一种撬装结构的多晶硅生产工艺余热利用系统技术方案

一种撬装结构的多晶硅生产工艺余热利用系统，它包括：多晶硅还原炉（1）、汽化过热器（2）、尾气换热器（3）、撬装钢架结构（4），其特征在于：多晶硅还原炉布置在撬装钢架结构外，在撬装钢架结构内，多晶硅还原炉的烟气出口管与尾气换热器管程进口连接，冷却水进口与尾气换热器的壳程进口连接，尾气换热器的壳程出口一端连接所述汽化过热器的壳程进口，另一端连接对外供水口，汽化过热器的壳程出口与汽化过热器排水口连接，三氯氢硅管道与氢气管道汇合成混合原料气管道，混合原料气管道与汽化过热器管程进口连接，汽化过热器管程出口与多晶硅还原炉进料管道连接。本实用新型专利技术占地面积小，效率高。率高。率高。

【技术实现步骤摘要】
一种撬装结构的多晶硅生产工艺余热利用系统


[0001]本技术涉及一处多晶硅生产设备，尤其是一种撬装结构的多晶硅生产设备，具体地说是一种撬装结构的多晶硅生产用余热回收利用系统。

技术介绍

[0002]近年来，随着碳中和概念的提出与实施，光伏产业开始迅猛发展，光伏发电技术在发电总量上的占比越来越大，也造成了多晶硅材料供不应求的现状。各个多晶硅企业亟需扩大产能，新建设施以满足火热的市场需求。
[0003]目前，多晶硅制备主要采用“改良西门子技术”，该工艺主要方法是：硅粉先与氯化氢反应生成三氯氢硅，三氯氢硅经过精馏提纯后与氢气以一定比例混合，混合气经过预热后通入多晶硅还原炉中。三氯氢硅和氢气在还原炉高温下发生反应生成多晶硅产品。在工程生产过程中，会产生500℃
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600℃的高温尾气，尾气中主要包括未反应的三氯氢硅、二氯二氢硅、四氯硅烷、氯化氢、氢气等气体，如果直接排放，会造成大量原料浪费和能量损失。在整段工艺中，氢气与三氯氢硅的混合原料气需要进行预热，尾气需采用余热回收装置降温，因此余热回收工艺是整个多晶硅生产工程中提高产能、降低成本的关键。
[0004]在工程项目现场，混合原料气预热段以及尾气降温段的稳定运行均需大量占地和管道连接，这会给企业带来很多额外的项目成本：1、企业的用地成本明显增加；2、各工艺段间需要大量管道连接，管材费用不可忽视；3、无法实现标准化、批量化生产，且各设备需要现场拼接调试，施工周期长；4、在多晶硅市场迅速扩大的阶段，过长的项目周期不利于企业竞争力提高，难以取得竞争优势。综上，行业亟需对多晶硅生产过程中的余热回收装置进行优化设计，实现撬装化、标准化，提高余热利用率，达到环保节能、降本增效的目的。

技术实现思路

[0005]本技术的目的是针对现有的多晶硅制备系统中，原料预热及尾气降温的装置占地面积大、生产周期长、难以标准化等问题，设计一种结构紧凑、可标准化制备的撬装结构的多晶硅生产用余热回收利用系统。
[0006]为解决上述技术问题，本技术采用的技术方案为：
[0007]一种撬装结构的多晶硅生产工艺余热利用系统，它包括：多晶硅还原炉1，汽化过热器2，尾气换热器3以及撬装钢架结构4。其特征在于：多晶硅还原炉1布置在撬装钢架结构4外，其余安装在撬装钢架结构4覆盖的范围内；在撬装钢架结构内，还原炉烟气出口管与尾气换热器管程进口31连接，冷却水进口33与所述尾气换热器壳程进口连接，尾气换热器壳程出口23一端连接所述汽化过热器壳程进口231，另一端连接对外供水口232。
[0008]所述汽化过热器壳程出口与所述汽化过热器排水口24连接。所述三氯氢硅管道212与氢气管道211汇合成混合原料气管道21，混合原料气管道21与汽化过热器管程进口连接，汽化过热器管程出口与还原炉进料管道22连接。
[0009]所述汽化过热器2和尾气换热器3均在撬装钢架结构4水平空间内，其中汽化过热
器2上部可超出撬装钢架结构4顶部，尾气换热器3可自撬装钢架结构4内部顶端引出，并按蛇形排列在撬装钢架结构4内部及上端。
[0010]所述撬装钢架结构4中的尾气换热器3采用的是夹套管换热器，管程通入还原炉尾气，壳程通入冷却水进行换热，尾气换热器壳程冷却水出口压力约0.6MPa
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1.0MPa，温度约150℃
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180℃。
[0011]所述汽化过热器2选择管板式换热器，管程通入混合原料气，其中混合原料气进口温度约20
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60℃；壳程通入来自尾气换热器壳程的冷却水回水进行换热。混合原料气经气化过热器2加热后成为还原炉进料气，还原炉进料气温度约120℃
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160℃。
[0012]所述汽化过热器2、尾气换热器3的换热管采用高效特型管，可以为波纹管、槽道管、表面多孔管、翅片管等结构，提高换热效率20%
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50%。
[0013]在所述的撬装结构的多晶硅生产工艺余热利用系统中，可同时完成还原炉进料混合气的预热以及还原炉尾气的余热回收；尾气换热器3的壳程冷却水一部分作为副产高压热水，经闪蒸后作为蒸汽热源对外供热，再返回冷却水进口33循环；一部分进入汽化过热器2中对混合原料气进行预热，完成预热后冷却水从汽化过热器排水口24排出再进入尾气换热器循环。
[0014]在所述的撬装结构的多晶硅生产工艺余热回收系统中，在尾气换热器壳程出口23处设置尾气调节阀门41，通过调节尾气调节阀门41控制尾气换热器反应温度；在汽化过热器排水口24处设置预热调节阀门42，通过调节预热调节阀门42控制汽化过热器出口还原炉进料气温度。
[0015]本技术的有益效果是：
[0016]1、本技术采用撬装结构，大幅节省工程用地，可在车间制造完毕，无需现场安装，节省用地成本和时间成本；
[0017]2、本技术的撬装结构的设备可标准化生产，适应多晶硅行业供不应求的趋势，降低制造成本并缩短制造周期使设备更具备竞争优势；
[0018]3、本技术的汽化过热器采用管板式换热器替代夹套管换热器，能够缩短管道长度，显著提高换热效率，使撬装设备更加简约；
[0019]4、本技术汽化过热器和尾气换热器的换热管采用高效特型管，可以为波纹管、槽道管、表面多孔管、翅片管等结构，提高换热效率20%
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50%；
[0020]5、本技术能外供一部分高压热水，在闪蒸后作为蒸汽热源对外供热，增加设备及成套系统的经济收益；
[0021]6、本技术调控简单，整个系统仅需两处阀门控制，通过调节尾气调节阀门41开度来控制尾气排放温度，通过调节预热调节阀门42开度来控制汽化过热器排放温度。
[0022]7、本技术的撬装结构中设备部件沿撬装钢架结构周围及上方布置尾气换热器，在内部布置汽化过热器，尾气换热器与汽化过热器间通过少量管道连接即可实现换热介质流动，二者良好耦合，余热回收效率显著提高，散热损失也大幅下降；
[0023]8、本技术的撬装设备可整体移动，可实现与整体系统的快速连接，缩短工程周期并且增强了系统的稳定性。
附图说明
[0024]图1为本技术的系统结构示意图。
[0025]图2为本技术撬装结构俯视图。
[0026]图3为本技术撬装结构主视图。
[0027]其中，1
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多晶硅还原炉，2
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汽化过热器，3
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尾气换热器，4
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撬装钢架结构，21
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混合原料气管道，211
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氢气管道，212
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三氯氢硅管道，22
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还原炉进料管道，23
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尾气换热器壳程出口，231
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汽化过热器壳程进口，232
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对外供水口，24
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汽化过热器排水口，31
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种撬装结构的多晶硅生产工艺余热利用系统，它包括：多晶硅还原炉（1）、汽化过热器（2）、尾气换热器（3）、撬装钢架结构（4），其特征在于：多晶硅还原炉（1）布置在撬装钢架结构（4）外，在撬装钢架结构（4）内，多晶硅还原炉（1）的烟气出口管与尾气换热器管程进口（31）连接，冷却水进口（33）与尾气换热器（3）的壳程进口连接，尾气换热器（3）的壳程出口（23）一端连接所述汽化过热器（2）的壳程进口（231），另一端连接对外供水口（232），汽化过热器（2）的壳程出口与汽化过热器排水口（24）连接，三氯氢硅管道（212）与氢气管道（211）汇合成混合原料气管道（21），混合原料气管道（21）与汽化过热器（2）管程进口连接，汽化过热器（2）管程出口与多晶硅还原炉（1）进料管道（22）连接。2.根据权利要求1所述的余热利用系统，其特征在于：所述的汽化过热器（2）和尾气换热器（3）均安装在撬装钢架结构（4）水平空间内，其中汽化过热器（2）上部超出撬装钢架结构（4）顶部，尾气换热器(3)自撬装钢架结构(4)内部顶端引出，并按蛇形排列在撬装钢架结构(4)内部及上端。3.根据权利要求1所述的余热利用系统，其特征在于:尾气换热器(3)采用夹套管换热器，且管程通入还原炉尾气，壳程通入尾气换热器冷却水换热，其中壳程冷却水出口压力o为0.6MPa
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1.0...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭宏新，吴维涛，陈飞，刘丰，何松，袁文兵，
申请(专利权)人：江苏中圣高科技产业有限公司，
类型：新型
国别省市：