多晶硅还原炉尾气节能系统.pdf

10)申请公布号 CN 103896274 A (43)申请公布日 2014.07.02 CN 103896274 A (21)申请号 201210588880.X (22)申请日 2012.12.31 C01B 33/035(2006.01) (71)申请人江苏双良新能源装备有限公司地址 214444 江苏省无锡市江阴市利港镇西利路 115 号 (72)发明人孙惺惺李子林刘美芬陈丞浩李引平 (74)专利代理机构江阴市同盛专利事务所 ( 普通合伙 ) 32210 代理人唐纫兰 (54) 发明名称多晶硅还原炉尾气节能系统 (57) 摘要本发明涉及一种多晶硅还原炉尾气节能系统。属于还原热量回收利用技术领域。所述系统包括冷却器（1）、还原炉（2）、气水换热器（3）、汽化器（4）和气气换热器（5），所述还原炉（2）尾气出口直接和冷却器（1）进口连接，出冷却器（1）的尾气接入气气换热器（5），下步接入气水换热器（3）；热水接入冷却器（1），出冷却器（1）的热水接入还原炉（2），下步进入气水换热器（3），热水出了气水换热器（3）接入汽化器（4）； TCS 和 H2同时进入汽化器（4），出了汽化器（4）的混合气体 TCS+H2 进入气气换热器（5），气气换热器（5）的混合气体 TCS+H2出口接入还原炉（2）。本系统简单可靠，可实现。系统中无需增设辅助热源，简化控制，高效利用还原尾气余热。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页说明书 2 页附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请权利要求书1页说明书2页附图1页 (10)申请公布号 CN 103896274 A CN 103896274 A 1/1 页 2 1. 一种多晶硅还原炉尾气节能系统，其特征在于：所述系统包括冷却器（1）、还原炉（2）、气水换热器（3）、汽化器（4）和气气换热器（5），所述还原炉（2）尾气出口直接和冷却器（1）进口连接，出冷却器（1）的尾气接入气气换热器（5），下步接入气水换热器（3）；热水接入冷却器（1），出冷却器（1）的热水接入还原炉（2），下步进入气水换热器（3），热水出了气水换热器（3）接入汽化器（4）； TCS 和 H2同时进入汽化器（4），出了汽化器（4）的混合气体 TCS+H2进入气气换热器（5），气气换热器（5）的混合气体 TCS+H2出口接入还原炉（2）。 2. 根据权利要求 1 所述的一种多晶硅还原炉尾气节能系统，其特征在于：所述冷却器（1）采用的是夹套冷却器。 3. 根据权利要求 1 所述的一种多晶硅还原炉尾气节能系统，其特征在于：所述尾气被冷却至 180以下，混合气体 TCS+H2完全气体状态进入还原炉。权利要求书 CN 103896274 A 2 1/2 页 3 多晶硅还原炉尾气节能系统技术领域 0001 本发明涉及多晶硅还原尾气节能系统。此系统用于还原炉进料气化、加热以及还原尾气冷却。属于还原热量回收利用技术领域。背景技术 0002 在严峻的能源形势和生态环境压力下，伴随着全球节约能源，减排二氧化碳，在技术进步和法规政策的清理推进下，太阳能光伏发电作为一种经济、清洁、环保、可永续的理想能源进入快速发展时期。随着太阳能产业和信息技术的快随发展，我国涌现出多晶硅投资生产热潮。还原炉是多晶硅生产中的核心设备。气态的TCS和H2在还原炉的高温环境中反应，生成多晶硅棒和还原尾气，还原尾气中的 TCS 回收后进入还原炉反应生成多晶硅棒，如此循环生产，以达到降低成本，节能减排。 0003 目前国内绝大部分多晶硅厂均采用改良西门子法，将 TCS 汽化后与氢气同时进入还原炉反应生成硅棒，反应后的高温尾气用冷却器逐步冷却后转入 CDI 然后逐级分离各种成分。很多厂家经过几年发展，工艺技改，节能减排，加强对尾气的高温回收利用。直接利用高温尾气热量汽化加热进料的进炉温度，可以降低还原炉电耗，进而达到节能功效。但是还原生产过程中的尾气的流量是动态的，甚至在开车以及停炉时尾气的热力无法满足系统需要热量，所以系统需要增设辅助热源，系统控制相对复杂。发明内容 0004 本发明的目的在于客服上述不足，解决系统运行中还原尾气流量是动态变化，解决系统开车、停炉热量不足，系统中无需增设辅助热源，简化控制，高效利用还原尾气余热。 0005 本发明的目的是这样实现的：一种多晶硅还原炉尾气节能系统，所述系统包括冷却器、还原炉、气水换热器、汽化器和气气换热器，所述还原炉尾气出口直接和冷却器进口连接，出冷却器的尾气接入气气换热器，下步接入气水换热器；热水接入冷却器，出冷却器的热水接入还原炉，下步进入气水换热器，热水出了气水换热器接入汽化器； TCS 和 H2同时进入汽化器，出了汽化器的混合气体 TCS+H2进入气气换热器，气气换热器的混合气体 TCS+H2出口接入还原炉。 0006 尾气流程：尾气从还原炉底部进入冷却器与热水换热急冷至合适的温度，出了冷却器的尾气接入气气换热器提供热量，气气换热器的尾气出口接入汽水加热器，尾气在汽水换热器中作为加热介质提供热量，冷却至合适温度的还原尾气进入 CDI。热水流程：热水进入作为冷却介质进入冷却器，吸收了热量的热水从冷却器接入还原炉，换热后的热水通入汽水换热器，在汽水换热器中进一步加热后热水接入汽化器，在汽化器中热水作为加热介质提供热量，在汽化器中冷却后的热水进入水水循环系统。进料流程： TCS与洁净的H2在汽化器中用热水预热汽化并过热至一定温度，同时进入气气换热器。在气气换热器中尾气与混合气体（TCS+H2）完成换热过程，混合气体（TCS+H2）温度进一步提高，还原尾气温度逐步下降，达到一定温度的混合气体（TCS+ H2）进入还原炉。说明书 CN 103896274 A 3 2/2 页 4 0007 本发明的有益效果是： 1、采用本系统可以节省气化 TCS 和加热 H2 所需的热水或蒸汽，节约能源，降低成本。 0008 2、采用本系统可以解决生产系统启动时尾气热量不足，无法满足汽化量要求生产过程中尾气流量变化，热量不稳定问题。 0009 3、本系统提高混合气体进入还原炉的温度，降低还原炉能耗，而且保证进入还原炉的均是气体，避免液体进入，确保硅棒成型及质量满足要求。 0010 4、本系统冷却器满足还原尾气急冷，满足工艺需求，保证进入下级设备的尾气温度低于 500，确保下级设备选材经济性。 0011 5、本系统高效回收利用还原尾气热量，实现能量循环利用。附图说明 0012 图 1 为发明多晶硅还原炉尾气节能系统示意图。 0013 图中附图标记：冷却器 1、还原炉 2、气水换热器 3、汽化器 4、气气换热器 5。具体实施方式 0014 参见图 1，图 1 为本发明多晶硅还原炉尾气节能系统示意图。由图 1 可以看出，本发明多晶硅还原炉尾气节能系统，包括冷却器1、还原炉2、气水换热器3、汽化器4和气气换热器 5，所述还原炉 2 尾气出口直接和冷却器 1 进口连接，出冷却器 1 的尾气接入气气换热器5，下步接入气水换热器3 ；热水接入冷却器1，出冷却器1的热水接入还原炉2，下步进入气水换热器 3，热水出了气水换热器 3 接入汽化器 4 ； TCS 和 H2同时进入汽化器 4，出了汽化器 4 的混合气体 TCS+H2进入气气换热器 5，气气换热器 5 混合气体 TCS+H2出口接入还原炉 2。 0015 所述冷却器 1 采用的是夹套冷却器。 0016 所述尾气被冷却至 180以下，混合气体 TCS+H2完全气体状态进入还原炉。 0017 工作原理： TCS 和 H2同时进入汽化器 4 汽化，汽化后的 TCS 与加热的 H2组成混合气进入气气换热器 5 加热至一定温度，出气气换热器 5 的混合气直接进入还原炉 2 ；热水进入冷却器 1 被加热至一定温度，流出冷却器 1 的热水流入还原炉 2 被进一步加热，从还原炉 2 接入汽水换热器 3 的热水再次被加热，从汽水换热器 3 出的热水接入汽化器 4 冷却，然后进入水循环系统。尾气从还原炉 2 流出进入冷却器 1 与热水换热，从冷却器 1 流出的尾气接入气气换热器 5 被冷却，出气气换热器 5 的还原尾气进入汽水换热器 3 进一步降温，然后进入 CDI。说明书 CN 103896274 A 4 1/1 页 5 图 1 说明书附图 CN 103896274 A 5

摘要
申请专利号：	CN201210588880.X	申请日：	2012.12.31
公开号：	CN103896274A	公开日：	2014.07.02
当前法律状态：	撤回	有效性：	无权
法律详情：	发明专利申请公布后的视为撤回IPC(主分类):C01B 33/035申请公布日:20140702\|\|\|公开
IPC分类号：	C01B33/035	主分类号：	C01B33/035
申请人：	江苏双良新能源装备有限公司
发明人：	孙惺惺; 李子林; 刘美芬; 陈丞浩; 李引平
地址：	214444 江苏省无锡市江阴市利港镇西利路115号
优先权：
专利代理机构：	江阴市同盛专利事务所(普通合伙) 32210	代理人：	唐纫兰
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内容摘要

本发明涉及一种多晶硅还原炉尾气节能系统。属于还原热量回收利用技术领域。所述系统包括冷却器（1）、还原炉（2）、气水换热器（3）、汽化器（4）和气气换热器（5），所述还原炉（2）尾气出口直接和冷却器（1）进口连接，出冷却器（1）的尾气接入气气换热器（5），下步接入气水换热器（3）；热水接入冷却器（1），出冷却器（1）的热水接入还原炉（2），下步进入气水换热器（3），热水出了气水换热器（3）接入汽化器（4）；TCS和H2同时进入汽化器（4），出了汽化器（4）的混合气体TCS+H2进入气气换热器（5），气气换热器（5）的混合气体TCS+H2出口接入还原炉（2）。本系统简单可靠，可实现。系统中无需增设辅助热源，简化控制，高效利用还原尾气余热。

权利要求书

权利要求书
1.  一种多晶硅还原炉尾气节能系统，其特征在于：所述系统包括冷却器（1）、还原炉（2）、气水换热器（3）、汽化器（4）和气气换热器（5），所述还原炉（2）尾气出口直接和冷却器（1）进口连接，出冷却器（1）的尾气接入气气换热器（5），下步接入气水换热器（3）；热水接入冷却器（1），出冷却器（1）的热水接入还原炉（2），下步进入气水换热器（3），热水出了气水换热器（3）接入汽化器（4）；TCS和H2同时进入汽化器（4），出了汽化器（4）的混合气体TCS+H2进入气气换热器（5），气气换热器（5）的混合气体TCS+H2出口接入还原炉（2）。

2.  根据权利要求1所述的一种多晶硅还原炉尾气节能系统，其特征在于：所述冷却器（1）采用的是夹套冷却器。

3.  根据权利要求1所述的一种多晶硅还原炉尾气节能系统，其特征在于：所述尾气被冷却至180℃以下，混合气体TCS+H2完全气体状态进入还原炉。

说明书

说明书多晶硅还原炉尾气节能系统
技术领域
本发明涉及多晶硅还原尾气节能系统。此系统用于还原炉进料气化、加热以及还原尾气冷却。属于还原热量回收利用技术领域。
背景技术
在严峻的能源形势和生态环境压力下，伴随着全球节约能源，减排二氧化碳，在技术进步和法规政策的清理推进下，太阳能光伏发电作为一种经济、清洁、环保、可永续的理想能源进入快速发展时期。随着太阳能产业和信息技术的快随发展，我国涌现出多晶硅投资生产热潮。还原炉是多晶硅生产中的核心设备。气态的TCS和H2在还原炉的高温环境中反应，生成多晶硅棒和还原尾气，还原尾气中的TCS回收后进入还原炉反应生成多晶硅棒，如此循环生产，以达到降低成本，节能减排。
目前国内绝大部分多晶硅厂均采用改良西门子法，将TCS汽化后与氢气同时进入还原炉反应生成硅棒，反应后的高温尾气用冷却器逐步冷却后转入CDI然后逐级分离各种成分。很多厂家经过几年发展，工艺技改，节能减排，加强对尾气的高温回收利用。直接利用高温尾气热量汽化加热进料的进炉温度，可以降低还原炉电耗，进而达到节能功效。但是还原生产过程中的尾气的流量是动态的，甚至在开车以及停炉时尾气的热力无法满足系统需要热量，所以系统需要增设辅助热源，系统控制相对复杂。
发明内容
本发明的目的在于客服上述不足，解决系统运行中还原尾气流量是动态变化，解决系统开车、停炉热量不足，系统中无需增设辅助热源，简化控制，高效利用还原尾气余热。
本发明的目的是这样实现的：一种多晶硅还原炉尾气节能系统，所述系统包括冷却器、还原炉、气水换热器、汽化器和气气换热器，所述还原炉尾气出口直接和冷却器进口连接，出冷却器的尾气接入气气换热器，下步接入气水换热器；热水接入冷却器，出冷却器的热水接入还原炉，下步进入气水换热器，热水出了气水换热器接入汽化器；TCS和H2同时进入汽化器，出了汽化器的混合气体TCS+H2进入气气换热器，气气换热器的混合气体TCS+H2出口接入还原炉。
尾气流程：尾气从还原炉底部进入冷却器与热水换热急冷至合适的温度，出了冷却器的尾气接入气气换热器提供热量，气气换热器的尾气出口接入汽水加热器，尾气在汽水换热器中作为加热介质提供热量，冷却至合适温度的还原尾气进入CDI。热水流程：热水进入作为冷却介质进入冷却器，吸收了热量的热水从冷却器接入还原炉，换热后的热水通入汽水换热器，在汽水换热器中进一步加热后热水接入汽化器，在汽化器中热水作为加热介质提供热量，在汽化器中冷却后的热水进入水水循环系统。进料流程：TCS与洁净的H2在汽化器中用热水预热汽化并过热至一定温度，同时进入气气换热器。在气气换热器中尾气与混合气体（TCS+H2）完成换热过程，混合气体（TCS+H2）温度进一步提高，还原尾气温度逐步下降，达到一定温度的混合气体（TCS+ H2）进入还原炉。
本发明的有益效果是：
1、采用本系统可以节省气化TCS和加热H2所需的热水或蒸汽，节约能源，降低成本。
2、采用本系统可以解决生产系统启动时尾气热量不足，无法满足汽化量要求生产过程中尾气流量变化，热量不稳定问题。
3、本系统提高混合气体进入还原炉的温度，降低还原炉能耗，而且保证进入还原炉的均是气体，避免液体进入，确保硅棒成型及质量满足要求。
4、本系统冷却器满足还原尾气急冷，满足工艺需求，保证进入下级设备的尾气温度低于500℃，确保下级设备选材经济性。
5、本系统高效回收利用还原尾气热量，实现能量循环利用。
附图说明
图1为发明多晶硅还原炉尾气节能系统示意图。
图中附图标记：
冷却器1、还原炉2、气水换热器3、汽化器4、气气换热器5。
具体实施方式
参见图1，图1为本发明多晶硅还原炉尾气节能系统示意图。由图1可以看出，本发明多晶硅还原炉尾气节能系统，包括冷却器1、还原炉2、气水换热器3、汽化器4和气气换热器5，所述还原炉2尾气出口直接和冷却器1进口连接，出冷却器1的尾气接入气气换热器5，下步接入气水换热器3；热水接入冷却器1，出冷却器1的热水接入还原炉2，下步进入气水换热器3，热水出了气水换热器3接入汽化器4； TCS和H2同时进入汽化器4，出了汽化器4的混合气体TCS+H2进入气气换热器5，气气换热器5混合气体TCS+H2出口接入还原炉2。
所述冷却器1采用的是夹套冷却器。
所述尾气被冷却至180℃以下，混合气体TCS+H2完全气体状态进入还原炉。
工作原理：
TCS和H2同时进入汽化器4汽化，汽化后的TCS与加热的H2组成混合气进入气气换热器5加热至一定温度，出气气换热器5的混合气直接进入还原炉2；热水进入冷却器1被加热至一定温度，流出冷却器1的热水流入还原炉2被进一步加热，从还原炉2接入汽水换热器3的热水再次被加热，从汽水换热器3出的热水接入汽化器4冷却，然后进入水循环系统。尾气从还原炉2流出进入冷却器1与热水换热，从冷却器1流出的尾气接入气气换热器5被冷却，出气气换热器5的还原尾气进入汽水换热器3进一步降温，然后进入CDI。