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