一种多晶硅还原炉的余热再利用系统的制作方法

[0001]
本实用新型涉及多晶硅生产技术领域，尤其涉及一种多晶硅还原炉的余热再利用系统。


背景技术：

[0002]
多晶硅是一种超高纯材料，用于集成电路、电子器件和太阳能电池领域。目前国内多晶硅的主要生产方法是改良西门子法，主要包括三氯氢硅合成、精馏提纯、三氯氢硅氢气还原、尾气干法回收、四氯化硅氢化等工序。改良西门子法的高纯氢气还原工序生产多晶硅过程中，包括三氯氢硅与氢气的反应原料在还原炉内约1050℃高温下通过化学气相沉积生成高纯度多晶硅。与高温硅棒有直接辐射热传递的还原炉炉筒和底盘需要通入冷却介质，以防止其被持续的高温热损伤。
[0003]
目前各多晶硅厂家还原工艺是钟罩冷却水和底盘冷却水共1个水系统，并将此部分热源一部分和精馏装置热水系统换热，转化为精馏热水再沸器的热量来源；另一部分作为冷冻机组冷冻热水的热源供冷冻机组利用，生产7℃冷冻水；剩余的则需经过大量循环水冷却将热量带走，以满足钟罩、底盘冷却的需求。
[0004]
钟罩冷却水回水和底盘水回水温度高，有很好的利用价值，然而，钟罩冷却水和底盘冷却水共1个水系统：由于系统共用，钟罩冷却水温度和底盘冷却水温度基本相同，导致钟罩冷却过量，底盘冷却不足。特别是底盘水温度高，直接导致电极四氟绝缘降低，磁环结硅增加，尾气管结硅速度增加，增加接地异常停炉风险等一系列问题；而余热的利用上，大量的热量需循环冷却水带走而造成浪费。


技术实现要素：

[0005]
有鉴于此，本实用新型提供一种多晶硅还原炉的余热再利用系统，主要目的在于提升余热利用效率，减少热量浪费。
[0006]
为达到上述目的，本实用新型主要提供如下技术方案：
[0007]
本实用新型的实施例提供一种多晶硅还原炉的余热再利用系统，包括:还原炉、蒸汽闪蒸罐一、蒸汽闪蒸罐二、高温水循环泵、高温水换热器、底盘水罐、底盘水循环泵、底盘水加热器、冷冻热水罐、冷冻热水循环泵、冷冻热水换热器、冷冻热水加热器、底盘水预热器、底盘水冷却器和排污水空冷系统；
[0008]
所述蒸汽闪蒸罐一和所述蒸汽闪蒸罐二通过所述高温水循环泵与所述还原炉的钟罩冷却水入口连通；
[0009]
所述蒸汽闪蒸罐一和所述蒸汽闪蒸罐二并列设置；
[0010]
所述还原炉的钟罩的冷却水出口与所述高温水换热器的钟罩水侧连通；所述高温水换热器的钟罩水侧与所述蒸汽闪罐一和所述蒸汽闪罐二分别连通；
[0011]
所述底盘水罐通过所述底盘水循环泵与所述还原炉的底盘的冷却水入口连通；
[0012]
所述底盘的冷却水出口与所述高温水换热器的底盘水侧连通；所述高温水换热器
的底盘水侧与所述底盘水加热器的底盘水侧连通；所述底盘水加热器的底盘水侧与用户一连通，以将换热后的水通向所述用户一；所述用户一与所述底盘水罐连通，以使被所述用户一利用后的水回流至所述底盘水罐；所述底盘水加热器的另一侧为低压蒸汽侧；所述底盘水加热器的低压蒸汽侧入口与蒸汽管网连通；所述底盘水加热器的低压蒸汽侧出口与所述蒸汽闪蒸罐一和\或所述蒸汽闪蒸罐二连通；
[0013]
所述底盘的冷却水出口与所述冷冻热水换热器的冷冻热水侧连通；所述冷冻热水换热器的冷冻热水侧与所述冷冻热水加热器的冷冻热水侧连通；所述冷冻热水加热器的冷冻热水侧与用户二连通；以将换热后的冷冻热水通向所述用户二；所述用户二与所述冷冻热水罐连通，以使被所述用户二利用后的水回流至所述冷冻热水罐；所述冷冻热水加热器的另一侧为低压蒸汽侧；所述冷冻热水加热器的低压蒸汽侧入口与所述蒸汽管网连通；所述冷冻热水加热器的低压蒸汽侧出口与所述蒸汽闪蒸罐一和\或所述蒸汽闪蒸罐二连通；
[0014]
所述冷冻热水罐通过冷冻热水循环泵与所述冷冻热水换热器的冷冻水侧连通；所述冷冻热水换热器的底盘水侧与所述底盘水罐连通；
[0015]
所述底盘水预热器的底盘水侧与所述底盘的冷却水出口连通；所述底盘水预热器的底盘水侧与所述底盘水罐连通；所述底盘水预热器的另一侧为低压蒸汽侧；所述底盘水预热器的低压蒸汽侧入口与所述蒸汽管网连通；所述底盘水预热器的低压蒸汽侧出口与所述蒸汽闪蒸罐一和\或所述蒸汽闪蒸罐二连通；
[0016]
所述底盘水冷却器的底盘水侧与所述底盘的冷却水出口连通；所述底盘水冷却器的底盘水侧与所述底盘水罐连通；所述底盘水冷却器的另一侧为循环冷却水侧；所述底盘水冷却器的循环冷却水侧与循环冷却水管网连通；
[0017]
所述蒸汽闪蒸罐一、所述蒸汽闪蒸罐二、所述底盘水罐和所述冷冻热水罐分别与所述排污水空冷系统连通。
[0018]
进一步地，还包括：采暖用户系统；
[0019]
所述采暖用户系统的入口与所述底盘的冷却水出口连通；所述采暖用户系统的出口与所述底盘水罐连通。
[0020]
进一步地，所述用户一为精馏热水再沸器；
[0021]
所述用户一与所述蒸汽闪蒸罐一连通，以使所述蒸汽闪蒸罐一内的蒸汽进入所述用户一。
[0022]
进一步地，所述蒸汽闪蒸罐一的压力为0.15mpa.g；
[0023]
所述蒸汽闪蒸罐二的压力为0.3mpa.g。
[0024]
进一步地，所述底盘水罐上设置有补水口一，以补充脱盐水；
[0025]
所述冷冻热水罐上设置有补水口二，以补充脱盐水。
[0026]
进一步地，所述用户二为冷冻站溴化锂机组。
[0027]
进一步地，还包括：蒸汽增压系统；
[0028]
所述蒸汽增压系统的入口与所述蒸汽闪蒸罐一或所述蒸汽闪蒸罐二的蒸汽出口连通；所述蒸汽增压系统的出口与所述蒸汽管网连通。
[0029]
进一步地，所述还原炉、所述蒸汽闪蒸罐一、所述蒸汽闪蒸罐二、所述高温水循环泵、所述高温水换热器、所述底盘水罐、所述底盘水循环泵、所述底盘水加热器、所述冷冻热水罐、所述冷冻热水循环泵、所述冷冻热水换热器、所述冷冻热水加热器、所述底盘水预热
器、所述底盘水冷却器和所述排污水空冷系统之间的流体管道上设置有控制阀。
[0030]
进一步地，还包括：检测系统和控制系统；
[0031]
所述检测系统包括：压力传感器和流量传感器；
[0032]
所述压力传感器和所述流量传感器设置在所述还原炉、所述蒸汽闪蒸罐一、所述蒸汽闪蒸罐二、所述高温水循环泵、所述高温水换热器、所述底盘水罐、所述底盘水循环泵、所述底盘水加热器、所述冷冻热水罐、所述冷冻热水循环泵、所述冷冻热水换热器、所述冷冻热水加热器、所述底盘水预热器、所述底盘水冷却器和所述排污水空冷系统之间的所述流体管道上；
[0033]
所述压力传感器与所述控制系统连接，以检测所述流体管道内的压力；
[0034]
所述流量传感器与所述控制系统连接，以检测所述流体管道内的流量；
[0035]
所述控制系统与所述控制阀连接，以控制所述控制阀的动作。
[0036]
进一步地，还包括：应急管线；
[0037]
所述应急管线的一端与所述底盘水循环泵的出水口连通，另一端与所述底盘的冷却水出口连通；
[0038]
所述应急管线上设置底盘副线阀，以控制所述应急管线的通断。
[0039]
借由上述技术方案，本实用新型多晶硅还原炉的余热再利用系统至少具有下列优点：
[0040]
能够提升余热利用效率，减少热量浪费。
[0041]
上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
[0042]
图1为本实用新型实施例提供的一种多晶硅还原炉的余热再利用系统的示意图。
[0043]
图中所示：
[0044]
1为还原炉，2为高温水循环泵，3为蒸汽闪蒸罐二，4为蒸汽闪蒸罐一，5为用户一，6为用户二，7为冷冻热水罐，8为底盘水罐，9为排污水空冷系统，10 为底盘水循环泵，11为冷冻热水循环泵，12为采暖用户系统，13为底盘水冷却器， 14为底盘水预热器，15为冷冻热水换热器，16为冷冻热水加热器，17为底盘水加热器，18为高温水换热器，19为蒸汽增压系统，20为应急管线。
具体实施方式
[0045]
为更进一步阐述本实用新型为达成预定实用新型目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型申请的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。
[0046]
如图1所示，本实用新型的一个实施例提出的一种多晶硅还原炉的余热再利用系统，包括:还原炉1、蒸汽闪蒸罐一4、蒸汽闪蒸罐二3、高温水循环泵2、高温水换热器18、底盘水罐8、底盘水循环泵10、底盘水加热器17、冷冻热水罐7、冷冻热水循环泵11、冷冻热水换热
器15、冷冻热水加热器16、底盘水预热器14、底盘水冷却器13和排污水空冷系统9；
[0047]
蒸汽闪蒸罐一4和蒸汽闪蒸罐二3通过高温水循环泵2与还原炉1的冷却水入口连通；蒸汽闪蒸罐一4和蒸汽闪蒸罐二3并列设置；
[0048]
还原炉1的钟罩的冷却水出口与高温水换热器的钟罩水侧连通；高温水换热器的钟罩水侧与蒸汽闪罐一和蒸汽闪罐二分别连通；
[0049]
底盘水罐8通过底盘水循环泵10与还原炉1的底盘的冷却水入口连通；底盘的冷却水出口与高温水换热器的底盘水侧连通；高温水换热器的底盘水侧与底盘水加热器17的底盘水侧连通；底盘水加热器17的底盘水侧与用户一5连通，以将换热后的水通向用户一5；用户一5与底盘水罐8连通，以使被用户一5利用后的水回流至底盘水罐8；底盘水加热器17的另一侧为低压蒸汽侧；底盘水加热器 17的低压蒸汽侧入口与蒸汽管网连通；底盘水加热器17的低压蒸汽侧出口与蒸汽闪蒸罐一4和\或蒸汽闪蒸罐二3连通；
[0050]
底盘的冷却水出口与冷冻热水换热器15的底盘水侧连通；冷冻热水换热器15 的底盘水侧与冷冻热水加热器16的底盘水侧连通；冷冻热水加热器16的底盘水侧与用户二6连通；以将换热后的冷冻热水通向用户二6；用户二6与冷冻热水罐 7连通，以使被用户二6利用后的水回流至冷冻热水罐7；冷冻热水加热器16的另一侧为低压蒸汽侧；冷冻热水加热器16的低压蒸汽侧入口与蒸汽管网连通；冷冻热水加热器16的低压蒸汽侧出口与蒸汽闪蒸罐一4和\或蒸汽闪蒸罐二3连通；
[0051]
冷冻热水罐7通过冷冻热水循环泵11与冷冻热水换热器15的冷冻水侧连通；冷冻热水换热器15的底盘水侧与底盘水罐8连通；
[0052]
底盘水预热器14的底盘水侧与底盘的冷却水出口连通；底盘水预热器14的底盘水侧与底盘水罐8连通；底盘水预热器14的另一侧为低压蒸汽侧；底盘水预热器14的低压蒸汽侧入口与蒸汽管网连通；底盘水预热器14的低压蒸汽侧出口与蒸汽闪蒸罐一4和\或蒸汽闪蒸罐二3连通，可以实现开车初期底盘水的预热。
[0053]
底盘水冷却器13的底盘水侧与底盘的冷却水出口连通；底盘水冷却器13的底盘水侧与底盘水罐8连通；底盘水冷却器13的另一侧为循环冷却水侧；底盘水冷却器13的循环冷却水侧与循环冷却水管网连通，以实现异常情况的底盘水的冷却。
[0054]
蒸汽闪蒸罐一4、蒸汽闪蒸罐二3、底盘水罐8和冷冻热水罐7分别与排污水空冷系统9连通。蒸汽闪蒸罐一4、蒸汽闪蒸罐二3、底盘水罐8、冷冻热水罐7 需要定期排污，此部分经排污水空冷系统9冷却后去水处理系统处理后作为循环水补水，以减少外购工业用水成本。
[0055]
本实用新型的一个实施例提出的一种多晶硅还原炉的余热再利用系统，能够提升余热利用效率，减少热量浪费，能够减少现有蒸汽的浪费和外购蒸汽成本。
[0056]
本实用新型的一个实施例提出的一种多晶硅还原炉的余热再利用系统，将钟罩冷却水系统和底盘冷却水系统分别独立控制设计，解决了钟罩冷却过量、底盘冷却不足的问题，进而解决了因底盘水温度高而导致的还原炉1硬件的一系列问题。
[0057]
作为上述实施例的优选，还包括：采暖用户系统12；采暖用户系统12的入口与底盘的冷却水出口连通；采暖用户系统12的出口与底盘水罐8连通，以满足冬季采暖及空调用户系统的需求。
[0058]
作为上述实施例的优选，用户一5为精馏热水再沸器；用户一与蒸汽闪蒸罐一 4连
通，以使蒸汽闪蒸罐一4内的蒸汽进入用户一5。通过设置高温水换热器18、底盘水加热器17，满足了精馏热水再沸器的使用温度需求和温度的稳定，保证了精馏系统的稳定。
[0059]
作为上述实施例的优选，蒸汽闪蒸罐一4的压力为0.15mpa.g；蒸汽闪蒸罐二 3的压力为0.3mpa.g。钟罩冷却高温水分级，优先通过高温水换热器18加热底盘水、其次闪蒸0.15mpa.g低压蒸汽，最后全部闪蒸0.3mpa.g；低压蒸汽使钟罩冷却水余热实现全部回收利用。
[0060]
作为上述实施例的优选，底盘水罐8上设置有补水口一，以补充脱盐水；冷冻热水罐7上设置有补水口二，以补充脱盐水。
[0061]
作为上述实施例的优选，用户二6为冷冻站溴化锂机组。通过设置冷冻热水换热器15、冷冻热水加热器，满足了冷冻站溴化锂机组冷冻热水使用温度需求和温度的稳定，保证了冷冻系统的稳定。
[0062]
作为上述实施例的优选，还包括：蒸汽增压系统19；蒸汽增压系统19的入口与蒸汽闪蒸罐一4或蒸汽闪蒸罐二3的蒸汽出口连通；蒸汽增压系统19的出口与蒸汽管网连通。将低等级蒸汽增压至高等级蒸汽使用，减少了低等级蒸汽因富裕且无法使用而放空浪费，减少了外购蒸汽成本。
[0063]
作为上述实施例的优选，还原炉1、蒸汽闪蒸罐一4、蒸汽闪蒸罐二3、高温水循环泵2、高温水换热器18、底盘水罐8、底盘水循环泵10、底盘水加热器17、冷冻热水罐7、冷冻热水循环泵11、冷冻热水换热器15、冷冻热水加热器16、底盘水预热器14、底盘水冷却器13和排污水空冷系统9之间的流体管道上设置有控制阀，方便进行流量控制。
[0064]
作为上述实施例的优选，还包括：检测系统和控制系统；检测系统包括：压力传感器和流量传感器；压力传感器和流量传感器设置在还原炉1、蒸汽闪蒸罐一 4、蒸汽闪蒸罐二3、高温水循环泵2、高温水换热器18、底盘水罐8、底盘水循环泵10、底盘水加热器17、冷冻热水罐7、冷冻热水循环泵11、冷冻热水换热器 15、冷冻热水加热器16、底盘水预热器14、底盘水冷却器13和排污水空冷系统9 之间的流体管道上；
[0065]
压力传感器与控制系统连接，以检测流体管道内的压力；流量传感器与控制系统连接，以检测流体管道内的流量；控制系统与控制阀连接，以控制控制阀的动作。
[0066]
作为上述实施例的优选，还包括：应急管线20；应急管线20的一端与底盘水循环泵10的出水口连通，另一端与底盘的冷却水出口连通；应急管线20上设置底盘副线阀，以控制应急管线20的通断。在还原炉1底盘供热异常时，保证底盘冷却水循环量的稳定，即保证后续热能用户的需求稳定。
[0067]
蒸汽闪蒸罐一4和所蒸汽闪蒸罐二3设有蒸汽凝液进口，以将蒸汽凝液作为补水。
[0068]
闪蒸罐里的钟罩冷却水(120～135℃)经高温水循环泵2增压进入还原炉1 钟罩和尾气夹套管/尾气换热器吸收热量，温度升至135℃～160℃，优先进入高温水换热器18过热底盘水，满足底盘水温升需求；其次进入0.15mpa.g闪蒸罐闪蒸成0.15mpa.g低压蒸汽，供0.15mpa.g蒸汽管网系统用户；最后剩余的底盘冷却高温水进入0.3mpa.g闪蒸罐闪蒸成0.3mpa.g低压蒸汽，供0.3mpa.g蒸汽管网系统用户；
[0069]
底盘水罐8里的底盘水(90～95℃)，经底盘水循环泵10增压进入还原炉1 的底盘吸收热量，温度升至100～105℃，一部分经高温水换热器18与钟罩冷却水换热，使底盘水温度过热至125℃以上，再经底盘水加热器17维持恒温去精馏热水再沸器(或者类似需求用
户)，经精馏热水再沸器(或者类似需求用户)回收热量后，温度降至90～95℃，返回底盘水罐8继续循环使用。另一部分去冷冻热水换热器15的底盘水侧，将冷冻热水从80～85℃升至90～100℃，同时底盘水温度降至90～95℃返回底盘水罐8继续循环使用；
[0070]
冬季采暖季节，一部分底盘水还为采暖用户系统12提供采暖热源，然后温度降至80～85℃返回底盘水罐8继续循环使用；
[0071]
开车初期，通过底盘水预热器14将底盘水预热至正常循环温度，保证还原炉 1底盘冷却需求；
[0072]
异常情况，如冷冻系统或精馏热水再沸器系统(或者类似需求用户)用热异常时，通过底盘水冷却器13将底盘水冷却降温至正常循环温度，保证还原炉1底盘冷却需求。
[0073]
冷冻热水罐7里的冷冻热水(80～85℃)，经冷冻热水循环泵11增压进入冷冻热水换热器15冷冻热水侧，被底盘水加热升温至90～100℃，再经冷冻热水加热器维持恒温去冷冻站溴化锂机组生产7℃冷冻水，冷冻热水被降温至80～85℃返回冷冻热水罐7继续循环使用。
[0074]
蒸汽的使用按从低等级到高等级的使用顺序，即优先使用低等级蒸汽，不足部分通过高等级蒸汽进行补充的原则。
①
0.15mpa.g饱和蒸汽按需进行闪蒸，保证全部被使用，不足部分可通过减温减压进行补充；
②
0.3mpa.g蒸汽管网，优先使用0.3mpa.g闪蒸蒸汽，不足部分通过外购蒸汽等其它途径减温减压进行补充。
[0075]
本实用新型的一个实施例提出的一种多晶硅还原炉的余热再利用系统，实施之后，钟罩冷却水温度提升到了145℃以上，为闪蒸创造了条件；底盘水温度降至100℃左右，解决了底盘水温度高带来的一系列硬件问题；节省了低压蒸汽消耗。
[0076]
进一步说明，虽然术语第一、第二等在本文中可以用于描述各种元件，但是这些术语不应该限制这些元件。这些术语仅用于区别一个元件与另一元件。例如，第一元件可以被称为第二元件，并且，类似地，第二元件可以被称为第一元件，这些术语仅用于区别一个元件与另一元件。这没有脱离示例性实施例的范围。类似地，元件一、元件二也不代表元件的顺序，这些术语仅用于区别一个元件与另一元件。如本文所用，术语“和/或”包括一个或多个相关联的列出项目的任意结合和所有结合。
[0077]
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。