一种用于多晶硅还原炉生产中的节能装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种用于多晶硅还原炉生产中的节能装置，包括还原炉冷却单元、夹套热脱盐水热能利用单元、底盘热脱盐水热能利用单元、电极中温冷却水单元。本实用新型专利技术结合多晶硅精馏耦合单元所需要消耗蒸汽的规格，通过分别提高进入还原炉夹套和还原炉底盘的进水温度，使得其带出的热量分别能够以不同压力的饱和蒸汽形式供给多晶硅精馏装置，将硅棒辐射出的热能进行合理再利用；在满足电极安全使用前提下，提高电极冷却水的进出口温度，使得空气冷却器利用空气将电极带出的热量带走，避免了大量的冷冻水和循环水消耗。通过本装置，可降低水消耗、电耗、及蒸汽消耗，大幅度降低多晶硅产品的生产成本。

An energy saving device used in the production of a polysilicon reduction furnace

The utility model discloses an energy-saving device for the production of polycrystalline silicon reduction furnace, which comprises a reduction furnace cooling unit, a jacket heat debrine heat energy utilization unit, a chassis thermal desalting water heat energy utilization unit, and an electrode medium temperature cooling water unit. The utility model combined with polycrystalline silicon coupling unit required steam consumption specifications, through increased water temperature into the reduction furnace jacket and reduction furnace chassis, the heat out of the can respectively in different pressure saturated steam supply device of polycrystalline silicon, the heat radiation of the silicon rod in reasonable utilization; meet the electrode under the precondition of safe use, improve the electrode cooling water inlet and outlet temperature, the air cooler will take the heat out of the electrode with the use of air, to avoid a lot of frozen water and recycled water consumption. Through this device, water consumption, electricity consumption and steam consumption can be reduced, and the production cost of polysilicon products can be greatly reduced.

【技术实现步骤摘要】
一种用于多晶硅还原炉生产中的节能装置
本技术涉及一种利用还原炉辐射热能同时副产两种规格蒸汽的节能装置。该装置通过提高还原炉各冷却水系统的温度，使得一台还原炉能够副产两种不同规格蒸汽的同时，降低多晶硅产品的工业用水消耗、电耗、及蒸汽消耗，大幅度降低多晶硅产品的生产成本。
技术介绍
多晶硅在电子产品及太阳能级领域有着广泛的应用，是最主要的半导体原料。多晶硅生产目前国际上普遍采用改良西门子法，多晶硅还原是改良西门子法的一个重要生产环节，对多晶硅生产的质量和成本产生重要影响。多晶硅生产中的三氯氢硅氢还原反应为气相沉积反应，反应过程中吸收热量。由于硅棒对外传热主要是辐射传热，辐射传递热量远远大于反应吸收的热量。还原电耗主要用来维持硅棒的温度在1080℃左右。在此温度下，硅棒不断的向外辐射传递热量，导致还原炉设备内壁的温度升高，需要通过夹套、底盘及电极向外不断的移走热量。因此，就需要选择合适的冷媒及冷媒温度，冷媒进出口温度越高，辐射传热温差越小，硅棒向外辐射的热量就越小，多晶硅的电耗越低。多晶硅还原装置的电耗占多晶硅综合电耗的60％左右，多晶硅还原炉是多晶硅还原装置的核心设备。还原炉系统运行的好坏直接制约多晶硅产品质量和生产成本。目前多晶硅生产中，根据还原炉设备本体结构，设置三套冷却系统：夹套冷却系统、底盘冷却系统及电极冷却系统。(1)夹套冷却系统：为了保持还原炉夹套内壁的温度，需要向还原炉夹套内通入冷媒，移走硅棒辐射至夹套内壁上的热量。常用的冷媒为导热油及脱盐水。还原炉夹套冷却工艺早期工艺采用循环水来冷却还原炉夹套出口热水，在消耗大量循环水的同时，硅棒辐射的热量被循环水带走，没有合理利用。随着多晶硅生产运行逐渐成熟，大部分生产企业将还原炉夹套水出口温度控制在140～155℃，用来副产0.2MPaG蒸汽供多晶硅装置中的常规精馏塔使用，精馏装置不够的蒸汽从锅炉房或者园区蒸汽管网补充。(2)底盘冷却系统：为了保持还原炉底盘的温度，需要向还原炉底盘内通入冷媒，移走硅棒辐射的热量。常用的冷媒为脱盐水。还原炉底盘冷却工艺一直采用循环水来冷却还原炉底盘出口热水。底盘热水带出的辐射热量没有合理利用的同时，还消耗大量循环水。(3)电极冷却系统：为了保护在高温下工作的电极，需要向还原炉中空电极内通入冷媒，移走硅棒辐射的热量，保持电极在其安全使用温度以下。常用的冷媒为脱盐水。还原炉电极冷却工艺一直采用冷冻水或循环水来冷却还原炉电极出口中温水，消耗大量的冷冻水和循环水。随着近几年化工行业的发展，对多晶硅生产装置的运行和优化，耦合精馏在多晶硅装置生产中用的越来越多，还原装置副产的低压蒸汽已经不能满足耦合精馏的工艺热源等级需要。与此同时，通过对多晶硅还原炉生产运行的摸索和研究，以及随着电极冷却夹套材料的发展，发现目前使用的夹套、底盘及电极冷却水进出口水温度均有较大的提升空间；通过提高夹套、底盘、电极进出口冷媒的温度，来副产不同规格的饱和蒸汽，以及采用空气冷却器对电极的中温水进行冷却，降低多晶硅产品的工业用水消耗、电耗、及蒸汽消耗，大幅度降低多晶硅产品的生产成本。
技术实现思路
本技术的目的在于提出一种用于多晶硅还原炉生产中的节能装置，通过提高夹套、底盘、电极进出口冷媒的温度，副产不同规格的饱和蒸汽，以及采用空气冷却器对电极的中温水进行冷却，在最大程度上利用还原炉辐射热能的同时，减少多晶硅硅棒在运行过程中的辐射热能，降低多晶硅产品的工业用水消耗、电耗及蒸汽消耗。本技术的技术方案是：一种用于多晶硅还原炉生产中的节能装置，其特征是，包括还原炉冷却单元、电极中温冷却水单元、配套两个热能利用单元：夹套热脱盐水热能利用单元和底盘热脱盐水热能利用单元，其中还原炉冷却单元包括：高效还原炉，其中还原炉包括夹套、底盘、电极和多晶硅硅棒，相应的夹套进出水管线、底盘进出水管线、电极进出水管线，并在相应的进水管线上设有进水流量计，在相应的出水管线上设有温度调节阀、压力调节阀及安全泄压阀；夹套热脱盐水热能利用单元与底盘热脱盐水热能利用单元完全相同，分别包括：闪蒸罐、变频泵组、进水喷头、蒸汽雾沫捕集器、闪蒸罐液相出口管线、蒸汽出口管线、蒸汽压力调节阀、补充凝液管线及其调节阀；电极中温冷却水单元包括：空气冷却器、变频中温水泵组、相应的进出水管线；其中夹套热脱盐水热能利用单元中的闪蒸罐B底端通过变频热脱盐水泵组B和夹套进水管线与夹套联接，闪蒸罐B上端通过夹套出水管线与夹套联接；底盘热脱盐水热能利用单元中的闪蒸罐A底端通过变频热脱盐水泵组A和底盘进水管线与底盘联接，闪蒸罐A上端通过底盘出水管线与底盘联接；变频中温水泵组一端通过空气冷却器出水管线、空气冷却器、电极中温水出水管线与电极联接，另一端通过电极进水管线与电极联接。其中通过夹套进水流量计和夹套出水管线温度调节阀来控制夹套出口温度在172～200℃，同时通过夹套出水管线压力调节阀控制夹套出水管线压力处于0.8～1.0MPaG，通过蒸汽压力调节阀B控制进入闪蒸罐B蒸汽压力为0.4～0.6MPaG饱和蒸汽。其中通过底盘进水流量计和温度调节阀来控制底盘出口温度在132～160℃，同时通过压力调节阀控制底盘出水管线压力处于0.6～0.8MPaG，通过蒸汽压力调节阀A控制进入闪蒸罐A蒸汽压力为0.2～0.4MPaG饱和蒸汽。其中通过电极中温水进水流量计和电极出水管线上的温度调节阀控制电极出口温度在65～90℃，利用空气将进入空气冷却器中的温水温度降至45～70℃，通过空气冷却器出口管线后经变频中温水泵组进入电极进水管线循环使用。本技术整个装置主要特点在于：通过提高还原炉夹套冷却水、底盘冷却水的进出口温度，降低硅棒对外的传热温差，进而降低生产过程中硅棒的辐射温差及热量的同时，将夹套和底盘水带出的硅棒辐射热能根据全厂装置的运行情况副产两种不同等级的饱和蒸汽一和饱和蒸汽二，使得副产的蒸汽一能够满足现有工艺装置耦合精馏的需求，蒸汽二能够满足现有工艺装置常规精馏的需求；同时，提高还原炉电极冷却水的进出口温度，采用空冷器对电极冷却出口中温水进行冷却，可节省大量工业用水，降低装置投资运行费用。附图说明图1是本技术的流程图。具体实施方式如图1所示，本技术的整个装置包括还原炉冷却单元、夹套热脱盐水热能利用单元、底盘热脱盐水热能利用单元、电极中温冷却水单元等。还原炉冷却单元主要包括：高效还原炉10(主要包括还原炉夹套107、还原炉底盘108、还原炉电极109、多晶硅硅棒110)、夹套进水管线101、夹套出水管线104、底盘进水管线102、底盘出水管线105、电极中温水进水管线103、电极中温水出水管线106、夹套进水流量计1011、底盘进水流量计1021、电极中温水进水流量计1031、夹套出水管线温度调节阀1041、夹套出水管线压力调节阀1043及安全泄压阀1042、底盘出水管线温度调节阀1051、压力调节阀1052及安全泄压阀1053。底盘热脱盐水热能利用单元主要包括：闪蒸罐A13、变频热脱盐水泵组A14、热脱盐水进水喷头A132、蒸汽雾沫捕集器A1311、闪蒸罐液相出口管线A141、蒸汽出口管线A131、蒸汽压力调节阀A1312、补充凝液管线A132及其管线上液位调节阀A1321。夹套热脱盐水热能利用单元主要包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于多晶硅还原炉生产中的节能装置，其特征是，包括还原炉冷却单元、电极中温冷却水单元、配套两个热能利用单元：夹套热脱盐水热能利用单元和底盘热脱盐水热能利用单元，其中还原炉冷却单元包括：高效还原炉(10)，其中还原炉包括夹套(107)、底盘(108)、电极(109)和多晶硅硅棒(110)，相应的夹套进出水管线、底盘进出水管线、电极进出水管线，并在相应的进水管线上设有进水流量计，在相应的出水管线上设有温度调节阀、压力调节阀及安全泄压阀；夹套热脱盐水热能利用单元与底盘热脱盐水热能利用单元完全相同，均包括：闪蒸罐、变频热脱盐水泵组、热脱盐水进水喷头、蒸汽雾沫捕集器、闪蒸罐液相出口管线、蒸汽出口管线、蒸汽压力调节阀、补充凝液管线及其调节阀；电极中温冷却水单元包括：空气冷却器(11)、变频中温水泵组(12)、相应的进出水管线；其中夹套热脱盐水热能利用单元中的闪蒸罐B(15)底端通过变频热脱盐水泵组B(16)和夹套进水管线(101)与夹套(107)联接，闪蒸罐B(15)上端通过夹套出水管线(104)与夹套(107)联接；底盘热脱盐水热能利用单元中的闪蒸罐A(13)底端通过变频热脱盐水泵组A(14)和底盘进水管线(102)与底盘(108)联接，闪蒸罐A(13)上端通过底盘出水管线(105)与底盘(108)联接；变频中温水泵组(12)一端通过空气冷却器出水管线(121)、空气冷却器(11)、电极中温水出水管线(106)与电极(109)联接，另一端通过电极进水管线(103)与电极(109)联接。...

【技术特征摘要】
1.一种用于多晶硅还原炉生产中的节能装置，其特征是，包括还原炉冷却单元、电极中温冷却水单元、配套两个热能利用单元：夹套热脱盐水热能利用单元和底盘热脱盐水热能利用单元，其中还原炉冷却单元包括：高效还原炉(10)，其中还原炉包括夹套(107)、底盘(108)、电极(109)和多晶硅硅棒(110)，相应的夹套进出水管线、底盘进出水管线、电极进出水管线，并在相应的进水管线上设有进水流量计，在相应的出水管线上设有温度调节阀、压力调节阀及安全泄压阀；夹套热脱盐水热能利用单元与底盘热脱盐水热能利用单元完全相同，均包括：闪蒸罐、变频热脱盐水泵组、热脱盐水进水喷头、蒸汽雾沫捕集器、闪蒸罐液相出口管线、蒸汽出口管线、蒸汽压力调节阀、补充凝液管线及其调节阀；电极中温冷却水单元包括：空气冷却器(11)、变频中温水泵组(12)、相应的进出水管线；其中夹套热脱盐水热能利用单元中的闪蒸罐B(15)底端通过变频热脱盐水泵组B(16)和夹套进水管线(101)与夹套(107)联接，闪蒸罐B(15)上端通过夹套出水管线(104)与夹套(107)联接；底盘热脱盐水热能利用单元中的闪蒸罐A(13)底端通过变频热脱盐水泵组A(14)和底盘进水管线(102)与底盘(108)联接，闪蒸罐A(13)上端通过底盘出水管线(105)与底盘(108)联接；变频中温水泵组(12)一端通过空气冷却器出水管线(121)、空气冷却...

【专利技术属性】
技术研发人员：柯曾鹏，杨志国，李超，刘欣，杨帅敏，臧楠，王舒，薛民权，
申请(专利权)人：华陆工程科技有限责任公司，
类型：新型
国别省市：陕西,61