炉筒的高温回水出口、所述还原炉的底盘的高温回水出口、所述尾气冷却器的管程回水出口或所述尾气冷却器的夹套回水出口的任意一个或多个与各自的总管之间设有流量调节装置。
4.根据权利要求1所述的热能回收系统，其特征在于所述还原炉的进水口为所述每台还原的炉筒进水管口、底盘进水管口、尾气冷却器管程进水口以及尾气夹套管进水口的至少任意一个或其组合。
5.根据权利要求4所述的热能回收系统，其特征在所述尾气夹套管出水口和尾气冷却器夹套进水口相 连。
6.根据权利要求1所述的热能回收系统，其特征在于闪蒸罐下部出水管与所述高温水进口总管之间设有热水循环泵相连，所述热水循环泵入口连接到所述闪蒸罐下部出水管，所述热水循环泵出口连接到高温水进口总管上。
7.根据权利要求6所述的热能回收系统，其特征所述热水循环泵为两台并联。
8.根据权利要求1所述热能回收系统，其特征在于所述闪蒸罐设有压力传感器。
9.根据权利要求1所述热能回收系统，其特征在于所述闪蒸罐设有控制阀。
10.根据权利要求1所述热能回收系统，其特征在于所述闪蒸罐设有补水管，通过集中闪蒸罐的补水管线向所述系统里加入适量的水，水量为正常运行时管路中的总水量加上集中闪蒸罐一半的容积的水量。
11.根据权利要求1所述热能回收系统，其特征在于所述闪蒸罐设有开车蒸汽加热管。
12.根据权利要求1所述热能回收系统，其特征在于所述集中闪蒸罐上部的出气口分别接入精馏塔或氯硅烷汽化器。
13.根据权利要求1-12的任意一种多晶硅还原炉水系统热能回收系统的工艺，其特征在于通过高温热水将还原炉内的反应余热带出，分别传送到集中闪蒸罐，将闪蒸后高温热水通过高温回水总管回流至还原炉，高温蒸汽通过蒸汽管网给其他设备供热。
14.根据权利要求13所述热能回收系统工艺，其特征在于通过控制还原炉的炉筒的高温回水总管的压力，还原炉的底盘的高温回水总管的压力以及尾气冷却器的高温回水总管的压力，使它们各自的压力超过使用温度下饱和蒸汽压lbar.g左右。
15.根据权利要求13所述热能回收系统工艺，其特征在于高温回水总管的高温热水温度为150_160度。
16.根据权利要求13所述热能回收系统工艺，其特征在于通过调整和控制闪蒸罐压力，闪蒸出2-3bar.g的蒸汽。
17.根据权利要求13-16任一项所述热能回收系统工艺，其特征在于提供热量后的高温热水为130-140度的饱和水，并回流至还原炉。
18.根据权利要求13-16任一项所述热能回收系统工艺，其特征在于通过外源热源加热集中闪蒸罐的常温水，在第一次开车中使用时，将常温的冷却水加热到130-140度成为高温冷却水。 ·
【文档编号】F27D17/00GK103449443SQ201310404782
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年9月6日 优先权日:2013年9月6日
【发明者】陈宏伟, 许晟 申请人:上海森松环境技术工程有限公司